单片机的脉搏测试仪控制系统设计
目 录
一、 引言 1
（一） 红外脉搏测试仪的发展背景 1
（二） 红外脉搏测试仪的国内外研究现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 红外脉搏测试仪主控核心选择 3
（二） STC89C51单片机概述 3
（三） 红外对管模块介绍 4
（四） LCD1602液晶显示器的概述 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 红外脉搏测试系统方案设计 6
（二） STC89C51单片机最小系统设计 6
（三） 红外对管模块电路设计 7
（四） LCD1602液晶屏电路设计 8
（五） 报警电路设计 9
四、 软件系统设计 10
（一） 软件系统流程图设计 10
（二） 红外对管模块工作流程图设计 10
（三） LCD1602液晶屏工作流程图 11
（四） 报警流程图设计 12
总结 13
致谢 14
参考文献 15
附录一 原理图 16
附录二 PCB图 17
附录三 元件列表 18
附录四 程序 19
引言
红外脉搏测试仪的发展背景
人们的生活质量在科技和经济迅速发展后得到了大幅度的提升，然而很多健康问题却在不断地威胁着人类的健康，比如说糖尿病、肥胖等富态病大多是由于人们不注重健康的生活方式导致的。在威胁人类健康的一些疾病中，心脑血管疾病是最为严重的一种，由它引起的人类死亡每年都居高不下，如果人类能够时常关注自身状况，这些疾病就会很容易的远离人类。对于应对心脑血管疾病，长期按时的对脉搏进行测量是一个切实有效的办法，因为这样一方面能够时时提醒人们要关注自身的健康状况，另一方面人们能够定期测量到自身的心率，从而能够根据心率值的情况合理调整自己的生活规律，使得疾病能够远离人们，因此本文提出对脉搏测试仪研究的课题，通过自身所掌握的专业知识为人类健康付出一份力。
红外脉搏测试仪控制系统是一种能够实现人体脉搏频率自动测
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
会很容易的远离人类。对于应对心脑血管疾病，长期按时的对脉搏进行测量是一个切实有效的办法，因为这样一方面能够时时提醒人们要关注自身的健康状况，另一方面人们能够定期测量到自身的心率，从而能够根据心率值的情况合理调整自己的生活规律，使得疾病能够远离人们，因此本文提出对脉搏测试仪研究的课题，通过自身所掌握的专业知识为人类健康付出一份力。
红外脉搏测试仪控制系统是一种能够实现人体脉搏频率自动测量的自动控制系统，这种系统主要由脉搏传感器、显示器、微处理器、报警模块以及按键等模块组成。脉搏测量在中西医中都被使用到，只是在中医中被称为“号脉”，在西医中主要通过电子仪器进行测量，可见脉搏测量在医学中的重要性。在中医中，老中医通过手指感应患者的动脉跳动来大致计算患者的心跳规律以及脉搏数，这可谓是传统的脉搏测试方法。而一切都借助电子仪器进行测量的西医，其医学的发展是受益于电子技术的，当单片机以及传感器技术还不是很成熟时，西方医学还不能直接对人体脉搏、X光或者B超等进行测量。随着电子技术以及超大规模集成电路的迅速发展，人们已经能够将成千上万个电子元件集成在指甲大小的硅片上了，推动了自动控制技术和智能技术走向成熟。最早的电子脉搏测试仪是基于血管的压力改变来显示的，由于心脏在跳动时将血液压进动脉后，血管的压力迅速提升，而当血液流过后的一小段时间，血管压力又降低到较低水平，接着心脏再次将血液压进动动脉，血管压力再次提升，这样通过测量血管的压力变化频率就能够直接得到脉搏的频率，设计人员将高灵敏度的压力传感器置于皮肤表面，测量皮肤表层血管的压力变化，这样就直接得到了心率值。这种测试方法不会对皮肤造成影响，但是由于皮肤表面的血管较少并且血管较细，因此血管压力非常微弱，对压力传感器的要求极高，因此测量出的结果准确度不是很高。在人类发现红外线后，科学家发现当红外线穿过血管后，不同血压的血管对红外线的吸收程度不同，当血压大时，血液能够极大程度地吸收红外线，而血压小时，血液对红外线的吸收现象非常微弱。通过这个现象，设计人员迅速设计出了通过红外线测量人体脉搏的方法，这种方法主要通过发射红外线，接受红外线，并测量接收到的红外线强度，从而直接测量人体脉搏频率。本课题提出采用红外对管作为脉搏测试探头的方法，实现对人体脉搏的测量。
红外脉搏测试仪的国内外研究现状
目前国内外对于高性能脉搏测试仪的研究非常火热，这是由于人类提升了对健康关注的意识。脉搏测试仪目前正朝着远程化以及微型化发展，在远程化方面，主要是为了实现将脉搏测试结果通过GSM模块等远程通信模块植入到脉搏测试系统中，实现家人对患者健康状况的实时了解；在微型化方面，主要依靠超大规模集成电路技术，大大减小脉搏测试仪的体积，达到能够随身携带，24小时监测的目标。
本文主要研究内容
本文要设计一个采用红外对管作为检测探头的红外脉搏测试仪，采用51单片机作为主控系统，要求能够实现如下功能：
能够实现脉搏的快速测量。
误差率要求小于1%。
具有液晶显示功能。
具有正常心率范围设置功能，当心率超过正常范围时，发出报警信号。
方案选择及元器件介绍
红外脉搏测试仪主控核心选择
方案一：选择中国宏晶公司推出的8位单片机STC89C51单片机作为本控制系统的主控单片机，STC89C51单片机同美国ATMEL公司的AT89C51属于同一种类型的单片机，都属于C51，片内采用INTEL公司的MCS-51内核作为片内的CPU，在CPU外部集成了一些常用的外围模块，如UART串口、两个外部中断管脚以及定时器模块等。STC89C51单片机的定时器是一款具有16位精度的高性能定时器，它的精确定时使得它能够应用在一些需要精确定时的场合。由于大学期间对51单片机有过系统的学习，并且已经掌握了其使用方法，因此本系统选择STC89C51单片机作为主控核心，能够大大缩短毕业设计的开发周期。
方案二：选用美国微芯半导体（Microchip）公司研发的PIC单片机作为主控芯片，PIC单片机的最大亮点是它以应用为出发，推出了适用于不同应用的几十种型号，这种单片机在推出时凭借着它极强的抗干扰能力迅速地在汽车领域赢得了广泛的应用，比如在汽车的点火器应用中，对单片机的要求是抗干扰能力强、芯片管脚少、管脚输出电流能力强、存储器容量小以及片内资源少，于是Microchip就推出了只有八个管脚PIC12
一、 引言 1
（一） 红外脉搏测试仪的发展背景 1
（二） 红外脉搏测试仪的国内外研究现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 红外脉搏测试仪主控核心选择 3
（二） STC89C51单片机概述 3
（三） 红外对管模块介绍 4
（四） LCD1602液晶显示器的概述 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 红外脉搏测试系统方案设计 6
（二） STC89C51单片机最小系统设计 6
（三） 红外对管模块电路设计 7
（四） LCD1602液晶屏电路设计 8
（五） 报警电路设计 9
四、 软件系统设计 10
（一） 软件系统流程图设计 10
（二） 红外对管模块工作流程图设计 10
（三） LCD1602液晶屏工作流程图 11
（四） 报警流程图设计 12
总结 13
致谢 14
参考文献 15
附录一 原理图 16
附录二 PCB图 17
附录三 元件列表 18
附录四 程序 19
引言
红外脉搏测试仪的发展背景
人们的生活质量在科技和经济迅速发展后得到了大幅度的提升，然而很多健康问题却在不断地威胁着人类的健康，比如说糖尿病、肥胖等富态病大多是由于人们不注重健康的生活方式导致的。在威胁人类健康的一些疾病中，心脑血管疾病是最为严重的一种，由它引起的人类死亡每年都居高不下，如果人类能够时常关注自身状况，这些疾病就会很容易的远离人类。对于应对心脑血管疾病，长期按时的对脉搏进行测量是一个切实有效的办法，因为这样一方面能够时时提醒人们要关注自身的健康状况，另一方面人们能够定期测量到自身的心率，从而能够根据心率值的情况合理调整自己的生活规律，使得疾病能够远离人们，因此本文提出对脉搏测试仪研究的课题，通过自身所掌握的专业知识为人类健康付出一份力。
红外脉搏测试仪控制系统是一种能够实现人体脉搏频率自动测
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
会很容易的远离人类。对于应对心脑血管疾病，长期按时的对脉搏进行测量是一个切实有效的办法，因为这样一方面能够时时提醒人们要关注自身的健康状况，另一方面人们能够定期测量到自身的心率，从而能够根据心率值的情况合理调整自己的生活规律，使得疾病能够远离人们，因此本文提出对脉搏测试仪研究的课题，通过自身所掌握的专业知识为人类健康付出一份力。
红外脉搏测试仪控制系统是一种能够实现人体脉搏频率自动测量的自动控制系统，这种系统主要由脉搏传感器、显示器、微处理器、报警模块以及按键等模块组成。脉搏测量在中西医中都被使用到，只是在中医中被称为“号脉”，在西医中主要通过电子仪器进行测量，可见脉搏测量在医学中的重要性。在中医中，老中医通过手指感应患者的动脉跳动来大致计算患者的心跳规律以及脉搏数，这可谓是传统的脉搏测试方法。而一切都借助电子仪器进行测量的西医，其医学的发展是受益于电子技术的，当单片机以及传感器技术还不是很成熟时，西方医学还不能直接对人体脉搏、X光或者B超等进行测量。随着电子技术以及超大规模集成电路的迅速发展，人们已经能够将成千上万个电子元件集成在指甲大小的硅片上了，推动了自动控制技术和智能技术走向成熟。最早的电子脉搏测试仪是基于血管的压力改变来显示的，由于心脏在跳动时将血液压进动脉后，血管的压力迅速提升，而当血液流过后的一小段时间，血管压力又降低到较低水平，接着心脏再次将血液压进动动脉，血管压力再次提升，这样通过测量血管的压力变化频率就能够直接得到脉搏的频率，设计人员将高灵敏度的压力传感器置于皮肤表面，测量皮肤表层血管的压力变化，这样就直接得到了心率值。这种测试方法不会对皮肤造成影响，但是由于皮肤表面的血管较少并且血管较细，因此血管压力非常微弱，对压力传感器的要求极高，因此测量出的结果准确度不是很高。在人类发现红外线后，科学家发现当红外线穿过血管后，不同血压的血管对红外线的吸收程度不同，当血压大时，血液能够极大程度地吸收红外线，而血压小时，血液对红外线的吸收现象非常微弱。通过这个现象，设计人员迅速设计出了通过红外线测量人体脉搏的方法，这种方法主要通过发射红外线，接受红外线，并测量接收到的红外线强度，从而直接测量人体脉搏频率。本课题提出采用红外对管作为脉搏测试探头的方法，实现对人体脉搏的测量。
红外脉搏测试仪的国内外研究现状
目前国内外对于高性能脉搏测试仪的研究非常火热，这是由于人类提升了对健康关注的意识。脉搏测试仪目前正朝着远程化以及微型化发展，在远程化方面，主要是为了实现将脉搏测试结果通过GSM模块等远程通信模块植入到脉搏测试系统中，实现家人对患者健康状况的实时了解；在微型化方面，主要依靠超大规模集成电路技术，大大减小脉搏测试仪的体积，达到能够随身携带，24小时监测的目标。
本文主要研究内容
本文要设计一个采用红外对管作为检测探头的红外脉搏测试仪，采用51单片机作为主控系统，要求能够实现如下功能：
能够实现脉搏的快速测量。
误差率要求小于1%。
具有液晶显示功能。
具有正常心率范围设置功能，当心率超过正常范围时，发出报警信号。
方案选择及元器件介绍
红外脉搏测试仪主控核心选择
方案一：选择中国宏晶公司推出的8位单片机STC89C51单片机作为本控制系统的主控单片机，STC89C51单片机同美国ATMEL公司的AT89C51属于同一种类型的单片机，都属于C51，片内采用INTEL公司的MCS-51内核作为片内的CPU，在CPU外部集成了一些常用的外围模块，如UART串口、两个外部中断管脚以及定时器模块等。STC89C51单片机的定时器是一款具有16位精度的高性能定时器，它的精确定时使得它能够应用在一些需要精确定时的场合。由于大学期间对51单片机有过系统的学习，并且已经掌握了其使用方法，因此本系统选择STC89C51单片机作为主控核心，能够大大缩短毕业设计的开发周期。
方案二：选用美国微芯半导体（Microchip）公司研发的PIC单片机作为主控芯片，PIC单片机的最大亮点是它以应用为出发，推出了适用于不同应用的几十种型号，这种单片机在推出时凭借着它极强的抗干扰能力迅速地在汽车领域赢得了广泛的应用，比如在汽车的点火器应用中，对单片机的要求是抗干扰能力强、芯片管脚少、管脚输出电流能力强、存储器容量小以及片内资源少，于是Microchip就推出了只有八个管脚PIC12
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