c语言的便携式心率计设计
在医学飞速发展的今天，医学信号的测量仪器不断涌现。心率计不仅能够准确的反应出人体的健康状态，还能帮助人们预防一些突发疾病。本设计是基于C语言的便携式心率计的具体实现方法，采用光电传感器制造脉冲信号，该信号利用放大电路，滤波电路和整形电路调解后，作为中断信号由单片机来计算脉长周期并得出脉象的搏动次数，并且将心率值体现在数码管显示器上。不仅如此，该心率计还设置了上下限报警电路，操作简单，准确性高。
目 录
一引言 1
二方案说明以及元器件的选择 1
（一）传感器的选择和论证 1
（二）处理模块的选择与论证 2
（三）单片机的选择 2
（四）显示模块的选择 2
（五）最终方案确定 3
三系统硬件设计 3
（一）单片机控制器 3
（二）脉搏信号采集 6
四系统软件设计 8
（一) 设计思想 8
（二）主程序流程 8
（三）心率计数流程 9
（四）显示流程 10
（五）蜂鸣报警流程 10
（三) 计算原理 11
五系统的仿真与调试 12
（一）仿真 12
（二）程序的调试过程 12
（三) 测试结果 13
（四）系统设计的影响因素 14
总 结 16
致谢 17
参考文献 18
附录A：系统原理图 19
附录B：C语言程序 20
一引言
脉搏诊断早在公元前七世纪就成为中医的一项独特诊病的方法。由于脉搏的产生是心脏的搏动而引起的，从而通过血液在动脉中传递，最终到达桡动脉处，因此脉搏能够携带丰富的的人体健康状况信息。中医一直是通过手指来获取脉搏信息，这种且切脉的技巧并非人人都可以熟练掌握，所以人们迫切希望能够将脉搏诊断尽早的科学化、准确化、现代化。伴随着传感技术的发展与应用，越来越多的人希望将现代科学技术应用于疾病的预防，从而将疾病的预防做到家庭化，个性化。避免心血管等方面的疾病危害人体健康。
心率计发展的主要趋势有三种。第一种是自主测量、分析脉搏。就社会 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
调查显示，市面上大多数的心率计测试仪都能够检测血液的氧浓度含量，但是这些结果都还需要让经验丰富的医生进行判断，分析。因此，就有大部分人力浪费于此，并带来一些不必要的错误。所以日后的自动化心率测试仪的测试内容应更仔细，并逐步加强自主分析能力与诊断能力。第二种是运用数字化的技术。由于数字技术操作便捷、使用广泛、效率高，运用了数字化计数的心率计集成度会越来越高，携带也会更还便捷。不仅如此，通过数字信号对所测值的处理也会使干扰降到更低，所测量的值就越准确，对人体疾病预防的帮助就更大。第三种是多功能化，单一的心率测试计已经越来也越少，更多的心率计都能够完成血氧和心电图的测量。以电子技术为基础设计完成的心率计，会伴随着电子技术的深入研发，变得越来越多功能化。
二方案说明以及元器件的选择
（一）传感器的选择和论证
方案一：利用压力传感器作为收集脉搏信号的仪器，在心脏搏动的带领下，人体各处都会有不同的生命特征体现出来，颈部和手腕处的表现则为搏动，因此将压力传感器置放在二者之一处，所测得的结果将作为作为脉冲信号，经过整形电路后得出值就是心率值。
方案二：由红外线传感器来收集所需信号。红外线传感器是由光敏感二极管和红外线发射管所组成。红外线的波长在760nm~1mm区间之内，是不可见光的一种。当电源给给红外发射管施加正向电压时所产生的正向电流就作为红外线管向外发射红外线的能量。红外接收管的管芯是实际上就是PN结，因此它不仅具有单向导电性，而且还具备光敏特性。在无光照射的条件下，如果有极小且饱和的反向漏电流通过，那么光敏二极管就会立刻截止。因此我们就能够得出：由于光照强弱的改变会使所输出电流强弱发生也改变。发射管所发出的红外线在被手指中的血液吸收后，再用光敏二极管收集。手指上血管中血液的浓度就会根据心脏的搏动规律呈现出周期性的变化状态，这时，光敏二极管对于光的吸收能力就做出了变化，所以光敏二极管所输出的电流也会呈现出周期性的变化，该变化就可以准确的体现脉搏的跳动情况，从而得出心率数值。
对比两个方案，方案二既快捷又准确，所以决定采取第二个方案进行实验。
（二）处理模块的选择与论证
方案一： 使用可编程逻辑器件，PLD能够按照项目要求进行定义、编程，在使用上较小规模数字电路功能更加丰富，便捷。在本文中若采用该方案需计数器、闸门、传感器、显示、数据存储，计算机接口等几部分电路组成。电路复杂繁琐，在进行数据的处理、分析、记忆和通信等功能的时候，难度很大。
方案二：运用数字电路，利用二进制计数器，将整形过后的脉搏信号进行计量，经过60秒后，再利用显示器将计数值表现出来。采用数字电路的不足之处是：电路结构复杂且功能单一，可以移植性不高，使用效率低下，成本相对交贵。作为便携式的心率计，若采用该模块或许实用性不高，所以不能采纳。
方案三：使用单片机集成电路。随着时代的进步以及科学的不断突破，微型计算机的发展极为迅速，而单片机就是其中一种，又被称为MUC。由于单片机的广泛使用，其价格也随之降低。不仅如此，单片机作为一种单片微型计算机，只要修改其外部电路和程序编写就能够改变整个功能，在移植与维护方面十分方便快捷。将单片机作为核心，外围电路分别连接显示器，按键等硬件，就能够轻松的完成脉搏计数，数据计算，显示心率等功能。
通过以上三种方案的对比，不难看出单片机的优势更多。由于单片机具有体积小，易移植，集成度高等特点，所以采用方案三更符合本次设计的要求。
（三）单片机的选择
在校学习期间，很多课程涉及到的单片机都是AT89C51，它是一种具有高性能、低损耗的最常见的单片机。与MAC51系列的单片机在引脚以及指令系统上全都兼容。AT89C52是在C51基础上改进而来，比AT89C51功能更加完善，使用更加便捷。但以AT为开头的单片机在不易于程序的烧写，所以本文采用以STC开头的单片机，经过对比发现，STC89C52与AT89C52在功能上很类似，但又在程序烧写上优于AT89C52。因此，采用STC89C52更适合本设计。
目 录
一引言 1
二方案说明以及元器件的选择 1
（一）传感器的选择和论证 1
（二）处理模块的选择与论证 2
（三）单片机的选择 2
（四）显示模块的选择 2
（五）最终方案确定 3
三系统硬件设计 3
（一）单片机控制器 3
（二）脉搏信号采集 6
四系统软件设计 8
（一) 设计思想 8
（二）主程序流程 8
（三）心率计数流程 9
（四）显示流程 10
（五）蜂鸣报警流程 10
（三) 计算原理 11
五系统的仿真与调试 12
（一）仿真 12
（二）程序的调试过程 12
（三) 测试结果 13
（四）系统设计的影响因素 14
总 结 16
致谢 17
参考文献 18
附录A：系统原理图 19
附录B：C语言程序 20
一引言
脉搏诊断早在公元前七世纪就成为中医的一项独特诊病的方法。由于脉搏的产生是心脏的搏动而引起的，从而通过血液在动脉中传递，最终到达桡动脉处，因此脉搏能够携带丰富的的人体健康状况信息。中医一直是通过手指来获取脉搏信息，这种且切脉的技巧并非人人都可以熟练掌握，所以人们迫切希望能够将脉搏诊断尽早的科学化、准确化、现代化。伴随着传感技术的发展与应用，越来越多的人希望将现代科学技术应用于疾病的预防，从而将疾病的预防做到家庭化，个性化。避免心血管等方面的疾病危害人体健康。
心率计发展的主要趋势有三种。第一种是自主测量、分析脉搏。就社会 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
调查显示，市面上大多数的心率计测试仪都能够检测血液的氧浓度含量，但是这些结果都还需要让经验丰富的医生进行判断，分析。因此，就有大部分人力浪费于此，并带来一些不必要的错误。所以日后的自动化心率测试仪的测试内容应更仔细，并逐步加强自主分析能力与诊断能力。第二种是运用数字化的技术。由于数字技术操作便捷、使用广泛、效率高，运用了数字化计数的心率计集成度会越来越高，携带也会更还便捷。不仅如此，通过数字信号对所测值的处理也会使干扰降到更低，所测量的值就越准确，对人体疾病预防的帮助就更大。第三种是多功能化，单一的心率测试计已经越来也越少，更多的心率计都能够完成血氧和心电图的测量。以电子技术为基础设计完成的心率计，会伴随着电子技术的深入研发，变得越来越多功能化。
二方案说明以及元器件的选择
（一）传感器的选择和论证
方案一：利用压力传感器作为收集脉搏信号的仪器，在心脏搏动的带领下，人体各处都会有不同的生命特征体现出来，颈部和手腕处的表现则为搏动，因此将压力传感器置放在二者之一处，所测得的结果将作为作为脉冲信号，经过整形电路后得出值就是心率值。
方案二：由红外线传感器来收集所需信号。红外线传感器是由光敏感二极管和红外线发射管所组成。红外线的波长在760nm~1mm区间之内，是不可见光的一种。当电源给给红外发射管施加正向电压时所产生的正向电流就作为红外线管向外发射红外线的能量。红外接收管的管芯是实际上就是PN结，因此它不仅具有单向导电性，而且还具备光敏特性。在无光照射的条件下，如果有极小且饱和的反向漏电流通过，那么光敏二极管就会立刻截止。因此我们就能够得出：由于光照强弱的改变会使所输出电流强弱发生也改变。发射管所发出的红外线在被手指中的血液吸收后，再用光敏二极管收集。手指上血管中血液的浓度就会根据心脏的搏动规律呈现出周期性的变化状态，这时，光敏二极管对于光的吸收能力就做出了变化，所以光敏二极管所输出的电流也会呈现出周期性的变化，该变化就可以准确的体现脉搏的跳动情况，从而得出心率数值。
对比两个方案，方案二既快捷又准确，所以决定采取第二个方案进行实验。
（二）处理模块的选择与论证
方案一： 使用可编程逻辑器件，PLD能够按照项目要求进行定义、编程，在使用上较小规模数字电路功能更加丰富，便捷。在本文中若采用该方案需计数器、闸门、传感器、显示、数据存储，计算机接口等几部分电路组成。电路复杂繁琐，在进行数据的处理、分析、记忆和通信等功能的时候，难度很大。
方案二：运用数字电路，利用二进制计数器，将整形过后的脉搏信号进行计量，经过60秒后，再利用显示器将计数值表现出来。采用数字电路的不足之处是：电路结构复杂且功能单一，可以移植性不高，使用效率低下，成本相对交贵。作为便携式的心率计，若采用该模块或许实用性不高，所以不能采纳。
方案三：使用单片机集成电路。随着时代的进步以及科学的不断突破，微型计算机的发展极为迅速，而单片机就是其中一种，又被称为MUC。由于单片机的广泛使用，其价格也随之降低。不仅如此，单片机作为一种单片微型计算机，只要修改其外部电路和程序编写就能够改变整个功能，在移植与维护方面十分方便快捷。将单片机作为核心，外围电路分别连接显示器，按键等硬件，就能够轻松的完成脉搏计数，数据计算，显示心率等功能。
通过以上三种方案的对比，不难看出单片机的优势更多。由于单片机具有体积小，易移植，集成度高等特点，所以采用方案三更符合本次设计的要求。
（三）单片机的选择
在校学习期间，很多课程涉及到的单片机都是AT89C51，它是一种具有高性能、低损耗的最常见的单片机。与MAC51系列的单片机在引脚以及指令系统上全都兼容。AT89C52是在C51基础上改进而来，比AT89C51功能更加完善，使用更加便捷。但以AT为开头的单片机在不易于程序的烧写，所以本文采用以STC开头的单片机，经过对比发现，STC89C52与AT89C52在功能上很类似，但又在程序烧写上优于AT89C52。因此，采用STC89C52更适合本设计。
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