单片机的脉搏测量仪设计
现在脉搏测量仪各式各样，大部分测量仪价格昂贵，不方便携带，功耗大。所以本课题设计了一个基于单片机AT89C51的便携式脉搏测量仪。由于人体血液随着脉搏的跳动，它的浓稠度有所改变，因此采用了红外线发射和接收集于一体的传感器ST188来采集脉搏信号，利用双运算放大器LM358对测量到的信号进行放大和整理，将这种信号整理成脉冲，用单片机记录这种脉冲的次数，使用单片机内部定时器计时，完成一分钟的脉搏测量，通过LCD1602显示屏显示脉搏数。满足设计的要求，可以实时显示人体脉搏数，系统工作正常。关键词 脉搏测量仪，AT89C51单片机，红外反射式传感器ST188，LM358双运算放大器
目录
1 引言 1
2 总体电路原理与设计 2
2.1 脉搏测量仪设计原理 2
2.1.1硬件电路原理 2
2.1.2 软件流程图 3
2.2 脉搏测量仪的总体构想 4
2.3 脉搏测量仪的基本结构 5
2.4 设计注意事项 5
3 硬件系统 6
3.1单片机处理电路 6
3.1.1 AT89C51 6
3.1.2 复位电路 7
3.1.3晶振电路 8
3.2脉搏信号采集系统 8
3.2.1光电传感器的原理 9
3.2.2光电传感器的结构 9
3.2.3信号采集电路的实现 10
3.3信号放大与整形电路 11
3.3.1放大器的原理 11
3.3.2放大器的结构 11
3.3.3 放大电路的实现 12
3.3.4 整形电路的实现 13
3.4 显示电路 13
3.4.1 LCD1602 的原理 14
3.4.2LCD1602 的结构 14
3.4.3 LCD1602显示的实现 15
4 软件系统 16
4.1 主程序流程 16
4.2 定时器中断程序流程 17
4.3 INT中断程序流程 18
4.4 显示程序流程 18
4.5 软件说明 19 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
5 系统调试 19
5.1 系统总体调试 20
5.1.1 仿真部分调试 20
5.1.2 硬件部分调试 22
5.2 系统检验 23
5.3 误差分析 24
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
1 引言
脉搏可以反应出人体的生理状况，而医生可以通过脉搏来判断一个人是否有生病。自公元三世纪我国最早的脉学专著《脉经》问世以来，脉学理论得到不断的发展和提高 [1]。脉诊是指医生通过把脉对病人的病情进行诊断，医生用自己的经验以及一些脉搏的特性来对病人进行初步的诊断。脉诊是一种安全无创伤的诊断方式，这种诊断方式在以前医学科技没有发展得很前卫的时候，几乎是诊断的唯一方式。从古时候到现在，脉诊在中医学上依旧是最权威的诊断方式，对脉搏进行诊断分析出人体的体质特征，中医脉诊得到了国内外人士的各方面的认可。医生往往通过把脉桡动脉获知病人的脉搏情况，一般可以诊断出心率不齐，怀孕等等，但是，随着社会发展的进步，如果只是通过医生的把脉，没有办法准确地判断病因，而且脉诊是一个技术活，通常需要大量积累经验才能准确判断，在一定程度上，中医把脉不是一种可持续发展的诊断方式。为了解决这个问题，现在市面上研究出了很多的脉搏测量仪，各式各样，每种都有自己的特色。通过脉搏测量仪能够准确读取病人的身体状况，同时医生可以通过数据诊断出病人的病因，将现代科学和中医把脉结合起来，更具有现代意义和未来的发展前途。
早在1860年 Vierordt创建了第一台杠杆式脉搏心率描记仪，国内20世纪50年代初朱颜将脉搏心率仪引用到中医脉诊的客观化研究方面[2]。从国内到国外，对脉搏测量仪的研究一直没有停止过，从简单的脉搏测量仪，到复杂的生命病理检测系统，都是经过科学研究的成果。现在在中医学上多合作的多种研究形式，脉搏测量仪将中医学带入一个新的时代。现代社会，脉搏的测量不仅仅在中医上有研究，更重要的是在人体生理数据指标上有应用，由于老人和小孩的自我判断意识太弱，单凭感觉我们很难识别心率脉搏有什么问题，而通过脉搏测量仪，可以清晰地看到数据，能够提醒人们注意身体健康，因此每家每户都需要一个脉搏测量仪来实时检测家里的老人和小孩的心率情况。
目前，脉搏测量仪已经应用于各个领域，比如说医疗，健身以及家用。现在市场上有结合检测和医疗分析一体的大型医疗器械，也有健身专用的运动手环等等，针对这一现象，我设计了这款便携式脉搏测量仪，可以更准确，更方便测量人体脉搏。
2 总体电路原理与设计
总体思路：由于手指中的血液浓度变化可以反应出脉搏的跳动，所以要想测量人体脉搏数，可以测量血液浓度的变化。首先采集到血液浓度的变化，利用一些硬件将这种生物信号转变为物理信号，使用相应的硬件电路以及芯片软件来处理这些物理信号，通过一些计时和计数设备后将数据信号存储起来，传送到显示设备，完成脉搏的测量和显示。有了这个总体的设计思路，这个课题的研究正式开始。
2.1 脉搏测量仪设计原理
由于跟着心脏的跳动，血液的流量将不断发生变化，而这种变化在指尖和耳垂尤为明显，当手指放在红外线发射二极管和接收管中间，红外发射装置发射出红外线经过手指的反射之后，被红外接收三极管接收，接收到的这个信号，经过放大，滤波处理之后，将信号传送到单片机存储。通过采集，计时，计算，整理之后将结果送到显示设备显示，完成整个系统的功能。
2.1.1硬件电路原理
按照以上的思路我用Protel 99画出了原理图，这个原理图主要包括4大部分，首先是AT89C51主控制器这部分的包括几个小部分，晶振，复位，数据处理。其次右上方是显示模块，我选择的是LCD1602液晶显示器，主要负责测量过程和测量结果的显示。左下角为数据采集模块，在此模块中我选择使用了ST188这种集发射和接收为一体的红外线传感器，主要负责脉搏信号的采集。由于采集到的信号微弱，所以在单片机下方，我使用了LM358双运算放大器，一方面它作为放大器对测量到的信号进行放大处理，另一方面它作为比较器向单片机外部中断输入口传送信号（在下文第3章中有讲到）。右下角为电源模块，为整个系统提供电能。在整个电路设计中，硬件模块的主要功能就是采集和处理信号。硬件电路原理图如图2.1所示。
目录
1 引言 1
2 总体电路原理与设计 2
2.1 脉搏测量仪设计原理 2
2.1.1硬件电路原理 2
2.1.2 软件流程图 3
2.2 脉搏测量仪的总体构想 4
2.3 脉搏测量仪的基本结构 5
2.4 设计注意事项 5
3 硬件系统 6
3.1单片机处理电路 6
3.1.1 AT89C51 6
3.1.2 复位电路 7
3.1.3晶振电路 8
3.2脉搏信号采集系统 8
3.2.1光电传感器的原理 9
3.2.2光电传感器的结构 9
3.2.3信号采集电路的实现 10
3.3信号放大与整形电路 11
3.3.1放大器的原理 11
3.3.2放大器的结构 11
3.3.3 放大电路的实现 12
3.3.4 整形电路的实现 13
3.4 显示电路 13
3.4.1 LCD1602 的原理 14
3.4.2LCD1602 的结构 14
3.4.3 LCD1602显示的实现 15
4 软件系统 16
4.1 主程序流程 16
4.2 定时器中断程序流程 17
4.3 INT中断程序流程 18
4.4 显示程序流程 18
4.5 软件说明 19 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
5 系统调试 19
5.1 系统总体调试 20
5.1.1 仿真部分调试 20
5.1.2 硬件部分调试 22
5.2 系统检验 23
5.3 误差分析 24
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
1 引言
脉搏可以反应出人体的生理状况，而医生可以通过脉搏来判断一个人是否有生病。自公元三世纪我国最早的脉学专著《脉经》问世以来，脉学理论得到不断的发展和提高 [1]。脉诊是指医生通过把脉对病人的病情进行诊断，医生用自己的经验以及一些脉搏的特性来对病人进行初步的诊断。脉诊是一种安全无创伤的诊断方式，这种诊断方式在以前医学科技没有发展得很前卫的时候，几乎是诊断的唯一方式。从古时候到现在，脉诊在中医学上依旧是最权威的诊断方式，对脉搏进行诊断分析出人体的体质特征，中医脉诊得到了国内外人士的各方面的认可。医生往往通过把脉桡动脉获知病人的脉搏情况，一般可以诊断出心率不齐，怀孕等等，但是，随着社会发展的进步，如果只是通过医生的把脉，没有办法准确地判断病因，而且脉诊是一个技术活，通常需要大量积累经验才能准确判断，在一定程度上，中医把脉不是一种可持续发展的诊断方式。为了解决这个问题，现在市面上研究出了很多的脉搏测量仪，各式各样，每种都有自己的特色。通过脉搏测量仪能够准确读取病人的身体状况，同时医生可以通过数据诊断出病人的病因，将现代科学和中医把脉结合起来，更具有现代意义和未来的发展前途。
早在1860年 Vierordt创建了第一台杠杆式脉搏心率描记仪，国内20世纪50年代初朱颜将脉搏心率仪引用到中医脉诊的客观化研究方面[2]。从国内到国外，对脉搏测量仪的研究一直没有停止过，从简单的脉搏测量仪，到复杂的生命病理检测系统，都是经过科学研究的成果。现在在中医学上多合作的多种研究形式，脉搏测量仪将中医学带入一个新的时代。现代社会，脉搏的测量不仅仅在中医上有研究，更重要的是在人体生理数据指标上有应用，由于老人和小孩的自我判断意识太弱，单凭感觉我们很难识别心率脉搏有什么问题，而通过脉搏测量仪，可以清晰地看到数据，能够提醒人们注意身体健康，因此每家每户都需要一个脉搏测量仪来实时检测家里的老人和小孩的心率情况。
目前，脉搏测量仪已经应用于各个领域，比如说医疗，健身以及家用。现在市场上有结合检测和医疗分析一体的大型医疗器械，也有健身专用的运动手环等等，针对这一现象，我设计了这款便携式脉搏测量仪，可以更准确，更方便测量人体脉搏。
2 总体电路原理与设计
总体思路：由于手指中的血液浓度变化可以反应出脉搏的跳动，所以要想测量人体脉搏数，可以测量血液浓度的变化。首先采集到血液浓度的变化，利用一些硬件将这种生物信号转变为物理信号，使用相应的硬件电路以及芯片软件来处理这些物理信号，通过一些计时和计数设备后将数据信号存储起来，传送到显示设备，完成脉搏的测量和显示。有了这个总体的设计思路，这个课题的研究正式开始。
2.1 脉搏测量仪设计原理
由于跟着心脏的跳动，血液的流量将不断发生变化，而这种变化在指尖和耳垂尤为明显，当手指放在红外线发射二极管和接收管中间，红外发射装置发射出红外线经过手指的反射之后，被红外接收三极管接收，接收到的这个信号，经过放大，滤波处理之后，将信号传送到单片机存储。通过采集，计时，计算，整理之后将结果送到显示设备显示，完成整个系统的功能。
2.1.1硬件电路原理
按照以上的思路我用Protel 99画出了原理图，这个原理图主要包括4大部分，首先是AT89C51主控制器这部分的包括几个小部分，晶振，复位，数据处理。其次右上方是显示模块，我选择的是LCD1602液晶显示器，主要负责测量过程和测量结果的显示。左下角为数据采集模块，在此模块中我选择使用了ST188这种集发射和接收为一体的红外线传感器，主要负责脉搏信号的采集。由于采集到的信号微弱，所以在单片机下方，我使用了LM358双运算放大器，一方面它作为放大器对测量到的信号进行放大处理，另一方面它作为比较器向单片机外部中断输入口传送信号（在下文第3章中有讲到）。右下角为电源模块，为整个系统提供电能。在整个电路设计中，硬件模块的主要功能就是采集和处理信号。硬件电路原理图如图2.1所示。
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