基于单片机的心率计设计(附件)【字数：11333】
摘 要在我们的生活中会经常需要对于日常观测生理病理的仪器，心率计的诞生正验证了这一点。人们利用心率计观察监测脉搏信号，得以在日常随时了解到身体状况的好坏，这种仪器通常运用于保健中心和医疗中心之中。以提高这类仪器的简便性和精准度为目的，本课题设计了一款将51单片机为主要核心的心率计。这一款心率计采用单片机系统内部的定时器去计量时间，通过光电传感器的感测来得到心率信号，信号在STC89C52单片机中进行逐步累加进而得到所测人的脉搏跳动次数，实用时间由单片机内自带的定时器获得。我们在系统的运行过程中，可以通过观察连接在电路中的指示灯闪烁平稳程度来确定本类心率计是否实验成功，如果指示灯的闪烁速率平稳则说明所得测量值准确。在系统正常运行之后，液晶显示器能够显示每分钟相应的脉搏次数。在实际测量之后发现该系统运行正常，满足所需设计要求。本心率计设计借助红外光电传感器感知脉冲信号，经过LM358放大滤波整形之后，将所得信号再输入单片机内进行相应的控制分析，从而快速测出被测人脉搏跳动次数。并且系统的最大特点便是还具有即时性，可以即时让用户测量出当时的心跳次数。
目 录
第一章 引言 1
1.1心率计发展 1
1.2心率计的组成 2
1.3论文结构介绍 2
第二章 系统总设计思路与选择 3
2.1系统总设计思路 3
2.2单片机模块 3
2.3显示模块 4
2.4传感器模块 4
2.5复位电路模块 5
第三章 硬件电路设计 6
3.1硬件电路总设计 6
3.2单片机模块 6
3.2.1单片机STC89C52的主要特性 7
3.2.2单片机最小系统 9
3.3 LCD液晶显示器 10
3.3.1液晶原理介绍 10
3.3.2液晶模块简介 11
3.3.3 LCD显示部分与单片机的接口 12
3.4输入部分? 13
3.4.1信号采集电路? 13
3.4.2信号处理电路 13
第四章 系统软件设计 18
4.1系统软件总体设计 18 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
4.2液晶显示流程 19
第五章 软件仿真与调试 20
5.1仿真图 20
5.2软件调试 21
第六章 硬件实物 22
6.1硬件焊接情况 22
6.2硬件调试 23
6.3系统调试 23
6.4硬件运行 23
6.5示波器测量 24
结 论 26
致 谢 27
参考文献 29
附录A 30
第一章 引言
人的心率会由于人的兴奋程度，是否运动，年龄大小而发生改变，，但只要你的心脏还在跳动，血液就会流通，便会相应产生脉搏，手指透光度也会改变，本心率计通过记录手指透光度变化频率来记录心率的。当心脏跳动时，血液颜色遮挡光线，透光性弱，心脏不跳动时透光强，由此可知心率计所应该采用的传感器是光电传感器。
中外医学界向来重视从脉搏信号中求得人体的身体病理信息，这是医学诊断和医疗的基础。世界上几乎所有国家都从中国医学“摸脉”中获得灵感去进行治疗或者是直接将“摸脉”当做一种诊断疾病的方法。但人体的生物信号大多属于高频强噪声下的低频弱信号, 心率波信号更加是低频极微弱的非电生理信号,因此,需要对心率波信号进行放大和滤波，之后还必须加入放大整形功能此心率计的真实价值才得以实现[1]。
1.1 心率计发展
公元三世纪脉象学上最早的中国专著《脉经》中记载着有关人体健康的大量信息，在其中，脉诊占有了及其重要的作用，在中医学诊断方法中占着数一数二的地位。脉诊极好的体现和应用了中医学中“辩证论证”和“整体概念”的基本精神。因为脉诊对人体无危害的医疗方法,使其在全世界收到了全世界人民的关注。然而,由于脉诊指示中医药中简单用手指获取身体信息的方法,虽然患者对此诊断方法并无排斥，很容易被接受，因为简单、无创、无痛,但是这种历史悠久的诊治方法在日益发展的现今，人们的需求不断增多的情况下也暴露出许多缺陷。首当其中,它受到触觉、经验和表达的限制,会有很多影响脉冲判断正确性的主观因素。其次,手指的使用技巧很难把握,且触觉意识的感觉是是无法被保存的，因为记录的难度极大，阻碍了脉诊的研究与发展，脉诊的局限性和主观性极大地影响了诊断的准确性和可行性。这已成为脉诊应用、发展和提高中的制约因素。为了弘扬中医药技术,促进脉诊的发展和完善,必须随时跟进科学技术的发展,完成脉诊更科学的诊断[2]。
医院护士每天需要用手按压手腕动脉,以此简单方法统计脉搏搏动次数,记录病人的每分钟脉搏。为了节省时间,通常不需要1分钟测量,而是测量在10秒内测量跳跃次数,然后将结果乘以6以获得每分钟心跳次数,但其耗时和精度不高的缺点使得此方法并不运用在复杂场合。因此,以提高脉搏测量的准确度和速率为目的,许多心率测量仪已在医学领域进行使用,开辟了更为让现代人所需要的医学诊断方法。
在中国，最早出现脉搏仪是在20世纪50年代初，朱颜为了中医的脉诊可以更加客观化的发展将脉搏仪引进与研究。此后,随着科学技术的发展,中医脉搏仪在国内外的发展非常迅速。到目前为止脉搏测量仪器在越来越多的领域受到了重视，被得到广泛的应用。除了在医学领域的应用,如脉冲图像、脉搏检测、妊高征等,商业应用也在不断扩大。
1.2 心率计的组成
经过翻阅有关文献，确立了设计目标为以单片机为核心的心率计,此心率计一共有三大模块，分别为：传感器、信号处理、单片机控制。
传感器
传感器是一种检测型仪器，它被运用来感受被测量信息，我们常用的有热敏传感器，气敏传感器，力敏传感器等，本文中运用到的是光敏传感器也就是光电传感器。传感器能将感受到的信息转变为电信号或者是其他信息类型输出，来满足实验者所需要的实验要求[3]。
2）信号处理
信息处理模块的功能是将从传感器获得的脉冲信号转换为电信号，因为所获得信号只有几微伏，很微小，很难被观测出，所以需要经过信号处理来放大信号，但是单纯被放大后的脉冲信号仍然是不规整的,因此必须再次进行滤波和整形。
3）单片机控制
单片机控制部分在整个心率计系统中起着举足轻重的作用,需要对各种参数进行检测。
心率计的工作原理：由于脉搏跳动,接收器的信号强度因血液的透射率不同也会有所变化。信号被间接地返回，然后通过LM358对信号进行放大滤波和整形,连接到单片机相应的I/O口，最后单片机通过外部中断对信号进行计数，获得一分钟内的人的心脏脉冲数,并将最终结果显示在LCD屏幕上。
1.3 论文结构介绍
本文总共分为六章：第一章为引言，介绍了心率计的中外历史发展背景；第二章为系统的总设计方案与相应器件的选择，介绍系统各模块的功能与实验思路；第三章为硬件电路的设计，介绍了各模块的硬件连接；第四章为系统软件的设计，将总体设计和液晶现实做了相应的介绍；第五章为系统仿真设计及软件调试，对关键特征做出模拟；第六章为硬件实物，介绍焊接过程及实物调试结果。
目 录
第一章 引言 1
1.1心率计发展 1
1.2心率计的组成 2
1.3论文结构介绍 2
第二章 系统总设计思路与选择 3
2.1系统总设计思路 3
2.2单片机模块 3
2.3显示模块 4
2.4传感器模块 4
2.5复位电路模块 5
第三章 硬件电路设计 6
3.1硬件电路总设计 6
3.2单片机模块 6
3.2.1单片机STC89C52的主要特性 7
3.2.2单片机最小系统 9
3.3 LCD液晶显示器 10
3.3.1液晶原理介绍 10
3.3.2液晶模块简介 11
3.3.3 LCD显示部分与单片机的接口 12
3.4输入部分? 13
3.4.1信号采集电路? 13
3.4.2信号处理电路 13
第四章 系统软件设计 18
4.1系统软件总体设计 18 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
4.2液晶显示流程 19
第五章 软件仿真与调试 20
5.1仿真图 20
5.2软件调试 21
第六章 硬件实物 22
6.1硬件焊接情况 22
6.2硬件调试 23
6.3系统调试 23
6.4硬件运行 23
6.5示波器测量 24
结 论 26
致 谢 27
参考文献 29
附录A 30
第一章 引言
人的心率会由于人的兴奋程度，是否运动，年龄大小而发生改变，，但只要你的心脏还在跳动，血液就会流通，便会相应产生脉搏，手指透光度也会改变，本心率计通过记录手指透光度变化频率来记录心率的。当心脏跳动时，血液颜色遮挡光线，透光性弱，心脏不跳动时透光强，由此可知心率计所应该采用的传感器是光电传感器。
中外医学界向来重视从脉搏信号中求得人体的身体病理信息，这是医学诊断和医疗的基础。世界上几乎所有国家都从中国医学“摸脉”中获得灵感去进行治疗或者是直接将“摸脉”当做一种诊断疾病的方法。但人体的生物信号大多属于高频强噪声下的低频弱信号, 心率波信号更加是低频极微弱的非电生理信号,因此,需要对心率波信号进行放大和滤波，之后还必须加入放大整形功能此心率计的真实价值才得以实现[1]。
1.1 心率计发展
公元三世纪脉象学上最早的中国专著《脉经》中记载着有关人体健康的大量信息，在其中，脉诊占有了及其重要的作用，在中医学诊断方法中占着数一数二的地位。脉诊极好的体现和应用了中医学中“辩证论证”和“整体概念”的基本精神。因为脉诊对人体无危害的医疗方法,使其在全世界收到了全世界人民的关注。然而,由于脉诊指示中医药中简单用手指获取身体信息的方法,虽然患者对此诊断方法并无排斥，很容易被接受，因为简单、无创、无痛,但是这种历史悠久的诊治方法在日益发展的现今，人们的需求不断增多的情况下也暴露出许多缺陷。首当其中,它受到触觉、经验和表达的限制,会有很多影响脉冲判断正确性的主观因素。其次,手指的使用技巧很难把握,且触觉意识的感觉是是无法被保存的，因为记录的难度极大，阻碍了脉诊的研究与发展，脉诊的局限性和主观性极大地影响了诊断的准确性和可行性。这已成为脉诊应用、发展和提高中的制约因素。为了弘扬中医药技术,促进脉诊的发展和完善,必须随时跟进科学技术的发展,完成脉诊更科学的诊断[2]。
医院护士每天需要用手按压手腕动脉,以此简单方法统计脉搏搏动次数,记录病人的每分钟脉搏。为了节省时间,通常不需要1分钟测量,而是测量在10秒内测量跳跃次数,然后将结果乘以6以获得每分钟心跳次数,但其耗时和精度不高的缺点使得此方法并不运用在复杂场合。因此,以提高脉搏测量的准确度和速率为目的,许多心率测量仪已在医学领域进行使用,开辟了更为让现代人所需要的医学诊断方法。
在中国，最早出现脉搏仪是在20世纪50年代初，朱颜为了中医的脉诊可以更加客观化的发展将脉搏仪引进与研究。此后,随着科学技术的发展,中医脉搏仪在国内外的发展非常迅速。到目前为止脉搏测量仪器在越来越多的领域受到了重视，被得到广泛的应用。除了在医学领域的应用,如脉冲图像、脉搏检测、妊高征等,商业应用也在不断扩大。
1.2 心率计的组成
经过翻阅有关文献，确立了设计目标为以单片机为核心的心率计,此心率计一共有三大模块，分别为：传感器、信号处理、单片机控制。
传感器
传感器是一种检测型仪器，它被运用来感受被测量信息，我们常用的有热敏传感器，气敏传感器，力敏传感器等，本文中运用到的是光敏传感器也就是光电传感器。传感器能将感受到的信息转变为电信号或者是其他信息类型输出，来满足实验者所需要的实验要求[3]。
2）信号处理
信息处理模块的功能是将从传感器获得的脉冲信号转换为电信号，因为所获得信号只有几微伏，很微小，很难被观测出，所以需要经过信号处理来放大信号，但是单纯被放大后的脉冲信号仍然是不规整的,因此必须再次进行滤波和整形。
3）单片机控制
单片机控制部分在整个心率计系统中起着举足轻重的作用,需要对各种参数进行检测。
心率计的工作原理：由于脉搏跳动,接收器的信号强度因血液的透射率不同也会有所变化。信号被间接地返回，然后通过LM358对信号进行放大滤波和整形,连接到单片机相应的I/O口，最后单片机通过外部中断对信号进行计数，获得一分钟内的人的心脏脉冲数,并将最终结果显示在LCD屏幕上。
1.3 论文结构介绍
本文总共分为六章：第一章为引言，介绍了心率计的中外历史发展背景；第二章为系统的总设计方案与相应器件的选择，介绍系统各模块的功能与实验思路；第三章为硬件电路的设计，介绍了各模块的硬件连接；第四章为系统软件的设计，将总体设计和液晶现实做了相应的介绍；第五章为系统仿真设计及软件调试，对关键特征做出模拟；第六章为硬件实物，介绍焊接过程及实物调试结果。
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