基于单片机家用心率检测仪设计(附件)【字数：10205】
摘 要在当今社会的快速发展使人们的物质生活和文化生活得到了极大的改善，但同时人们的生活也被许多疾病威胁着。心脏病是一种人们难以预防的致命疾病，因此心脏的健康情况被到越来越多人重视。这个设计的目标是创造一个数字心率计用以测量心率和监测心脏方面的疾病。以STC89C51单片机为核心控制处理单元的便携式数字人体心率计，利用光电红外传感器作为传感器，应用软件上和硬件上的双重过滤技术实现了心率信号的准确检测。可以使用按钮调节测量范围的上限和下限，并可以在超出上下限的情况下进行声音报警，传感器可以用于身体任何部位，测量结果能够用数字显示，测量精确到2次/分钟。经过大量的实验，本设计的心率仪基本达到了题目中各项指标的要求。
目 录
第一章 绪论1
1.1课题设计背景1
1.2国内外研究现状1
1.3设计的主要内容2
第二章 心率检测系统的总体设计方案3
2.1心率检测系统总体设计3
2.2方案的对比和论证4
2.3最终方案7
第三章 心率计的硬件分析8
3.1单片机8
3.2传感器9
3.3信号电路10
3.4其他元件11
第四章 程序设计14
4.1核心思想14
4.2主程序流程14
4.3测量程序流程13
第五章 实物的制作与调试17
5.1仿真与调试17
5.2实物制作20
第六章 总结23
结束语24
致谢25
参考文献26
附录27
第一章 绪论
1.1课题设计背景
心率是指每分钟心跳的次数，是反映心脏是否正常工作的重要参数，也是心血管疾病诊断的重要生理指标。成人心率正常的通常是60100，当他们安静的时候，经常锻炼的人也可能减少到5570，而运动员的心率是50左右。而且它很容易理解，因为心脏和血管被锻炼得更强，所以每次心脏跳动输出的血液(氧气)越高，心率自然而然就越少。
在医疗过程中心率功能的检测是极其重要的。根据世界卫生组织的数据，心血 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
管死亡率是世界上最高的，显著高于肿瘤和其他疾病。事实上，大多数心脏病发作是可以在早期预防的。除了养成良好的生活习惯外，关键是提前发现和治疗。但是大多数人由于缺乏医疗知识错过了最好的治疗时间。
心率功能的检测对循环系统疾病情况的了解和其它病情的分析也是不可或缺的。
目前医院最常见的检查方法是使用心电图(ECG)检查患者的心脏机能，但监测时间相对较短。然而，心血管疾病与普通疾病不同，不会一直表现出症状，大量患者当前病情轻微，间歇又难以辨明，但这些人可能会在几年内出现严重症状。因此，每年检查这些生命体征几次还不足够，而且也很容易导致医生根据“错误时间获得的错误数据”做出错误决定。
心率是人体健康的重要生理指标。由于心脏疾病具有复杂性，需要多次检查才能消除干扰因素。为了方便人们的健康检查，有必要设计一种便携式的快速监测装置。
1.2国内外研究现状
在我国的传统中医学中，就用“把脉”的方法来了解病情。在现代的医学中，心率也是反映心脑血管疾病情况的重要指数。所以越来越多的研究者意识到了持续监测心率的重要性。心率检测仪的研究和发展也随之有了很大进步。
现在的心率检测也朝着以下几个方面发展：
一、自动化，现在的大多数心率检测仪都不需要提前设置参数，也不需要复杂的操作，这样就为一般的家庭带来了很大的便捷。
二、便携化，现在越来越多的心率检测仪都以手环型设计。便于携带，可以随时随地测量心率等健康状况。改善了传统心率测量仪携带不便，且难以测量运动心率的缺点。
三、智能化，当今智能手机已经普及到千家万户，所以很多的手环型心率检测仪与智能手机相结合，可以智能地测量不同状态下的心率，并且结合以往的数据分析健康状况并提出建议。
四、多功能化，现在的心率监测仪的功能已经不仅仅局限于测量心率，往往集成了多种功能，可以反映人体的各种指标，全方位的检测用户的身体健康状况。
1.3设计的主要内容
本文要求设计一个能测量心率并能在心率变异时，及时发出警示的心率检测仪，并设计脉搏信号采集方式以及预处理电路（包含前置放大电路、滤波电路、积分和比较电路等）。本设计以MCS51单片机为核心，以光电传感器，信号采集电路，预处理电路，键盘输入模块，显示电路，报警电路为测量系统硬件。能用采集到的脉搏信号计算并显示实时心率。并能在心率超出预定的上限或下限时发出警报。
第二章 心率检测系统的总体设计方案
2.1心率检测系统总体设计
本系统包含以下4个模块：信号采集模块、单片机处理模块、显示模块和报警模块。
基础思路是由信号采集模块采集脉搏信息后，由单片机模块进行整形、计算，再由显示模块显示结果，如果结果超出了预定的上下限，报警模块会发出警报
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图 21 总体系统流程图
2.2方案的对比和论证
2.2.1传感器的选择和论证
(1)压电式
压电传感器可以利用压力或振动传感器将人的脉冲振动转化为电信号输入电路。普通的压力传感器可以被压电陶瓷代替。该方法的优点是种类丰富，一般传感器的输出信号较大，对放大电路要求低。压电陶瓷具有成本不高、材料选择方便、灵敏度高的特点。
(2)声电式
声电传感器的功能是将机械振动转换成电信号。因此，它也是一个机械传感器。其制作材料一般为非质无烟煤颗粒或压电陶瓷。声电传感器的优点是耐用、低成本、易制造，缺点是瞬时电弧接触表面颗粒和机械磨损会使颗粒逐渐老化，造成噪声、性能不稳定和非线性，所以声电传感器检测声音信号有一定的缺陷。
声电检测方法是利用微声传感器将人体的振动转化为电信号。这种方法的优点是传感器可以使用现有的驻极体麦克风传感器或电容式话筒，但之后电路必须采取一定的措施对环境中干扰声音的信号进行滤波。
(3)光电式
光电系统通常是指能够感应到紫外光到红外光的光能量并将光能转换成电信号的装置。光电二极管和光电三极管是常用的光电器件。光电传感器测量微小位移变化时，效果明显，但如果要使用光电传感器，就要对材料、电路控制、光电管性能有以下要求：
目 录
第一章 绪论1
1.1课题设计背景1
1.2国内外研究现状1
1.3设计的主要内容2
第二章 心率检测系统的总体设计方案3
2.1心率检测系统总体设计3
2.2方案的对比和论证4
2.3最终方案7
第三章 心率计的硬件分析8
3.1单片机8
3.2传感器9
3.3信号电路10
3.4其他元件11
第四章 程序设计14
4.1核心思想14
4.2主程序流程14
4.3测量程序流程13
第五章 实物的制作与调试17
5.1仿真与调试17
5.2实物制作20
第六章 总结23
结束语24
致谢25
参考文献26
附录27
第一章 绪论
1.1课题设计背景
心率是指每分钟心跳的次数，是反映心脏是否正常工作的重要参数，也是心血管疾病诊断的重要生理指标。成人心率正常的通常是60100，当他们安静的时候，经常锻炼的人也可能减少到5570，而运动员的心率是50左右。而且它很容易理解，因为心脏和血管被锻炼得更强，所以每次心脏跳动输出的血液(氧气)越高，心率自然而然就越少。
在医疗过程中心率功能的检测是极其重要的。根据世界卫生组织的数据，心血 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
管死亡率是世界上最高的，显著高于肿瘤和其他疾病。事实上，大多数心脏病发作是可以在早期预防的。除了养成良好的生活习惯外，关键是提前发现和治疗。但是大多数人由于缺乏医疗知识错过了最好的治疗时间。
心率功能的检测对循环系统疾病情况的了解和其它病情的分析也是不可或缺的。
目前医院最常见的检查方法是使用心电图(ECG)检查患者的心脏机能，但监测时间相对较短。然而，心血管疾病与普通疾病不同，不会一直表现出症状，大量患者当前病情轻微，间歇又难以辨明，但这些人可能会在几年内出现严重症状。因此，每年检查这些生命体征几次还不足够，而且也很容易导致医生根据“错误时间获得的错误数据”做出错误决定。
心率是人体健康的重要生理指标。由于心脏疾病具有复杂性，需要多次检查才能消除干扰因素。为了方便人们的健康检查，有必要设计一种便携式的快速监测装置。
1.2国内外研究现状
在我国的传统中医学中，就用“把脉”的方法来了解病情。在现代的医学中，心率也是反映心脑血管疾病情况的重要指数。所以越来越多的研究者意识到了持续监测心率的重要性。心率检测仪的研究和发展也随之有了很大进步。
现在的心率检测也朝着以下几个方面发展：
一、自动化，现在的大多数心率检测仪都不需要提前设置参数，也不需要复杂的操作，这样就为一般的家庭带来了很大的便捷。
二、便携化，现在越来越多的心率检测仪都以手环型设计。便于携带，可以随时随地测量心率等健康状况。改善了传统心率测量仪携带不便，且难以测量运动心率的缺点。
三、智能化，当今智能手机已经普及到千家万户，所以很多的手环型心率检测仪与智能手机相结合，可以智能地测量不同状态下的心率，并且结合以往的数据分析健康状况并提出建议。
四、多功能化，现在的心率监测仪的功能已经不仅仅局限于测量心率，往往集成了多种功能，可以反映人体的各种指标，全方位的检测用户的身体健康状况。
1.3设计的主要内容
本文要求设计一个能测量心率并能在心率变异时，及时发出警示的心率检测仪，并设计脉搏信号采集方式以及预处理电路（包含前置放大电路、滤波电路、积分和比较电路等）。本设计以MCS51单片机为核心，以光电传感器，信号采集电路，预处理电路，键盘输入模块，显示电路，报警电路为测量系统硬件。能用采集到的脉搏信号计算并显示实时心率。并能在心率超出预定的上限或下限时发出警报。
第二章 心率检测系统的总体设计方案
2.1心率检测系统总体设计
本系统包含以下4个模块：信号采集模块、单片机处理模块、显示模块和报警模块。
基础思路是由信号采集模块采集脉搏信息后，由单片机模块进行整形、计算，再由显示模块显示结果，如果结果超出了预定的上下限，报警模块会发出警报
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图 21 总体系统流程图
2.2方案的对比和论证
2.2.1传感器的选择和论证
(1)压电式
压电传感器可以利用压力或振动传感器将人的脉冲振动转化为电信号输入电路。普通的压力传感器可以被压电陶瓷代替。该方法的优点是种类丰富，一般传感器的输出信号较大，对放大电路要求低。压电陶瓷具有成本不高、材料选择方便、灵敏度高的特点。
(2)声电式
声电传感器的功能是将机械振动转换成电信号。因此，它也是一个机械传感器。其制作材料一般为非质无烟煤颗粒或压电陶瓷。声电传感器的优点是耐用、低成本、易制造，缺点是瞬时电弧接触表面颗粒和机械磨损会使颗粒逐渐老化，造成噪声、性能不稳定和非线性，所以声电传感器检测声音信号有一定的缺陷。
声电检测方法是利用微声传感器将人体的振动转化为电信号。这种方法的优点是传感器可以使用现有的驻极体麦克风传感器或电容式话筒，但之后电路必须采取一定的措施对环境中干扰声音的信号进行滤波。
(3)光电式
光电系统通常是指能够感应到紫外光到红外光的光能量并将光能转换成电信号的装置。光电二极管和光电三极管是常用的光电器件。光电传感器测量微小位移变化时，效果明显，但如果要使用光电传感器，就要对材料、电路控制、光电管性能有以下要求：
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