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脉搏计设计与制作 1 摘要: 在医学临床监护和日常中老年保健中，脉搏是一项基本的生命指标，因而脉搏测量师最常见的生命特征的提取，近年来出现的日常监护仪器。脉搏波所呈现出来的形态,强度,速率和节律等方面的综合信息,能反映出人体心血管系统中许多生理疾病的血流特征.本系统采用 AT89S52 单片机为核心而制作的一种实用型脉搏测量仪. 采用数据采集.得到的信号经过整形和放大后送入 AT89S52 单片 机进行处理.单片机将采集到的脉搏心率在 LCD 液晶显示器上实时显示出来, 同时还设置了脉搏测量仪的上下限报警电路.本文首先描述本设计的整体思路, 然后介绍各个部分设计中的细节问题,最后提出一些完善本设计的改进意见. 关键字:脉搏计 单片机 AT89S52 人体脉搏信号 实时显示 1.系统方案选择与论证 1.1 任务 设计并制作一个脉搏检测器 1.2 要求 (1) 用压电陶瓷片对微弱的脉搏信号进行采集,设计脉搏波检测电路,通过示波器显 示出来 (2) 将整形后的脉冲波送入单片机,采用单片机构成脉搏检测仪,要求实 时显示脉率变化,脉率超限时用蜂鸣器报警,报警范围可以通过键盘设定. 1.3 系统基本方案 根据题目的要求系统模块可以基本划分为:脉搏传感器部分,信号放大整形 电路部分,单片机处理电路部分及显示电路部分. 1.3.1 各部分电路的方案选择及论证 (1)脉搏传感器部分 传感器又称为换能器,变换器等.脉搏传感器是脉搏检测系统中重要的组成 部分,其基本功能是将切脉压力和桡动脉搏动压力这样一些物理量(非电量)转换 成为便于测量的电量.脉搏传感器的精度,灵敏度,抗干扰能力及安装方式决定 了脉搏测量精度,因此其选型对整个设计具有决定性的作用. 目前,脉搏信号的测量方式主要有: 1,光电脉搏波传感器.血管不受压力时,血流均匀,反射光也比较均匀, 故传感器无脉搏信号输出;当血管受压血液不流动时,传感器也无输出信号;只 有当血管受到挤压,血管中的血液断续流动时,反射光也随之变化,这时传感器 4 输出脉搏信号,达到了测量脉搏的作用. 2,脉搏信号还表现为皮肤振动,因此可以用加速度传感器进行检测,其特 点是结构简单,体积小,波形测量要求较高，很难排除干扰. 3,力传感器测量.其测量原理是,将测力传感器的受力端压在人体桡动脉 处,模仿人的指头.这种方式通常采用压阻式传感器, 这种传感器的特点是结构简单,可靠性高,抗干扰能力强,而且价格便宜。 本设计中,采用第3种脉搏传感器,即力传感器这里用的是压电陶瓷片. (2)信号放大整形电路部分 脉搏传感器出来的电压信号较弱,一般在毫伏级, 需要对其进行放大. 有噪声干扰信号，所以, 设计时设计了放大级、低通滤波器、信号比较级。放大级即信号放大电路,将脉搏传感器出来的信号进行放大,使之成为一个幅值适当的信号,便于后续电路的处理. 带通滤波器作用为滤去干扰信号，比较级为将信号整成标准方波信号。送入单片机中进行计数即可. (3)单片机选择 本设计作为一个简单脉搏测量仪,最后需给出脉搏波动频率.以单片机作为 信息处理中心,通过对单片机进行编程,完成信号输入检测,信息分析处理及信 息显示. 1,AVR 单片机 AVR 单片机是 ATMEL 公司生产的单片机.高速度(50ns),低功耗,硬件应用 Harward 结构,具有预取指令功能,使得指令可以在一个时钟周期内执行,而 MSC-51 要 12 个时钟周期执行一条指令.AVR 单片机如 LPC2131 等. 51 单片机 51 单片机是 INTEL 公司生产的.它具有结构简单,价格便宜,易于开发的 5 特点.通用型,有总线扩展,有较强的位处理功能,有全双工异步串行通信口. 但是其功能相对较少,访问外部数据有瓶颈,作电压范围窄. 本设计中,单片机只需要对脉搏信号的波动频率进行测量,计算和显示,对 单片机的要求不是很高.而对 51 单片机,本人比较熟悉,所以,本设计中选择 51 单片机作为信息处理中心. 在 51 系列单片机中,AT89 系列单片机是美国 ATMEL 公司推出的一种新型 高性能低价位,低电压低功耗的 8 位 CMOS 微型计算机.AT89S52 就是其中一 款,它可以完全满足本设计的设计要求,而且,AT89S52 的价格较低. (4)键盘与显示部分 根据题目要求,设计出来的系统是可以设定报警的范围的.对键盘和显示部 分采用以下方案: 采用液晶显示屏和普通小键盘.液晶显示屏(LCD)具有功耗小,轻薄短 小无辐射危险,平面直角显示以及影象稳定不闪烁,可视面积大,画面效果好, 抗干扰能力强,并可灵活的现实多种状态. 根据以上论述,51 单片机资源丰富,根据需要,我们选用方案一. 1.3.2 系统各模块的最终方案 根据以上分析,结合器件和设备等因素,确定如下方案: 1. 采用 AT89S52 单片机作为控制器,分别对输入,显示,信号的处理控制. 2. 传感器部分采用压电陶瓷片该器件结构简单,可靠性高,抗干扰 能力强 3. 信号的处理设计了放大级、低通滤波器、信号比较级三级处理。 4. 显示用 LCD 液晶显示实时脉搏数系统的基本框图如下图所示  2.系统硬件设计 2.1 信号采集整形部分设计 本部分由传感器部分和整形电路部分组成.如下图示原理图为，在脉搏计设计中信号的采集和整形是最为关键部分，如果这一部分没有做好整个设计将会不成功，如下图U1A及其外围构成放大级这里的放大倍数为70左右，U1B及外围构成低通滤波器，因为人脉搏一般在100HZ以内故这里设计了一100hz为临界频率的低通滤波器，U1C及外围为二次放大级，U1D及外围为比较级，这一级的作用为将采集的信号整成标准方波信号送入单片机处理。
PCB图如下
2.2 矩阵键盘的设计 由于控制键位不多,方便程序设计,硬件安全可靠,我们设计如下键盘：
2.3 液晶显电路 我们用单片机 P0 口作为 1602 的数据传输口, P2.0 为数据命令选择端, P2.1 读写,P2.2 使能端.硬件电路如图所示.
控制器原理图如下：
PCB图如下
3.系统软件设计 系统软件设计流程图如下
程序设计： #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit dula=P2^6; sbit wela=P2^7; sbit rs=P3^5; sbit en=P3^4; sbit wr=P3^6; sbit s1=P3^0; sbit s2=P3^2; sbit rd=P3^7; uchar code table[]="SUDU:"; uchar code table1[]="SHIJIAN: :"; uchar count,s1num,fen,miao,a; void delay(uint z) { uint x,y; for(x=0;x