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1、浙江科技学院毕业设计毕业设计题 目 单片机的人体脉搏指示仪 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的
2、印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留
3、、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数
4、要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：
5、按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它摘 要伴随着社会的飞速发展，人们的生活水平得到了质的飞跃，但是各种各样的疾病却一直困扰这我们脉搏能反映出人体心血管系统中很多问题，在脉搏中寻找生理疾病信息一直是中医的根本，即“摸脉”.因此脉搏指示仪具有很高的科学价值。 心脏病就是难以预防的突发性疾病之一。本设计要解决的问题就是可以测量心率，预防心脏病等心脏方面疾病的数字心率计。AT89C51单片机作为核心的便携式人体心率计，采用红外传感器，运用硬件和软件双重滤波技术实现了对人体心脏心率信号的准确检测。测量范围上下限可以用数字方式进行显示，测量精确到2分/分。经过大量的实验证明，
6、本心率计已经基本达到了课题要求部分的全部指标。关键字：心脏病；红外传感器；单片机AT89C51Abstract Along with the rapid development of society, peoples living standard have a qualitative leap, but various diseases that we had the pulse can reflect a lot of problems in the cardiovascular system, seek physical illness in the pulse of tradition
7、al Chinese medicine (TCM) has been the basic information, namely the vein of touch. So the pulse indicator has the very high scientific value.Heart disease is one of the difficult to prevent sudden illness. This design to solve the problem is can measure heart rate, the prevention of heart disease s
8、uch as heart disease digital heart rate meter.AT89C51 as the core of portable human body heart rate meter, using infrared sensor, using hardware and software on the human body of double filtering technology to achieve the accurate detection of heart heart rate signal. Measuring range on display in t
9、he form of floor can use digital measuring accuracy to 2 points per minute. Through lots of experiments show that this heart rate meter has been basically meet the requirements of the subject part of the whole index.Keywords: psychological;infrared sensor;single chip microcomputer AT89C51As improved
10、 of the目 录摘 要I1 引言11.1 心率计的研究背景和意义11.2 心率计的研究现状及发展动态12 方案论证及元器件选择32.1 研究内容及设计指标32.2 方案设计与论证32.2.1 传感器的选择与论证32.2.2 信号处理方案选择和论证42.2.3 单片机系统选择62.2.4 显示模块选择和论证62.3 元器件选择及功能介绍72.3.1单片机AT89S5272.3.2红外传感器错误！未定义书签。2.3.3双运算放大器LM358N82.3.4 LCD1602显示模块93 硬件系统设计113.1 系统设计框图113.2 信号采集电路113.3信号放大电路123.4信号比较电路133.
11、5 LCD1602显示电路133.6 键盘电路144 系统软件设计154.1测量计算原理154.2主程序流程图154.3中断程序流程图错误！未定义书签。4.4定时器T0和T1的中断服务程序错误！未定义书签。5 系统测试与结果分析175.1 测试方法和仪器175.2仿真与焊接阶段175.2.1仿真阶段175.2.2焊接与完成阶段175.3 测试数据与结果分析205.3.1测量结果与分析205.3.2几种主要系统干扰与影响23总结和展望24结束语错误！未定义书签。参考文献26附录一：系统仿真图27附录二：系统原理图27附录三：系统PCB28附录四：源程序28VII1 引言1.1 心率计的研究背景和
12、意义伴随着全球科技与经济的飞速发展与进步，关爱生命与健康已成为人类的共同追求。心脑血管疾病一直是危害我们健康最大的“敌人”，全世界每年都会有许多人因为心脑血管疾病而死去。现在，随着经济的快速发展人们越来越倾向与“快餐”生活，心脑血管疾病的发病率一直居高不下，怎么解决这个问题成为全世界的话题。今天，越来越多的人已认识到健康生活方式和疾病预防的重要性，对拥有日常家庭化和个性化的健康监测和疾病预防手段的需求也日益增大。在脉搏波研究方面，国内外已经出现了众多的技术和理论，基于现代医学技术，利用脉搏波对人体心血管健康进行无创检测的方法和仪器不断涌现。现在的任务是既要对脉搏波的检测分析及对心血管健康检测应
13、用方面做进一步研究，研制一种面向家庭和社区医疗服务的，能够对人体动脉硬化的程度和其他心血管健康状况进行无创检测的仪器，让更多的人对自己的心血管健康状态进行及时的了解，对心血管疾病能够及早的发现和进行预防1。基于上述现状和背景，不难发现，心血管功能检测新技术、新方法的研究以及心血管功能监测类家用电子医疗保健仪器的开发已刻不容缓。它不仅能满足当前的医疗保健急需，也能为维持和发展我国家用数字医疗事业，为推行实施国家“家庭医疗保健工程”做出积极和长久的贡献2。1.2 心率计的研究现状及发展动态 自上世纪80年代以来，基于血流动力流变学和弹性腔理论的无创伤血管功能检测方法的研究逐渐受到广泛的关注。很多不
14、同学科的研究员与医学家合作，研究出各种应用型人体心率传感器，有单部、三部、液态水、子母式单点，多点，气压式、硅杯式、软性接触式、刚性接触式等，组成脉搏传感器的主要部件有压电晶体、单晶硅、陶瓷应变片、光敏组件、pvdf压电薄膜等，其中以单部单点应变片式应用最为广泛3。 到目前为止,存在大量的结构和方法评估动脉。血管造影和其他成像技术有一个方法可以准确评估动脉腔或分心动脉壁结构4。但这些方法很复杂，成本高，需要非常复杂的技术设备，限制了其应用在大型临床研究，此外，还有一些其他的非侵入性方法，主要根据超声波技术和计算机图像和超声信号的分析，研究功能、结构和某些动脉轴和网站，相对复杂的技术仅用于某些临
15、床研究实验室。在无创方法中，脉搏波速度测试已经广泛应用于评估动脉壁的扩张和硬度。没有外伤，方法操作简单、准确、重现性好，因而广泛应用于大型治疗和流行病学研究，这种方法非常适合家庭和社区卫生保健服务。国外,比如法国科林computalog日本公司开发和生产的仪器，如动脉硬化的探测器在使用这种方法，而在欧洲和美国被广泛传播，家里还有一个医院引进这种设备，但价格昂贵5。也有很多国内单位开始研究这样的设备，在2007年，有相似的产品已经上市。然而，这些工具被应用于大型医疗机构，成本高、测试的成本高、检测功能有限，不能满足病人的需要随时随地进行测试6。2 方案论证及元器件选择2.1 研究内容及设计指标研
16、究内容：便携式数字人体心率计运用AT89S52单片机作为核心控制处理单元，采用红外传感器作为传感器，运用软件和硬件双重滤波技术实现了对人体心率信号的准确检测，最终以数值形式显示在LCD上。本课题开发一款低功耗、便携式数字心率计，具体要求如下：(1)实时显示被测者心率值，并显示；(2)可用按键设置正常心率的范围，超过这个范围，进行报警提示。2.2 方案设计与论证2.2.1 传感器的选择与论证(1)压电式压电式传感器的检测方法是利用压力传感器或振动传感器将人体脉搏振动转换成电信号。常见的压力传感器可用现有的压电陶瓷代替。压电式元件的内阻极高，通常采用两片相同的元件，使其极性反向相叠，由夹在中间的铜
17、片作为一个电极。这样，中央电极处于全空状态，可以用具有良好绝缘性的导线引出。此种方法的优点是传感器种类多，一般的传感器输出信号也比较大，对后面的放大电路要求不高。压电陶瓷具有成本低、取材方便、易于提高敏感度等特点7。(2)声电式声电式传感器的作用是将气体、液体或固体中传播的机械振动转换成电信号。因此，它也属于力学量传感器。它的制作材料一般由不定性无烟煤颗粒或压电陶瓷构成。颗粒式声电传感器的优点是耐用、成本低和容易制作，缺点是颗粒的机械磨损和接触表面上的瞬间电弧会使颗粒逐渐老化，从而导致杂音大、性能不稳定和非线性；而压电陶瓷式的声电传感器在检测声音信号时却存在着一定的缺陷8。声电式检测方法是利用
18、微音传感器将人体的振动的声音转换成电信号。此种方法的优点是作为传感器的微音传感器可利用现有的驻极体或电容式话筒，但其后面的电路要采取一定的措施将环境的声音干扰信号滤去。(3)光电式光电系统通常是指能敏感由紫外光到红外光的光能量，并将光能量转换成电信号的器件。通常用的光电器件有光电二极管和光电三极管。光电式传感器测量微小的位移变化有明显的效果，但是光电传感器对材料、电路控制和光电管属性要求较高：1）吸收红外光的能力极强2）介电常数小，以便得到大的输出电压。3）介电损耗小9。光电式检测方法是利用光电传感器检测人体内血液流动时对光的透过率或反射率不同而将其转换成电信号的方法。此种方法有两种方式：一种
19、是对射式，另一种是反射式。对射式是在一个大小合适的环的两侧各放一个发射管和一个接收管，测量时将人的手指伸到环中，由于手指中的血流量的变化而使光电接收管的光电流也随之变化，反射式是光电发射与光电接收都指向一个方向，当人体内的血流发生变化时其对光的反射率也随之变化，从而检测出心率。这种方法的优点是外界干扰信号小，但其最大的难点是传感器输出信号小，对后面的放大电路要求较高。此外，对于干扰变化强烈的信号，回路不宜调制，可视光电管的定向角不同，光轴也不宜把握10。综上所述，从传感器的制作工艺、材料的选取、受外界的干扰信号的干扰程度和制作过程中前级电路的处理难易程度上考虑，就选用一对红外对射二极管实现。红
20、外传感器的检测、放大、滤波和整型并传到单片机工作系统的过程见下图2-1所示：图 2-1信号检测处理工作流程图2.2.2 信号处理方案选择和论证 (1)小规模数字电路,采用小规模数字电路也可完成此方案的基本功能，电路框图如图2-2所示。这种方案是采用一个二进制计数器，将处理后的脉波信号进行计数，在1分钟内将计数值显示。此方案的不足是电路结构复杂，实现一个相对简单一些的过程控制功能都要用好多片电路，且数字电路器件功能单一，一旦硬件电路定型就难以改动，尤其在题目要求中，要实现心率测量并显示，还要超限报警等等，则显得力不从心。(2) PLD：可编程逻辑器件(PLD)突破了小规模数字电路功能单一的缺点，
21、可以按照设计者设计分析出来的逻辑要求去编程定义，应用起来确实方便，设计也比较灵活。针对题目要求，该方案应该至少由传感器电路、闸门电路、计数器电路、数字锁存电路、显示电路、数据存储电路、PC接口电路七部分构成，在闸门信号允许时间内对被测信号计数，闸门宽度为单位时间。显然电路复杂，一旦涉及到数据处理、数据分析、数据记忆、数据通信等功能要求时，其实现难度可想而知。 (3)单片机：单片机的发展和应用大家有目共睹，其体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和灵活机动等许多优点已经被默认。在科学计算、数据处理及信息管理、CAD、CAM、CAA、CAI、过程控制和仪表智能化、军事领域、多媒体系统和信息高速公
22、路甚至家用电器和家庭自动化等方面都可以看到单片机的影子，可谓立下了汗马功劳11。图2-2小规模数字电路心率计 (3)单片机：单片机的发展和应用大家有目共睹，其体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和灵活机动等许多优点已经被默认。在科学计算、数据处理及信息管理、CAD、CAM、CAA、CAI、过程控制和仪表智能化、军事领域、多媒体系统和信息高速公路甚至家用电器和家庭自动化等方面都可以看到单片机的影子，可谓立下了汗马功劳。 单片机内部包含了CPU、RAM、ROM、I/O口、总线甚至A/D及D/A转换电路，功能十分强大。许多在数字电路、模拟电路中的难题都在单片机的程序设计中得到了出乎意料的解决效果
23、，通过对程序和外部少许电路的修改即可以改变整个设计系统的功能。可移植性和可维护性得到极大的改善。在数据分析、处理、记忆、通讯等方面表现相当出色。根据题目提出的要求，单片机控制当为首选。以单片机为主外设显示器、键盘、通讯、打印接口等硬件电路，完成脉波计数、数据运算、显示、通讯、记忆等功能。 根据以上方案比较，本课题决定采用以红外传感器为传感器，以单片机为主控芯片外辅少量硬件电路完成数据处理、记忆、显示、通讯等功能。硬件框图如图2-3所示。图 2-3单片机心率计2.2.3 单片机系统选择AT89C2051、AT89C51单片机是最常用的单片机，是一种高性能、低损耗、CMOS八位微处理器。AT89C
24、2051与MCS-51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容，而且能使系统具有许多新的功能，功能强、灵活性高而且价格低廉。AT89S52可构成真正的单片机最小应用系统，增加系统可靠性，缩小系统体积，降低了系统成本。程序长度只要不大于4K，四个I/O口全部提供给用户。系统运行中需要存放的中间变量较少，可不必再扩充外部RAM。采用AT89S52单片机，其内部有8KB单元的程序存储器。而且具有三个定时器，正好满足系统多机通信时所用。 比较以上方案，综合考虑单片机的各部分资源，因此此次设计选用AT89S52。2.2.4 显示模块选择和论证(1)液晶显示器(LCD)液晶单元是一个电容性负载，液晶在大多数
25、情况下的阻力可以忽略，非极性，即正压和负压的影响是相同的。液晶显示装置的作用下会发生电解直流电压，所以必须使用ac驱动器，和有限的直流分量的交流组件不超过几十个mv；由于电场下液晶光学性能的变化取决于液晶作为弹性连续介质的弹性形变，响应时间很长，所以交流驱动电压的影响并不取决于峰值，在低于1000赫兹频率的情况下，液晶透光率的变化只与外部电压有效值。液晶显示器(LCD)信息量大，寿命长，低电压驱动程序等。(2)LED动态显示数码管是一种显示通过不同销输入相对于其电流，将使其发光，从而显示数字可以显示时间、日期、温度等所有可用的数据显示，参数。因为它的价格便宜易于使用电器特别是在家电领域的应用非
26、常广泛，空调、热水器、冰箱等等。大部分的热水器用数码管，其他电器液晶显示屏和屏幕。动态数码管显示界面是最广泛使用的方法之一，在单片机中显示,动态驱动程序将所有8个数码管显示中风“a,b,c,d,e,f,g,dp”相同的名称在一起，除了每个数码管公共大大增加COM门控制电路，一个门是由一个单独的I / O控制线路，当单片机字形代码输出，数码管接收相同的字体大小。反过来通过分时控制的所有COM端口数码管，数码管使得每个控制，根据这个是一个动态的驱动器。在每个数码管动态显示的过程，光时间是1 -2毫秒，因为发光二极管的余辉效应和视觉暂留现象。事实上尽管数码管不同时点燃，但只要扫描速度很快，给人的印象
27、是稳定的显示数据，不会有感觉闪烁，动态显示和静态显示的效果是相同的，可以节省大量的I / O端口，以及更低的能耗12。根据以上两种方案比较，液晶显示具有其独特的优越性，显示效果好，控制简单等优点。所以就选择液晶来实现显示功能。2.3 元器件选择及功能介绍2.3.1单片机AT89S52 (1)主要性能：8KB可改编程序Flash存储器（可经受1000次的写入/擦除周期） 全静态工作：0Hz24MHz三级程序存储器保密1288字节内部RAM32条可编程I/O线2个16位定时器/计数器6个中断源可编程串行通道片内时钟振荡器 (2)功能特性描述：AT89C51是一种低功耗,高性能CMOS8单片机,在系
28、统可编程闪存8 k。使用Atmel公司生产高密度非易失性内存技术,和行业是与80 c51单片机产品说明和销完全兼容。芯片上的Flash允许应用程序在系统可编程的内存,也适合传统的程序员。在单个芯片上,具有灵活的8位CPU和在系统可编程Flash,使得以AT89C52为许多嵌入式控制应用程序高灵活和有效的解决方案。法具有以下功能:标准8 k字节Flash,256字节的内存,32个I / O端口线,看门狗定时器,两个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6级向量2中断结构、全双工串口,芯片晶体及时钟电路。以AT89C52,此外,静态逻辑操作可以减少到0赫兹,支持两种类型的软件可以选择节电模式。空
29、闲模式下,CPU停止工作,允许内存,定时器/计数器,一个串行端口,继续工作。掉电保护,RAM的内容保存,振荡器是冻的,单片机停止所有工作,直到下一个中断或硬件复位。以AT89S52销结构如图2 - 4所示。2.3.2红外传感器红外技术是近几十年来开发的一项新技术。在科技、国防和工农业生产等领域得到了广泛的应用，特别是在科学研究、军事工程和医学中发挥着极其重要的作用。例如，在红外制导火箭、红外成像、红外遥感等。红外辐射技术的重要工具是红外传感器、红外传感器在现代生产实践起到了很大的作用。特别是在实现远程温度监测和控制方面，红外温度传感器以其优越的性能，可以满足各种需求，从而发挥突出的作用在产品传
30、感器。因此红外传感器的发展前景是不可估量的。心率计的设计传感器使用一对5毫米红外辅助管电路外的红外传感器，红外线是一种红外光敏接收管，光敏接收管或红外接收管，红外线接收头配合一起使用时。 图2-4 AT89S52的引脚结构红外发射管在包装行业，主要有三个常用的乐队850纳米以下，875 nm、940 nm。根据波长使用该产品的特征也有很大差异，850 nm波长主要用于红外监测设备，875 nm主要用于医疗设备、940 nm带主要用于红外控制设备。如:红外遥控控制器、光电开关、光电设备，如数字的读法。光敏接收管是一种光敏PN结的特点，属于光敏三极管，单向导电性，因此在工作中需要添加反向电压。没有
31、光，反向漏电流小，饱和(暗电流)。光导管不导电。当光饱和立即反向漏电流增加，形成光电流，在一定的范围内增加入射光强度的变化。2.3.3双运算放大器LM358NLM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有使用运算放大器的可用单电源供电的场合。 1 低输入偏流 2 内部频率补偿 3 直流电压增益高(约100dB) 4 单位增益频带宽(约1MHz) 5 电源电压范围宽：单电源(330V)；双电源(1.5 一15V) 6 低
32、功耗电流，适合于电池供电 7 低输入失调电压和失调电流 8 共模输入电压范围宽，包括接地 9 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 10 输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V) LM358的引脚结构如图2-5所示。图2-5 LM358的引脚结构2.3.4 LCD1602显示模块1602 LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。 图2-6 LCD显示模块引脚图管脚功能1602采用标准的16脚 接口，其中：第1脚：VSS为电源地第2脚：VCC接5V电源正极第3脚:V0液晶显示器对比度调整,积极的力量对比最弱,接地时力量对比最大(对比度太高会产生“鬼
33、影”,当使用的电位器调整10 k)的对比。第4脚:RS注册选择,而高一级的数据寄存器,低级别0选择指令寄存器。第5脚:RW读写信号线路,高水平(1)读操作时,低水平(0)写作。第6脚:E(EN)或结束启用(激活),高级别(1)读取信息,当负面的跳时执行指令。第714脚:D0D7 8位双向数据。第1516脚:空脚或光功率。15脚背光积极、背光负16脚。3 硬件系统设计3.1 系统设计框图心率测量仪总体设计的电路图如图3 - 1所示,主要包括信号采集电路、放大电路、比较电路、信号处理电路和单片机液晶显示电路。利用红外传感器来收集第一次心跳频率信号，当人体组织半透明值大，红外发射管Dl发出通过身体的
34、组织光强度很弱，光敏三极管导通，输出高水平，当人体的组织和半透明度值很小，红外发射管发出Dl通过身体的组织，强烈的光强光敏三极管导通，输出低电平。因此形成的脉冲频率成正比低频信号,它类似于正弦波。当脉搏为40次/分时，检测到的频率是0.78Hz，当脉搏为40次/分时，检测到的频率是3.33Hz，从传感器过来的是低频信号。该低频信号首先经RC振荡器滤波以消除高频干扰，经无极性隔直流电容C3、C5加到线性放大器的输入端。运算放大器将此信号放大100倍，并与R3、R4、C6组成的低通T型滤波器滤除残留的干扰。正弦信号经微分形成尖脉冲信号，单稳态振荡电路将尖脉冲信号转化为同频率的长脉冲信号，该脉冲信号
35、通过R12送到单片机后，经过软件对信号的处理，最后在以数值形式显示在液晶上。 图 3-1 系统设计原理框图3.2 信号采集电路信号采集电路如图3-2所示。5MM红外对管D1与D3组成红外传感器。因红外传感器输出的脉冲信号是非常微弱的信号，而且频率很低（如脉搏50次/分钟为0.78Hz，200次/分钟为3.33Hz），并且还伴有各种噪声干扰，故该信号要经过R7、C5低通滤波，去除高频干扰。当传感器检测到较强的干扰噪音时，其输出端的直流电压信号会有很大变化。图3-2 信号采集电路3.3信号放大电路如图3-3所示，R3与R8的电阻之比为放大器的放大倍数，经过计算所得该放大器的理论值为200倍，但由于
36、8号接口上5V供压不足再加上材料限制和人为的因素，该放大倍数只有20倍左右。 图中C7为耦合电容，作用为隔直流通交流，之所以使用1uF的电容，是为了让所有的信号通过。信号放大电路仿真图如图3-4所示。图 3-3 信号放大电路 3.4信号比较电路电压比较器是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F 变换电路、A/D 变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。我们主要介绍其基本概念、工作原理及典型工作电路，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小并判断出其中哪一个电压高，接到的信号电压小于该值时显示0V，当大于该值时显示5V
37、，这就形成了0和5V的方波。如图3-4 所示。图3-4 电压比较器电路图3.5 LCD1602显示电路LCD1602与单片机接口电路如下：图3-5 LCD1602与单片机接口 3.6 键盘电路 因为I/O口足够用，键盘设计采用线性键盘。三个引脚通过按键接地。有程序控制扫描。3个按键分别接到CPU的P30、P31、P32上，正常心率范围的设置，以便在超出限制时报警提示。 图 3-6键盘电路4 系统软件设计4.1测量计算原理 设K个连续的动脉搏动所用时间为t（秒），在时间 t 内心率的平均值为n（次/分），则： n = 60K/t (4-1)为了能够控制用单片机计算机测定t值，我们利用脉动信号控制
38、（在K个连续的脉搏周期内）单片机的定时/计数器T0定时（定时1ms中断一次），工作寄存器对中断次数进行计数，然后读取计数值。设该计数值为N，于是有： t = 0.001N (4-2)把(2)带入(1)得到： n = 60k/0.001N =60000K/N (4-3)式(3)就是利用单片计算机测定心率值的数学模型（误差小于0.4%）。在该单片机系统中，K = 19（用户可通过按键自行设置）。可测心率范围20次/分200次/分（N的范围：30030000）13。4.2主程序流程图程序流程图如图4 - 1所示。初始化程序所需的单片机程序,它的主要任务是确定中断入口地址和程序入口。然后显示所有零,目
39、的是区分是否有信号,当没有信号发送到显示所有零,显示了心率计没有正常工作,另一方面,正常工作。是定期l00ms设计的一个重要组成部分,它主要是抽样6 s的基础。系统使用定时器T1时间实现100 ms,大多数时候,等待占用程序执行是一个无限循环语句,只中断条件满足时,执行中断服务子程序,积累计数的结果,积累后,判断抽样的数量,如果抽样在60倍,低于6年代,回到继续样品,等待中断,直到60倍抽样,抽样的数量后得到的6 s二进制数转换成十进制数,发送到液晶显示器。4.3中断程序流程图心率的有效测量范围为40次120次/分钟，为了消除外界信号的干扰，在定时器中断程序中加入了对频率大小的判断，滤除掉小于
40、40次/分钟和大于120次/分钟的脉冲信号，中断程序如图4-2所示。4.4定时器T0和T1的中断服务程序定时器T0的中断流程图如图4-3所示，定时器T1的中断服务流程图如图4-4所示。 图 4-1 程序流程图 图 4-2 中断程序流程图图 4-3 定时器T0的中断 图 4-4 定时器T1的中断5 系统测试与结果分析5.1 测试方法和仪器(1) 时基测量：心率测量仪的精度在很大程度上取决于系统的时间基准，因而对1MS时间定时要用仪器校准，我们用的是TDS210数字示波器。在T0定时中断服务程序中首先对外部的某一端口的状态不断取反，用示波器测端口的周期，如有误差可在程序中改变TL0的值，直到时间满
41、足要求为止。(2) 测量精度测试：用信号发生器产生一方波，其频率与测量范围相符，（40120次/分）分别测量40次/分、80次/分、100次/分、120次/分，观察心率仪的测量结果与与信号发生器输出的频率是否相符，如误差大于2次/分时可再细调TL0的值，如不能满足要求可用软件与TL0的值同时调节，直到满足要求为止14。使用仪器：示波器（TDS210）信号发生器（GFG-8015G）万用表（FLUKE73）+-5V电源（YB1711B）单片机仿真器（E2000/S）编程器（kile）5.2仿真与焊接阶段5.2.1仿真阶段 当模块设计完成并在ISIS 7 protues中仿真成功后，电路基本确定，
42、但那只是理论值，需要对这些仿真电路进行试验，以确保这些电路是否适用与该设计。5.2.2焊接与完成阶段在完成实验阶段测试后，这时电路的元器件及各种电阻电容的值就已经确定。可以实物的焊接。(1)焊前处理在焊接之前，组件别针或电路板焊接焊前加工的位置。焊接部位的去除氧化层用刀切断金属氧化物层表面的销，销的是金属光泽。可用纱纸转印电路板铜箔抛光后，均匀地涂上一层松香。(2)组件的镀锡镀锡线处理，后会导致松香、铅、锡焊头压力把领先优势。能使铅镀一层很薄的锡均匀。在焊接之前，用剥线钳剥绝缘皮，上述处理后，正式焊接。如果更多的电线电缆，照明应拧在一起，然后镀锡。(3)焊接方法、焊接、检验、剪短。a.右手烙铁
43、，左手用镊子夹紧组件或电线，焊前预热，焊铁是足够了。焊头叶片表面镀锡，焊的薄层。b.焊点的焊接端面靠近，烙铁和水位约45度角，这样的熔融锡烙铁头覆盖焊点，将呆在焊点焊头2 3秒。c.移除焊头。左手保持组件。如锡焊点冷却凝固后，松开左手。d.领先钳，确认不松，然后一边剪钳削减过剩导致可用。(4)焊接质量每个点焊焊接，保证公司良好的接触，确保焊接质量。应该是锡光，光滑无毛刺，适量的锡。锡和熔焊是公司。不应该空焊、假焊。虚拟焊接中只有少量的锡焊焊接，造成接触不良，当打破。假焊住像焊接表面上，但实际上没有焊接，有时用手画、铅焊点可以退出。在这两种情况下会带来电子产品的调试和维护。只有通过大量的、焊接练
44、习认真，避免两种情况。焊接电路板时，一定要控制好时间。太长，电路板将被烧焦，或造成焊点脱落。从电路板上拆卸元件时，可将电烙铁头贴在焊点上，待焊点上的锡熔化后，将元件拔出。由于本次设计采用单片机开发板来焊接，因此最小系统部分只用焊接元件不用另外布线，减轻了焊接部分的工作量，同时是电路板更美观。虽然用单片机开发板来焊接，但是在焊接过程中也必须认真谨慎，避免虚焊和短路。每焊完一个元器件或者一条线路都要用万用表检查焊接是否成功，最终按照附录一所示仿真图焊接实物。实物图如图5-1所示。图 5-1 实物图5.3 测试数据与结果分析5.3.1测量结果与分析 (1)用仪器测量：用信号发生器作信号源，产生一个40200次/分的方波，观察心率仪读数与信号发生器输出的频率是否相等。表5-1给出了部分测量结果。表5-1 信号发生器测量结果测量序号信号发生器示值及示波器心率仪示值14040（低限报警）2808031501504120120（高限报警）由以上测量结果看，用信号发生器产生的信号用心率仪测量时其测量误差为0，且在报警的上下限可报警。 (2)实际测量：对同一同学和不同的同学进行测量，同时由另一同学用听诊器测量脉搏，表5-2给出了部分测量结果。表5-2实际测量结果比较测量序号听诊器测量心率计值