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• 本文标题：单片机心率脉搏.doc
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• 内容摘要：摘要 在我们现在的日常生活中脉搏心率测量仪器的使用已经越来越广泛了。为了使脉搏心率测量仪在简便性和精度方面有所提高，本课题的目的是设计一种基于5单片机的脉搏心率测量仪。系统以89C52单片机中央处理单元，以为原，并利用单片机系统内部定时器来计算时间，由感应产生脉冲，单片机通过对脉冲累加得到脉搏心率跳动次数，时间由定时器定时而得。系统运行中能显示脉搏心率次数和时间，系统停止运行时，能够显示总的脉搏心率次数和时间。经测试，系统工作正常，达到设计要求。关键词，脉搏心率测量仪，89C52单片机， ABSTRACT Pulsemeterinourdailylifehavegottheveryexteiveapplication。Inordertoimprovethesimplicityandaccuracyoftheapparatususedtomeasurethepulsethistopichasdesignedapulsemeasuringitrumentbasedon52microcontroller。SystemwithSTC89C52singlechipmicrocomputerasthecorewithoriginalST188infraredreflectiontypeseorforthedetectionandusethesinglechipmicrocomputersystemintealtimertomeasuretimepulsegeneratedbythereflectingtypeofinfraredseorST188inductionmicrocontrollerpulseisobtainedbythepulseaccumulationnumbertimebythetimertiming。Systemcandisplaythepulsefrequencyandtimethesystemstopsrunningcandisplaythetotalpulsefrequencyandtime。Afterthetestthesystemworkswelltomeetthedesignrequirements。 Keywords，ThepulsemeasuringitrumentSTC89C52singlechipmicrocomputerTheinfraredreflectiontypeseor目录 摘要 III ABSTRACT IV 目录 V 第1章 绪论 1 1。1研究背景及目的 1 1。2国内外研究动态及发展趋势 1 1。3设计思路 4 第2章 心电信号分析及采集 6 2。1心电信号波形介绍 6 2。2心电信号的特点 7 2。3心电信号干扰 7 2。4光电传感器的结构 8 2。5光电传感器检测原理 8 第3章 硬件设计说明 32 3。1总设计方案 32 3。2面临的问题 32 3。3各系统模块的功能描述 32 3。3。1信号采集电路 32 3。3。2低通滤波电路 33 3。3。3AD转换以及放大电路 34 3。4控制电路 35 3。4。1电源设计 37 3。4。2LCD1602液晶显示屏介绍 37 3。4。4LCD1602显示电路设计 39 3。4。5陷波电路 39 第4章 软件设计 41 4。1总程序设计和流程图 41 4。2心率信号采集部分程序设计 42 4。3LCD1602显示程序设计 43 4。4STC89C52的EEPROM数据保存程序设计 43 4。5时钟功能模块的设计 44 第5章系统调试 45 5。1系统调试 45 5。2系统检验 45 5。3误差分析 47 第6章结论与展望 48 6。1结论 48 6。2不足之处及未来展望 48 致谢 49 参考文献 34 附录一电路原理图 34 Qq3165787171 1。1研究背景及目的 75万因心脏疾病死亡，心血管疾病的患者每年都在上升，而且有的小孩也有心脏病。 从医疗方面看，预防和珍爱是对心脏疾病的预防的重要方法。只有经常的对心脏患者进行诊断，才能早期发现异常病变情况，提前进行治疗，病情的进一步发展得到抑制。目前市场上心电检测仪器存在的问题研究不多。目前心电检测器材对家庭使用来说还是有较多问题，比如价格太高过于专业操作起来复杂还不够智能化等缺点。所以研究制造适合预防保健的便携式心电检测设备意义十分重要的。 电子技术目前已快速发展，高性能中央理器以及高速AD在监测领域有运用，特别是随着人们生活水平的提高，对心电的提前检测和及诊断定会得到广泛的应用。从五十年代以后，计算机帮助的心电图谱分析技巧得到了广泛的陈长，其中心电图谱的提取和分析始终是广大医学学者以及开发技术人员研究的要点，由于他在心电信号的自动分析方面有很重要的作用，大多咨询结果与实际理论还有很大不同。 人体心率的丰富信息[1]包含在了心电图谱(Electrocardiogram，ECG)1。2国内外研究动态及发展趋势 赛迪顾问集成电路研究院负责人李树翀就从数据看出医疗电子产业未来发展，他说到赛迪公司把便携式医疗电子设备归纳为两大类，有医用便携，家用便携，家里有方便电子血压计的使用心率计血糖仪都可以方便挟带出去。在医院有便携式的提问测试仪器可携心电图计便携式监护仪器，多参数便携心率计等。赛迪参谋的考察发现，从06年到08年，随身式医疗电子产品虚饰已有了加快扩张的势头，更重要的是金融危机没波及到它，市场的总体规模2008年省到127亿。 他格外声明便携式治疗电子产品场外的顺应的实力很强，主要原因是，(1)市场还在刚开始发展初期，所以市场还没有饱和受金融危机带来的危害。(2)我国内需资源是现在大多可携的医疗电子资源都要面对的，现在几乎都还没受到金融危机的危害。(3)外国的调查显示，在可携式医疗电子产品里，有65。4%的比例是家庭电子产品，尤其需求扩大的态势显然加快，医疗电子市场08年的扩大速度达到28%，市面上的电子的血唐测试仪和助听器可携的血压计占了90，多的出售比例。不过现在市场占有率不高，加上中国人本事人就多，所以他表示家用便携式医他认为因为上述三种产品达到90%的比例，也从另一个地方突出现在不少家家庭电子治疗器材在中国世面上然没有被认可。这代表我国家庭可携治疗电子产品拥有很好的前景。我国医药可携治疗电子产品总体的领域发展进度比家用产品的发展进度要慢一点，依据目前调查来说，先进输液器和多功能可携的检测仪的上涨进度比较快，增速达到了10%15%。这样的市面上，可携式多功能占主要，预测未来，他觉得我国可携式治疗医疗市场发展空间不小，第一原因是有国家政策扶持，我国中央4万亿资金里面8500亿是投到医疗当中，里面一大部分投入到农村的医疗建设里面，但在二三级城市以及偏远农村地区，便携式医疗电子产品使用的人更多了。另外，他也说了因为消费者对产品知道程度越来越高，健康观念形成还有产品分化的更加详细，可携带医用电子设备产品价钱不可能像之前那么昂贵，这样能更好的扩张市场规模。他觉得以后2年，我国可携带医疗电子设备市场大小每年的增长率钱不断变贵，ADI保健服务部门技术领导TomDye则说明了ADI主讲治疗电子精密采集检测项目的先进设备和相关计划，例如ADI三轴提速计，可以用它对没受保护老年病人的身体监护，摔倒检测，正确定位测量仪器CPR过程中检查适当的恢复运动等。由于医疗电子器材是跟患者身体直接接触的电子器材，所以电气隔离设计非常重要，目前要遵守的电气隔离准则是IEC60601，Tom还特别说名了ADI在医疗电子设备电气隔离方面的处理方法。。 目前国内外相关的心电采集仪器发展都比较快，而且都有往便携式以及经济型方向发展，如ADI公司将要推出的基于ADS1298的心电信号采集仪器它更紧凑更经济功耗更低，但是在国内这方面的技术还比较落后。在今后的一段时间内将会有较好的发展。现在外国心电图仪技能比原来更先进，也更加显得电子化科技化和功能化。其中心电图产品在市场上的占有率比较大，大量产品出口到中国，产品技术相当先进。如美国日本德国国家的产品无论是质量还是技术都特别先进，而我国作为一个人口大国，对心电图机的求量急剧上升。 我国的心电图机的品种较少，尤其是技术水平偏低，与国外根本无法相比，国产设备多为劳动密集型的低科技产品，特别是基础研究弱非创伤性缺少自己知识产权的产品。目前只能解决中小医院的需求，高档设备主要靠进口。过去心率检测设备日常必需随时带着记录检测仪，放在患者最近裤子或胸部的口袋里，使无线心率图检测仪器的噪声和杂波大大降低，他的大小甚至可以安装于电极反面，可以提供比过去方案更准确的信号。这种电路价钱不贵，而且还能提供诊断效果的红外心电图轨迹，在此次论文中没50Hz陷波滤波器的要求。大多的部分都能藏身在衣服里，所以很好提升病人适应度和保密度。患者的监测数据加密处理，每过几分钟就自行上传到护理部门，医院或养护机构中的现场提取分析系统。患者可以在规定的时间(每天或每周)到医生办公室或诊所提取数据，没必要移除监视仪或再次调整仪器。红外心电图监视仪里面还自带内存卡，经过手机或局域网进行数据交流。不光是可靠功能，消耗低还有价钱的原因，红外心电图检测仪研发还需要能够使用测试频段，来让检测仪的心率的信息可以准确高速，精准的传送到数据采集器进行分析。在发达国家，无线治疗远程服务(WMTS)频段还有其余免认证的技术，生产和医疗(ISM)频段提供专门的频率，保证数据传输的没干扰精确传输。ADI公司的ADF7021功能高频带窄ISM，收发模块IC支持WMT状态以及433MHz到15MHz的很多ISM频率。ADF7021拥有同行顶级的采集机精确度，范围1kbps到123dBm，里面T继电器RFIF滤波VCOtank全智能化的只能频率控制(AFC)与智能转换增益控制(AGC)电路。为让电池利用变长，ADF7021能够设定在功耗很小的休息状态，使电流耗能减小到不到0。1μA。 ADF7021和损耗小的中央控制器同时运用，平时电流均值不到2μA。WMTS优化的射频电波段参考制作(EVALADF7021DBZ6)含有分布和电路图，可让患者当作无线心率图检测器制设计的模板。AD623是一个拥有单电源电路放大器，拥有轨对轨转化幅度和低损耗(3V电压损耗为1。5mW)。他的心节点用于访问跟多共模信号。AD8500耗能少精度高CMOS计算放大模块最大电源流量是1μA，最高电压幅度1mV，常规输入电流偏移1pA，拥有轨对轨IO端口设计，使用±0。9V±2。75V双电源或1。8V5。5V单电源工作。AD8641消耗低轨对轨输出结型场效应晶体管(JFET)放大设备有很大输入阻抗精度性能高以及价钱低，输入阻抗大于681kΩ。AD7466作为类12bitADC，利用小型封装，且消耗很低，3。6V50kSPS时，功率为480μW。它使用32引脚SOT23封装。针对请求更高动态范围和更大杂波率的制作而言，AD7685PulSARADC能够达到16bit分辨率，在2。5V100kSPS时，消耗是1。35mW，它利用3mm×10mmQFN(LFCSP)封装。这些计划(参见下图)要有低损耗的微控制器。另一种完成此信号链的方法是采用sct89c51取代数模转化和中央控制单元。stc89c51里有8bit16bitMCU，它在单芯片上融合了一个性能达到1MSPS的ADC。ADC提供相应的波动范围，以遵循医用准则，提取微小的心电图波形变化。ST89C51结构包含16bit存储器，使其能够对心电图信号加以及时FIR过滤。 心电图仪(ECG)用来测量心跳产生的电压。这类利用原本的信号调节困难其实由于在0。05Hz150Hz带宽范围内仅产生0。2mV2mV峰峰值的微小信号，而且还受50Hz或60Hz的影响。ADI公司可制定多种解决措施帮助设计工程师解决这些难题。为攻克以上设计中的信号采集难题，仪表放大器要有提供消除共模信号的功能。AD8220是一类结型场效应管(JFET)输入仪器放大器，拥有10pA低输入偏置电流，在交流(AC)和直流(DC)环境下都能够高共模抑制比(CMRR)还有抗射频干扰(RFI)功能。它采用5V单电源工作针对于便携式仪器。AD8220采用8引脚MSOP封装。ECG使用需要ADC模块的封装体积小并且每次变换用低损耗提供高性能。AD7980可提供8bit分辨率达到1MSPS提取率和±22ppm的积分线性偏差(INL)最高值所有以上指标只需7mW损耗。AD7980使用10引脚LFCSP封装。AD7980的串行输出便于使用ADuM240xiCoupler03数字隔离器与系统阻隔。由于芯片级微变压器隔离的iCoupler仪器能够解决一般与利用LED和光电二极管光耦合器相关的设计问题。一般的光耦合器拥有的难题比如电流传输比一直变化传输函数非线性还有受温度和寿命的影响iCoupler器件就没有这些困难，因为它的数字接口特非常简单和性能特性稳定。ADuM240x稳合IEC606011准则，上电电压达到250V有效值(RMS)。它使用16引脚SOIC宽体封装。 未来发展中强调低功耗，便携带和成本低的便携式电子设备的发展风头不会i趋势影响医疗电子设备拥有更好的性能，医疗保健市场对质量更快更好和更实惠的诊断设备的需求也在加大，医疗电子设一直地在刷新性能优势。在这些技术发展中，半导体提供商充当着主要的角色，在这里模拟和混合信号处理技术特别具有重要作用，利用最先进的高端半导体技术解决方案可以更好地实现高性能设计目标。全世界带头的数据转换技术ADI，可做到低噪声时段放大运用形式功能，ADI可经过软件平台在芯片的高集成度和灵敏性方面达到更好的平衡，用户可以经过软件平台设计与芯片内各功能电路匹配的寄存器数据，因此给各功能电路设置不同的参数，达到很多数字输出效果。用户可经过这类寄存器功能满足自己的要求。ADI也不停陆续在市场和技术支持方面注入资金，进一步坚持并强化其在市场策略定制和实行，以及现场为客户提供体系级技术支持的上风特色支持企业把握治疗电子器材的市场发展趋势，赢得市场战斗先机。 跟着集成电路技能和计算机网络技巧在生物医疗中的研究，心电检测和发觉系统的钻研和提高趋势主要囊括如下方面， (1)仪器小型化 集成电路技能持续的提高，心电检测仪计也越来越精致而且便携，十二导联的同步心率检查系统将已取代目前使用比较广泛的单导联设备。 (2)ECG分析自动化 目前心电图的自动诊断技术应用不是很广泛，主要是缺少比较合适的算法，因此在自动分析领域还需要进行深入的研究。 (3)标准统一化 建立比较统一的心电信号传输标准，使不同类型的心电检测仪器能相互传输信息。德州仪器MSP430微控制器营业发展监管刁勇则申明了依靠TI超低损耗微控制器MSP430的便携治疗电子设计理念。刁勇觉得由于便携医疗产品精巧了功能好耗电降低成本降低展趋势越来越突出，TI设计了包含DSPMCU电源供电在内的一体化设备。而MSP430就是其中突出性产品，由于它拥有高集成度良好的性能处理价格低以及功耗很小等优势因此广泛应用在便携式医疗电子设备，现在已有的应用包含便携式血糖计便携式血氧测试仪表便携式心电仪器还有便携式数字温度计等多累设备。 1。3设计思路 本次的计划是基于51单片机的心率体温采集计的制作。STC89C52是这次我使用的51单片机，心率采集设备是用ST188作为红外传感器。通过ST188对脉搏的信号进行采集，并且经过滤波电路，陷波电路，对前期的波形进行处理，继而进行滤波整形，去除获得心率脉冲中的杂波数据，并通过比较器传输方波信号，传输给单片机进行处理，达到心率脉冲以和温度的提取。单片机把采集的脉搏信号进行相应处理，最终传送出相应的心跳值，并传输给LCD1602显示屏进行准确显示，达到能够读取的效果。 在心电提取的时候，此次的计划也设计了正常的数字式时钟功能，经过键盘来判定有没有能够测量或者是体现时间，数字式时钟功能通过使用51单片机内部的定时器进行准确的时间定计算，同时在LCD1602上显示当时的设定时间，当测试键按下时，单片机会主动对脉搏信号进行提取，将触发蜂鸣器就会报警，高低限制可以通过按键输入进行设置，而且断电后主动存放在单片机里面的EEPROM存储设备里。 这次的设计将包含相关文献资料的查询和阅读，原理图的制作，程序的编程，运行，以及后面的实物设计，通过设计研究基于51单片机的心率测试系统的可靠性，并在设计中提升自己的硬件设计和编程水平，达到学习知识的目的。 心电信号分析及采集 心脏每次收缩之前，心肌细胞发生兴奋，在兴奋的过程中所产生的微生物电流，即心电信号。通过人体组织传导到体表，在经过一定的导联方式经过采集放大处理显示或打印出波形，这就是心电图。 现在社会，心血管疾病是死亡率最高发病率最高，最大威胁着人类的生命。心电信号检测处理的目的，可以根据所提取的心电图的特征数据，分析出心血管系统的状态，进而作为医学决策的依据。目前心电图机已经比较普及，但仍然依赖于人工读图，而且对相关人员的专业知识水平要求较高，ECG计算机自动识别技术尚有待开发完善。 2。1心电信号波形介绍 每个心脏运动的收缩和舒张，叫做一个心动周期[2]，对应心跳周期包括除及和复极，叫做一个心电周期。以6个连续字母PQRSTU2。1正常的心电图 一般心电图形按先后产生的是P波Q波T波U波，他的图形间的间期包括PR间期RR间期QT间期，研究很多波的振幅和各种波的频率和各波形间间期的改变可为治疗一些心脏疾病和全身疾病提供资料[3]。 P波，首先发生的偏离基线的波就是P波，它代表心房消极化过程中电压变化，代表两个心房的去极， Q波，心室产生最大的波，反应心室除极化过程，Q波一般持续0。080。12s。它大多是三个连在一起的波，Q代表心室除极波，不过不是所有Q波总有QRSQ波称为QS波，下面对Q波加以详细分析， T波，表示心脏复极化时候的电压变化，方向和Q波群的主波方向一样，波的最大值0。10。8Mv时间0。050。25s。 U波，在T波后面0。020。04s可能出现的一个低而宽的波，方向与T波一致，至今还不太清楚其意义与成因。 PR时段，表示P波到Q波间的，与基线水平。P，R段由电活动经房室交界心室所的电位变化弱，在体表记录出。Q波时限太长就表示心室内传导阻滞，RR间期过长表示心动太慢。 2。2心电信号的特点 (1)信号弱，信噪比低。 由于电信号是一种微弱信号，所以它的幅度非常小，通常为0。05mV5mV，属于毫伏级的电信号。要想把它显示出来至少需要放大1000倍左右。而且因其信噪比低，心电信号的放大曾是一个比较困难的问题。 (2)信号源阻抗大 因为心电信号由皮肤电极从人体表面采集，所以信号源内阻很大，大约100。再 者，由于不同人体或者同一人体自身的差异，皮肤与电极之间的阻抗会有很大的不同，从而放...
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