数字式人体脉搏器的设计

邵阳学院毕业设计（论文）I摘要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。根据人体脉搏信号特征，本文设计了一种脉搏波动频率测量系统。本系统通过脉搏传感器采集脉搏信息输出电压信号，经信号放大电路对其进行放大。然后，将放大后的脉搏信号通过A/D转换器转换为单片机易于处理的脉冲信号。通过单片机编程对脉冲信号进行处理，实现对脉搏波动频率的测量和计算，最终在LED中直观地显示出来。通过调试，表明本系统可以实现对脉搏波动频率的测量，为医生的诊断提供客观依据，具有一定的临床应用价值。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。关键词：人体脉搏信号；单片机；频率测量邵阳学院毕业设计（论文）IIAbstractTheshape,intensity,speed,andrhythmofpulsesignalsmostlyreflectthephysicalandpathologicalcharactersofheart-bloodsysteminhumanbodies.Accordingtothecharacteristicsofthehumanpulsesignals,apulsefluctuationfrequencymeasurementsystemisdesigned.Thesystemusesapulsesensortooutputthevoltageofthepulsesignals,andusesanamplificationcircuittoenlargeit,andthen,theamplificationpulsesignalthroughtheA/Dconverterconvertedtomicrocontrollermanageablepulsesignal,thenusesAT89S51todealwithittogetthepulsefluctuationfrequency,andlastuseLEDtodisplay.Testsshowthatthesystemcanmeasureanddisplaythepulsefluctuationfrequency,providinganobjectivebasisfordoctorstodiagnoseandhavingcertainclinicalvalue.Atthebeginningofthepaper,theintegralnotionofthedevicedesignisbroughtout.Afterwards,thedetailinformationofeachpartisnarrated.Atlastpart,somesuggestionsforimprovingthedeviceareprovided.Keywords:Pulsesignal；Microcontroller；Frequencymeasurement目录中文摘要..................................................................................................ⅠABSTRACT...........................................................................................Ⅱ第1章绪论..............................................................................................11.1脉搏测量的研究概况及意义......................................................11.2主要完成的任务及设计思想......................................................31.3论文的结构组成..........................................................................3第2章数字式脉搏器测量系统总体方案设计......................................42.1系统硬件电路设计方案..............................................................42.2系统软件方案选择......................................................................82.3本章小结....................................................................................10第3章数字式脉搏器测量系统硬件电路设计....................................113.1信号放大电路部分的设计........................................................113.2A/D转换电路的设计...............................................................123.3单片机微处理系统的设计........................................................133.4LCD显示硬件电路的设计.......................................................163.5本章小结....................................................................................17第4章数字式脉搏器测量系统软件设计............................................184.1脉搏频率测量原理....................................................................184.2系统主程序的设计....................................................................204.3数字式脉搏器测量子程序的设计............................................204.4本章小结....................................................................................22第5章显示结果与分析........................................................................235.1数字式脉搏器测量系统的仿真与分析....................................235.2本章小结....................................................................................23结论..........................................................................................................24致谢..........................................................................................................25参考文献..................................................................................................26附录..........................................................................................................27邵阳学院毕业设计（论文）1第1章绪论1.1脉搏测量的研究概况及意义随着科学技术的发展，人类进入了信息化电子时代，传感器技术作为现代技术的主要内容将有较大的发展。信息技术包括技术、通信技术和传感器技术。现代人类社会已经进入信息时代，因而信息技术对社会发展，科学进步将起到决定性作用。现代信息技术的基础是信息采集、信息传输与信息处理，他们就是传感器技术、通信技术和计算机技术。传统的脉搏测量用手工测量，通常将指尖轻压动脉向较坚实的面，以使脉搏的感觉传到指尖，如果将动脉压上软的组织，则脉动波会被吸收或抵消，使指尖不易触觉脉动；指尖压在动脉上的力量要适中，用力太重将阻断血流，反而无脉搏产生。这种手工方法虽然简单易行，但容易产生误差，特别是临床住院病人常规的监测上，这种手工测脉搏的方法不仅影响工作效率，并且不能连续监测，无法实时观察。那么我们如何解决这些问题呢？早在1860年Vierordt创建了第一台杠杆式脉搏描记仪[1]，国内20世纪50年代初朱颜将脉搏仪引用到中医脉诊的客观化研究方面。此后随着机械及电子技术的发展，国内外在研制中医脉象仪方面进展很快，尤其是70年代中期，国内天津、上海、贵州、江西等地相继成立了跨学科的脉象研究协作组，多学科共同合作促使中医脉象研究工作进入了一个新的境界。以下按脉象仪探头的形式，传感器的特点及研制者作一简单的归纳，详见表1.1。脉象探头式样很多，有单部、三部、单点、多点、刚性接触式、软性接触式、气压式、硅杯式、液态汞、液态水、子母式等组成脉象探头的主要原件有应变片，压电晶体、单晶硅、光敏元件、PVDF压电薄膜等，其中以单部单点应变片式为最广泛，不过近年来正在向三部多点式方向发展。医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数，方法是用手按在病人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数。为了节省时间，一般不会作1分钟的测量，通常是测量10秒钟时间内心跳的数，再把结果乘以6即得到每分钟的心跳数，即使这样做还是比较费时，而且精度也不高。但是通过一种用单片机制作的脉搏器，就可以得知人体的生理状况。邵阳学院毕业设计（论文）2为了更好地运用所学知识，加深对电子电路的掌握，达到创新的目的，更为医用器材补充一简单快捷地测试脉搏跳动的工具，我将利用单片机设计一个数字式脉搏器，它外围电路简单，体积小，使用方便，易于观察，易于携带。因此，该脉搏器可适合于体育训练和室外作业等场合的使用。数字式脉器能测出人体脉搏每分钟跳动的次数，并通过数码显示器直观的显示出来，能用三位数来显示一分钟内脉搏跳动的次数，并在一分钟内保持数据不消失，便于观察，在人体脉搏跳动过快时，脉搏测试仪会亮红灯并发出报警信号，具有超强报警功能，具有自动报时功能，不用时，把电源断开，整个电路静态时不消耗电能。采用脉搏器测量心脏跳动频率，不但精确，而且使用很方便，显示结果也十分醒目，适用于各个年龄及性别的人，能判断心率不齐且进行告警显示。表1.1脉象仪的研制情况研制者探头形式（单部）探头形势（三部）北京医疗器械厂MX-1型（应变片）BYS-14型（应变片）上海医疗仪器研究所MX-3型，MX型（7点式）3MX-1型（应变片）天津医疗仪器研究所MTY-A（寸部7点，应变片）上海中医学院ZM-1型（子母式，应变片）九路型（径向7点，轴向3组）贵州省脉象协作组ZH-I型（应变片）ZH-II