便携式人体脉搏信号检测系统设计报告

综合实训报告2014—2015学年第1学期实训名称：便携式人体脉搏信号检测系统设计指导教师：学院：电气工程及其自动化学院班级：姓名：学号：2014年10月17日便携式人体脉搏信号检测系统设计一．综合实训的主要内容设计一种人体脉搏信号检测系统，使得系统能够采集人体脉搏信号，并对信号进行处理，分析每分钟脉搏次数及其他生理指标。人体脉搏信号检测系统能够通过USB端口与PC机通讯，并在PC机上对采集数据进行处理，并显示每分钟脉搏跳动的次数和脉搏波形。二．硬件方案设计HK-2000B脉搏传感器：HK-2000B集成化脉搏传感器将力敏组件(PVDF压电膜)、灵敏度温度补偿组件、感温组件、信号调理电路集成在传感器内。具有灵敏度高、抗干扰能力强、过载能力大、一致性好、性能稳定可靠、使用寿命长等特点。压电式原理采集信号，能够输出完整的脉搏波电压信号。它的输出是和脉压对应的0~1.0v脉动模拟电压信号。AD/DA转换器PCF8951：8位AD/DA转换器。PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bitCMOS数据获取器件。它具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I²C总线接口。PCF8591的3个地址引脚A0,A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个I²C总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I²C总线以串行的方式进行传输。PCF8591的功能包括多路模拟输入、内置跟踪保持、8-bit模数转换和8-bit数模转换。PCF8591的最大转化速率由I²C总线的最大速率决定。STC89C52单片机：与51指令兼容。通用型，有总线扩展和较强的位处理功能，其全双工异步串行通信口，所以具有串口通讯功能。作为数据采集和传输的控制器。RS232转USB芯片PL2303：PL2303是Prolific公司生产的一种高度集成的RS232-USB接口转换器，可提供一个RS232全双工异步串行通信装置与USB功能接口便利联接的解决方案。该器件内置USB功能控制器、USB收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的UART，只需外接几只电容就可实现USB信号与RS232信号的转换。三．软件编程（1）结构框图满足综合实训的内容要求，选择的硬件等，人体的脉搏经过HK-2000B脉搏传感器测量得到脉搏的模拟信号，由电路中的放大及滤波电路放大和滤波之后，再由A/D转换电路转换成数字信号，经过LabVIEW，最后在LabVIEW的前面板显示，设计结构框图如图1所示。→→→→→↑↓←图1系统结构框图（2）程序流程图：满足综合实训的内容要求，选择的硬件等，由程序框图可得，主程序中：先定时初始化和串口波特率初始化，接着判断，最后通过I2C总线协议读取PCF8591的数据，由串口发送读取的数据；中断服务子程序：先重装定时初值，t0_num的判断，与主程序共同执行，其中在PCF8591中的程序流程是：启动IIC总线--停止IIC总线--应答IIC总线--非应答IIC总线--发送一个字节--读入一个字节并返回。设计程序流程图如脉搏压变式传感器放大及滤波电路A/D转换电路单片机接口电路A/D转换驱动程序脉搏波形显示LabVIEW编程串行通信程序图2所示。主程序中断服务子程序t0_num≧1?NFlag_time=1?Y图2程序流程图（3）主要功能的程序实现：利用KeiluVision4来编写和编译代码KeiluVision4的图标如图3所示图3KeiluVision4编写AT89C52设计数据采集和数据传输的控制程序/*---------------读取AD模数转换的值，有返回值------------*/unsignedcharReadADC(unsignedcharChl){unsignedcharData;Start();//写入芯片地址开始定时初始化t0_num++串口波特率及初始化通过I2C总线协议读取PCF8591的数据返回主程序t0_num=0串口发送读取的数据Flag_time=1重装定时初值Flag_time=0NYSend(AddWr);Ack();Send(0x40|Chl);//写入选择的通道，本程序只用单端输入，差分部分需要自行添加//Chl的值分别为0、1、2、3，分别代表1-4通道Ack();Start();Send(AddRd);//读入地址Ack();Data=Read();//读数据Scl=0;NoAck();Stop();returnData;//返回值}数据采集：调用ADtemp=ReadADC(0);//采集数据传输：SBUF=ADtemp;//传输利用STC_ISP_V480来烧写目标代码STC_ISP_V480的图标如图4所示图4STC_ISP_V480利用LABVIEW8.5界面来处理和显示上位机数据①基于LABVIEW设计PC机从USB口读取数据的通讯程序先安装NI-VISA图5visa420fullViOpen，打开并指定VISAresourcename的设备的连接。ViProperty，VISA设备的属性子节点，可以设置端点或传输方式。ViWrite，向VISAresourcename指定的设备写入数据。ViRead，从VISAresourcename指定的设备读出数据。ViClose，结束设备读写并关闭与指定设备的连接。LabVIEW串口初始化：在LabVIEW中找到VISA放于程序框图中，在VISA需要初始化的接线口处右键配置其串口、波特率、奇偶校验、数据比特、停止位。最后状态如图6所示数据采集：在LabVIEW中找到Instr放于VISA后面，用于数据采集，Instr的特点是，有多少数据就能采集多少数据，没有就不采集。Instr如图7所示图6LabVIEW串口初始化图7数据采集②基于LABVIEW设计数据处理和分析显示程序，计算每分钟脉搏次数，如图8所示图8在此循环程序中实现了数据处理。数据采集后直接可以出来脉搏波形，并且经过计算处理得出脉搏次数并在前面板显示，最后的循环程序是为了让脉搏次数在正常范围内显示正常，低于或高于正常范围显示异常。四．附（硬件电路图，实物图，实验结果等）电路图基于STC89C52和PL2303设计RS232转USB的转换电路，如图9所示。图9利用HK-2000B脉搏传感器和8位AD/DA转换器PCF8951设计人体脉搏信号的模拟量采集和转换电路，如图10所示。图10实物图图11在实物图中，接线方式如图11所示，我用的单片机开发板是自己买的STC89C52单片机，接线图的原理和要求是一样的，PCF8591和HK-2000B脉搏传感器是实训中大家共用的。程序图图12程序图中如图12所示：大方框左边的是LabVIEW串口初始化，大方框内是一个While大循环；小方框左边是数据采集和计时，上方时数组模块；在小方框内，上方是数据缓冲区，左边是数据接收处理和脉搏波形，中间是单品测量信号，右边是脉搏次数的判断和测试结果与脉搏次数显示，测试结果显示正常和异常。前面板图13前面板如图13所示：左边是LabVIEW串口初始化在前面板上显示的COM端口、波特率、奇偶校验、数据比特、停止位，中间是脉搏波形显示；波形下方是我的班级、姓名、学号；右边是脉搏次数、测试结果的显示，及接收缓冲区的缓存字节。无脉搏（选择合适的COM端口）图14HK-2000B脉搏传感器其技术指标如下：电源电压：5～6VDC压力量程：-50～+300mmHg灵敏度：2000uV/mmHg灵敏度温度系数：1×10-4/℃精度：0.5%重复性：0.5%迟滞：0.5%过载：100倍由HK-2000B脉搏传感器的灵敏度：2000uV/mmHg，灵敏度温度系数：1×10-4/℃，精度：0.5%，显而易见，当无脉搏测量时，由于空气的震动等原因，脉搏波形并不是一条纯粹的直线，而是一条有些波动的直线，且波动幅值很小，脉搏波形如图14所示。正常（选择合适的COM端口）图15正常测量脉搏如图15所示，有测量的脉搏波形可知，脉搏波形整齐并且幅值在180--200的范围内波动。测量的脉搏次数是79，并且测试结果显示正常，下方显示出了接收缓冲区，缓冲的字节正常。