便攜式人體脈搏信號檢測系統(tǒng)設計報告

1、綜合實訓報告2014 2015 學年第1 學期實訓名稱：便攜式人體脈搏信號檢測系統(tǒng)設計指導教師：學院：電氣工程及其自動化學院班級：姓名：學號：2014年10月17日便攜式人體脈搏信號檢測系統(tǒng)設計一綜合實訓的主要內容設計一種人體脈搏信號檢測系統(tǒng)，使得系統(tǒng)能夠采集人體脈搏信號，并對信號進行處理，分析每分鐘脈搏次數(shù)及其他生理指標。人體脈搏信號檢測系統(tǒng)能夠通過USB 端口與 PC 機通訊，并在 PC 機上對采集數(shù)據(jù)進行處理，并顯示每分鐘脈搏跳動的次數(shù)和脈搏波形。二硬件方案設計HK-2000B脈搏傳感器： HK-2000B集成化脈搏傳感器將力敏組件(PVDF壓電膜 ) 、靈敏度溫度補償組件、感溫組件、信

2、號調理電路集成在傳感器內。具有靈敏度高、抗干擾能力強、過載能力大、一致性好、性能穩(wěn)定可靠、使用壽命長等特點。壓電式原理采集信號，能夠輸出完整的脈搏波電壓信號。 它的輸出是和脈壓對應的01.0v脈動模擬電壓信號。AD/DA轉換器 PCF8951：8 位 AD/DA轉換器。PCF8591是一個單片集成、 單獨供電、低功耗、 8-bit CMOS 數(shù)據(jù)獲取器件。它具有4 個模擬輸入、 1 個模擬輸出和1 個串行 I 2C 總線接口。 PCF8591的 3 個地址引腳 A0, A1 和 A2 可用于硬件地址編程，允許在同個 I 2C 總線上接入 8 個 PCF8591器件，而無需額外的硬件。在PCF8

3、591器件上輸入輸出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號都是通過雙線雙向I 2C 總線以串行的方式進行傳輸。 PCF8591的功能包括多路模擬輸入、內置跟蹤保持、8-bit模數(shù)轉換和 8-bit數(shù)模轉換。 PCF8591的最大轉化速率由I 2C總線的最大速率決定。STC89C52單片機：與 51 指令兼容。通用型，有總線擴展和較強的位處理功能，其全雙工異步串行通信口，所以具有串口通訊功能。作為數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)目刂破?。RS232 轉 USB 芯片 PL2303： PL2303 是 Prolific公司生產的一種高度集成的RS232-USB接口轉換器，可提供一個 RS232 全雙工異步串行通信裝置與USB 功能

4、接口便利聯(lián)接的解決方案。該器件內置USB功能控制器、 USB 收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調制解調器控制信號的UART，只需外接幾只電容就可實現(xiàn)USB 信號與 RS232 信號的轉換。三軟件編程（ 1） 結構框圖滿足綜合實訓的內容要求，選擇的硬件等，人體的脈搏經過HK-2000B 脈搏傳感器測量得到脈搏的模擬信號， 由電路中的放大及濾波電路放大和濾波之后，再由 A/D轉換電路轉換成數(shù)字信號，經過 LabVIEW ，最后在 LabVIEW 的前面板顯示 ，設計結構框圖如圖 1 所示。脈壓 變 式放 大 及 濾A/D 轉單 片 機 接串行通搏 傳感器波電路換電路 口電路信程序A/D 轉 換脈 搏 波L

5、abVIEW驅動程序形顯示編程圖 1 系統(tǒng)結構框圖（ 2）程序流程圖：滿足綜合實訓的內容要求，選擇的硬件等，由程序框圖可得，主程序中：先定時初始化和串口波特率初始化，接著判斷，最后通過 I2C 總線協(xié)議讀取PCF8591 的數(shù)據(jù)，由串口發(fā)送讀取的數(shù)據(jù)；中斷服務子程序：先重裝定時初值，t0_num 的判斷，與主程序共同執(zhí)行，其中在PCF8591 中的程序流程是：啟動IIC 總線 -停止 IIC 總線 -應答IIC 總線 -非應答 IIC 總線 -發(fā)送一個字節(jié) -讀入一個字節(jié)并返回。設計程序流程圖如圖 2 所示。主程序開始定時初始化串口波特率及初始化NFlag_time=1?Y通過 I2C 總線協(xié)

6、議讀取PCF8591 的數(shù)據(jù)串口發(fā)送讀取的數(shù)據(jù)中斷服務子程序重裝定時初值t0_num+t0_num1?NYFlag_time=1t0_num=0返回主程序Flag_time=0圖 2程序流程圖（ 3）主要功能的程序實現(xiàn)：利用 Keil uVision4 來編寫和編譯代碼Keil uVision4 的圖標如圖 3 所示圖 3 Keil uVision4編寫 AT89C52 設計數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂瞥绦?*- 讀取 AD 模數(shù)轉換的值，有返回值-*/unsigned char ReadADC(unsigned char Chl)unsigned char Data;Start();/ 寫入芯片

7、地址Send(AddWr);Ack();Send(0x40|Chl);/寫入選擇的通道， 本程序只用單端輸入， 差分部分需要自行添加/Chl 的值分別為 0、1、2、3，分別代表 1-4 通道Ack();Start();Send(AddRd);/讀入地址Ack();Data=Read();/讀數(shù)據(jù)Scl=0;NoAck();Stop();return Data;/返回值數(shù)據(jù)采集：調用 ADtemp=ReadADC(0);/ 采集數(shù)據(jù)傳輸：SBUF=ADtemp;/ 傳輸利用 STC_ISP_V480 來燒寫目標代碼STC_ISP_V480 的圖標如圖 4 所示圖 4STC_ISP_V480利用

8、 LABVIEW 8.5界面來處理和顯示上位機數(shù)據(jù) 基于 LABVIEW 設計 PC 機從 USB 口讀取數(shù)據(jù)的通訊程序先安裝 NI-VISA圖 5 visa420fullViOpen，打開并指定 VISA resource name的設備的連接。ViProperty， VISA 設備的屬性子節(jié)點，可以設置端點或傳輸方式。ViWrite ，向 VISA resource name指定的設備寫入數(shù)據(jù)。ViRead，從 VISA resource name指定的設備讀出數(shù)據(jù)。ViClose，結束設備讀寫并關閉與指定設備的連接。LabVIEW串口初始化：在 LabVIEW中找到 VISA 放于程序框

9、圖中，在VISA 需要初始化的接線口處右鍵配置其串口、波特率、奇偶校驗、數(shù)據(jù)比特、停止位。最后狀態(tài)如圖6 所示數(shù)據(jù)采集：在 LabVIEW中找到 Instr放于 VISA 后面，用于數(shù)據(jù)采集， Instr的特點是，有多少數(shù)據(jù)就能采集多少數(shù)據(jù)，沒有就不采集。Instr如圖 7 所示圖 6LabVIEW 串口初始化圖 7數(shù)據(jù)采集基于 LABVIEW 設計數(shù)據(jù)處理和分析顯示程序，計算每分鐘脈搏次數(shù)，如圖 8所示圖 8在此循環(huán)程序中實現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)采集后直接可以出來脈搏波形，并且經過計算處理得出脈搏次數(shù)并在前面板顯示，最后的循環(huán)程序是為了讓脈搏次數(shù)在正常范圍內顯示正常，低于或高于正常范圍顯示異常。

10、四附（硬件電路圖，實物圖，實驗結果等）電路圖基于 STC89C52 和 PL2303 設計 RS232 轉 USB 的轉換電路，如圖9 所示。圖 9利用 HK-2000B 脈搏傳感器和 8 位 AD/DA 轉換器 PCF8951設計人體脈搏信號的模擬量采集和轉換電路，如圖10 所示。圖 10實物圖圖 11在實物圖中，接線方式如圖11 所示，我用的單片機開發(fā)板是自己買的STC89C52單片機，接線圖的原理和要求是一樣的，PCF8591和 HK-2000B脈搏傳感器是實訓中大家共用的。程序圖圖 12程序圖中如圖12 所示：大方框左邊的是LabVIEW串口初始化，大方框內是一個While 大循環(huán)；小

11、方框左邊是數(shù)據(jù)采集和計時，上方時數(shù)組模塊；在小方框內，上方是數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，左邊是數(shù)據(jù)接收處理和脈搏波形，中間是單品測量信號，右邊是脈搏次數(shù)的判斷和測試結果與脈搏次數(shù)顯示，測試結果顯示正常和異常。前面板圖 13前面板如圖 13 所示：左邊是 LabVIEW串口初始化在前面板上顯示的 COM端口、波特率、奇偶校驗、數(shù)據(jù)比特、停止位，中間是脈搏波形顯示；波形下方是我的班級、姓名、學號；右邊是脈搏次數(shù)、測試結果的顯示，及接收緩沖區(qū)的緩存字節(jié)。無脈搏（選擇合適的COM 端口）圖 14HK-2000B脈搏傳感器其技術指標如下：電源電壓： 56V DC壓力量程： -50+300mmHg靈敏度： 2000uV/mmHg靈敏度溫度系數(shù)： 110-4/精度： 0.5%重復性： 0.5%遲滯： 0.5%過載： 100 倍由 HK-2000B脈搏傳感器的靈敏度： 2000uV/mmHg ，靈敏度溫度系數(shù)： 110-4/ ，精度： 0.5% ，顯而易