脈搏測試儀報告

1、脈搏測試儀工作原理本設(shè)計采用單片機(jī)at89c51為控制核心，實(shí)現(xiàn)脈搏測量儀的基本測量功能。脈搏測量儀硬件框圖如下圖2.1 所示：外部中斷信號光電傳感器低通放大器比較器和振蕩器單片機(jī)at89c51數(shù)碼顯示電路外部晶振圖 2.1 脈搏測量儀的工作原理當(dāng)手指放在紅外線發(fā)射二極管和接收三極管中間，隨著心臟的跳動，血管中血液的流量將發(fā)生變換。由于手指放在光的傳遞路徑中，血管中血液飽和程度的變化將引起光的強(qiáng)度發(fā)生變化，因此和心跳的節(jié)拍相對應(yīng)，紅外接收三極管的電流也跟著改變，這就導(dǎo)致紅外接收三極管輸出脈沖信號。該信號經(jīng)放大、濾波、整形后輸出，輸出的脈沖信號作為單片機(jī)的外部中斷信號。單片機(jī)電路對輸入的脈沖信號

2、進(jìn)行計算處理后把結(jié)果送到液晶顯示。光電傳感器的原理根據(jù)朗伯一比爾(lamberbeer)定律，物質(zhì)在一定波長處的吸光度和他的濃度成正比。當(dāng)恒定波長的光照射到人體組織上時，通過人體組織吸收、反射衰減后，測量到的光強(qiáng)將在一定程度上反映了被照射部位組織的結(jié)構(gòu)特征7。脈搏主要由人體動脈舒張和收縮產(chǎn)生的，在人體指尖組織中的動脈成分含量高，而且指尖厚度相對其他人體組織而言比較薄，透過手指后檢測到的光強(qiáng)相對較大，因此光電式脈搏傳感器的測量部位通常在人體指尖。手指組織可以分成皮膚、肌肉、骨骼等非血液組織和血液組織，其中非血液組織的光吸收量是恒定的，而在血液中，靜脈血的搏動相對于動脈血是十分微弱的，可以忽略。因

3、此可以認(rèn)為光透過手指后的變化僅由動脈血的充盈而引起的，那么在恒定波長的光源照射下，通過檢測透過手指的光強(qiáng)將可以間接測量到人體的脈搏信號7。光電傳感器的結(jié)構(gòu)傳感器由紅外發(fā)光二級管和紅外接收三極管組成。采用gaas紅外發(fā)光二極管作為光源時，可基本抑制由呼吸運(yùn)動造成的脈搏波曲線的漂移。紅外接收三極管在紅外光的照射下能產(chǎn)生電能，它的特性是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。在本設(shè)計中，紅外接收三極管和紅外發(fā)射二極管相對擺放以獲得最佳的指向特性。從光源發(fā)出的光除被手指組織吸收以外，一部分由血液漫反射返回，其余部分透射出來。光電式脈搏傳感器按照光的接收方式可分為透射式和反射式2種8。其中透射式的發(fā)射光源與光敏接收器件的

4、距離相等并且對稱布置，接收的是透射光，這種方法可較好地反映出心律的時間關(guān)系。因此本系統(tǒng)采用了指套式的透射型光電傳感器, 實(shí)現(xiàn)了光電隔離,減少了對后級模擬電路的干擾。結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。圖3.2 透射式光電傳感器光電傳感器檢測原理檢測原理是: 隨著心臟的搏動，人體組織半透明度隨之改變：當(dāng)血液送到人體組織時，組織的半透明度減小，當(dāng)血液流回心臟，組織半透明度則增大；這種現(xiàn)象在人體組織較薄的手指尖、耳垂等部位最為明顯5。因此本設(shè)計將紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生的紅外線照射到人體的手指部位，經(jīng)過手指組織的反射和衰減由裝在該部位旁邊的光敏三管來接收其透射光并把它轉(zhuǎn)換成電信號。由于手指動脈血在血液循環(huán)過程中呈周期性的

5、脈動變化，所以它對光的反射和衰減也是周期性脈動的, 于是紅外接收三極管輸出信號的變化也就反映了動脈血的脈動變化。故只要把此電信號轉(zhuǎn)換成脈沖并進(jìn)行整形、計數(shù)和顯示9，即可實(shí)時的測出脈搏的次數(shù)。放大電路按人體脈搏在運(yùn)動后跳動次數(shù)達(dá)200次/分鐘的計算來設(shè)計低通放大器，如圖3.6所示。r23、c6組成低通濾波器以進(jìn)一步濾除殘留的干擾，截止頻率由r23、c6決定，運(yùn)放u2b將信號放大，放大倍數(shù)由r23和r27的比值決定。圖3.6 低通放大電路根據(jù)一階有源濾波電路的傳遞函數(shù)，可得：放大倍數(shù)為：截止頻率為：按人體的脈搏跳動為200次/分鐘時的頻率是3.3 hz考慮，低頻特性是令人滿意的。波形整形電路波形整

6、形電路如圖3.8所示，u2c是一個電壓比較器，c11、r29構(gòu)成一個微分器，u2a和c7、r32組成單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，其脈寬由c7、r32決定。該比較器的閥值電壓可用r31調(diào)節(jié)在正弦波的幅值范圍內(nèi)，但是對r31的調(diào)節(jié)要求并不嚴(yán)格，因?yàn)閡2c的輸出信號（波形如圖3.9）經(jīng)c11、r29的微分后總是將正、負(fù)相間的尖脈沖（波形如圖3.10）加到單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器u2a的反向輸入端，不會造成很大的觸發(fā)誤差。當(dāng)有輸入信號時，u2a在比較器輸入信號的每個后沿到來時輸出高電平，使c7通過r32充電。大約持續(xù)20ms之后，因c7充電電流減小而使u2a同相輸入端的電位降低到低于反相輸入端的電位（尖脈沖已過去很久）

7、，于是u2a改變狀態(tài)并再次輸出低電平。這長的脈沖是與脈搏同步的，并由紅色發(fā)光二極管ds3的閃亮指示出來。即發(fā)光二極管作脈搏測量狀態(tài)顯示，脈搏每跳動一次發(fā)光二極管就亮一次。同時，該脈沖電平通過r24送到單片機(jī)/into腳，進(jìn)行對心率的計算和顯示。程序#include #define uint8 unsigned char#define uint16 unsigned int#define timer0_hight 0xdc/設(shè)置定時器0工作方式1自動裝載初值，定時10ms，fosc=11.059200mhz#define timer0_low 0x00sbit keyin = p31;/按鍵輸入

8、bit starttest;/啟動測脈搏標(biāo)志uint16 cnt10ms;/10ms計數(shù)器uint8 cnt1s;/1秒計數(shù)器uint8 pulsecnt;/脈搏次數(shù),計數(shù)器uint8 pulsenum;/上次測試脈搏的次數(shù)uint8 codedispcode=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/共陽數(shù)碼管段碼表void init_extint(void);void timerinitproc();void initvar();void init_system(void);void display(uint8 chose_dat

9、, uint8 dat);void showdisp(uint8 tpulsenum, uint8 tpulsecnt, uint8 tcnt1s);void delayms(uint8 ms);void main()init_system();/初始化while(1)showdisp(pulsenum, pulsecnt, cnt1s);/顯示/* 函 數(shù) 名: exti0_interrupt* 函數(shù)功能: /int0引腳下降沿進(jìn)入中斷* 入口參數(shù): 無* 返 回: 無*/void ext0_interrupt(void) interrupt 0if(starttest = 1)/處在測試狀

10、態(tài)pulsecnt+;/來一次中斷脈搏計數(shù)器加1/*函數(shù)功能：定時器/計數(shù)器0中斷處理入口參數(shù)：null返 回：null備 注：null*/void timer0intproc() interrupt 1th0 = timer0_hight;/設(shè)置定時器0高字節(jié)初值tl0 = timer0_low;/設(shè)置定時器0低字節(jié)初值if(+cnt10ms = 100)/1s計時到cnt10ms = 0;if(starttest = 1)/處在測試狀態(tài)if(+cnt1s = 60)/一分鐘時間到starttest = 0;/一次檢測完畢,等待下一次檢測pulsenum = pulsecnt;/保存測得脈搏

11、值if(keyin = 0)/檢測按鍵if(starttest = 1)/處在測試狀態(tài)cnt10ms = 0;/復(fù)位測試值,重新開始測試cnt1s = 0;pulsecnt = 0;else/不在測試狀態(tài),開始新的一次測試starttest = 1;cnt10ms = 0;/end of timer0intproc/void init_extint(void) it0 = 1; /外部中斷1設(shè)置為下降沿觸發(fā) ie0 = 0; /標(biāo)志位清0 ex0 = 1; /允許外部中斷1/*函數(shù)功能：定時器/計數(shù)器初始化入口參數(shù)：null返 回：null備 注：null*/void timerinitpro

12、c()tmod &= 0xf0;tmod |= 0x01;/設(shè)置定時器0，方式1:16位定時器th0 = timer0_hight;/設(shè)置定時器0高字節(jié)初值tl0 = timer0_low;/設(shè)置定時器0低字節(jié)初值tr0 = 1;/啟動定時器0 et0 = 1;/開定時器0中斷ea = 1; /開總中斷/end of timerinitproc/void initvar()starttest = 0;cnt10ms = 0;cnt1s = 0;pulsecnt = 0;pulsenum = 0;void init_system(void) init_extint(); timerinitproc();initvar();/* 函 數(shù) 名: display(uchar chose_dat,uch