基于单片机的脉搏测量仪器设计

哈尔滨工业大学华德应用技术学院

毕业设计（论文）开题报告

题 目：基于单片机的脉搏测量仪器设计

系 （部） 计算机应用技术 专 业 计算机科学与技术 学 生 郭晓丹 学 号 1069120228 班 号 0691202 指导教师 孙平 开题报告日期 2009.10.19

哈工大华德学院

说 明

一、开题报告应包括下列主要内容：

1．通过学生对文献论述和方案论证，判断是否已充分理解毕业设计（论文）的内容和要求

2．进度计划是否切实可行；

3．是否具备毕业设计所要求的基础条件。

4．预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施； 5．主要参考文献。

二、如学生首次开题报告未通过，需在一周内再进行一次。

三、开题报告由指导教师填写意见、签字后，统一交所在系（部）保存，以备检查。 指导教师评语：

指导教师签字： 检查日期：

一、课题的开发背景与需求分析

随着科技发展的不断提高，生命科学和信息科学的结合越来越紧密，出现了各种新颖的脉搏测量仪器，特别是电子脉搏仪的出现，使脉搏测量变得非常方便。 脉诊在我国已具有2600多年临床实践，是我国传统中医的精髓，但祖国传统医学采用“望、闻、问、切”的手段进行病情诊断，受人为的影响因素较大，测量精度不高。科技的创新，脉搏测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法，脉搏测量可利用电子仪器测量出精度更就的数据。

人体脉搏信号中包含丰富的生理信息，也逐渐引起了临床医生的很大兴趣，达到了方便、快捷、准确在测量脉搏的目的。随着电子测量技术的迅速发展，现代电子测量仪器以极快的速度向数字化、自动化的方向发展。制成的脉搏测量仪器性能良好，结构简单，有较好的应用和推广价值。

二、调研分析

经过开题期间的文献查阅和实际情况调研，了解到脉搏是人体健康关系着最基本条件。脉搏是临床检查和生理研究中常见的生理现象，包含了反映心脏和血管状态的重要生理信息。人体内各器官的健康状态、病变等信息将以某种方式显现在脉搏中即在脉象中。人体脉象中富含着心脏、内外循环和神经等系统的动态信息。通过对脉搏波检测得到的脉波图含有出许多有诊断价值的信息，可以用来预测人体某些器脏结构和功能的变换趋势。正常人的脉搏和心跳是一致的。脉搏的频率受年龄和性别的影响，婴儿每分钟120--140次，幼儿每分钟90--100次，学龄期儿童每分钟80--90次，成年人平均每分钟70--80次，范围在每分钟60--100次左右，都是正常的。另外，运动和情绪激动时可使脉搏增快，而休息、睡眠则使脉搏减慢。临床上有许多疾病，特别是心脏病可使脉搏发生变化。因此，测量脉搏对病人来讲是一个不可缺少的检查项目。

现今市场上有许多关于血压、脉搏、体温等电子仪器，体积小，使用方便，但相对的价格比较贵。通过查阅资料发现主要的脉率采集有三种方法：采用一对红色发光二极管实现、采用反射式的红外管实现和采用压电陶瓷芯片实现。

方案一：检测的基本原理：随着心脏的搏动，人体组织半透明度随之改变。当血液送到人体组织时，组织的半透明度减小；当血液流回心脏，组织的半透明度增大。这种现象在人体组织较薄的手指尖、耳垂等部位最为明显。因此，本脉率计将

红外发光二极管产生的红外线照射到人体的上述部位，并用装在该部位另一侧或旁边的红外光电管来检测机体组织的透明程度并把它转换成电信号。由于此信号的频率与人体每分钟的脉搏次数成正比，故只要把它转换成脉冲并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的。

方案二：采用反射式的红外管。现在市场上的脉率计普遍采用这种传感器来采集信号，因为此红外管接收和发射都在手指的同一侧，所以就不用考虑每个人手指情况不同所造成的麻烦了。但是同样的，对红外的知识了解相对匮乏，得到需要的信号也不太容易。

方案三：采用压电陶瓷片通过脉搏的跳动采集信号。随着心脏的搏动，人体手腕的脉搏和颈部的搏动较为明显，采用压电传感器放于上述部位，把压电传感器测得的信号转换成脉冲并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的。当脉搏跳动时，压电陶瓷片便会产生相应的信号，虽然这是一种很陈旧的方法，但是却很实用，测试的时候能够明显的观测到信号的变化。

本设计采用方案三。

三、关键技术与解决方案

随着心脏的搏动，人体手腕的脉搏和颈部的搏动较为明显，本设计采用压电传感器放于上述部位，压电陶瓷片将脉搏振动转化为电压信号，将压电陶瓷片测得的信号转换成脉冲并进行整形、计数和显示，从而实现实时检测脉搏次数的目的。虽然采取了滤波电路，但人体手腕的运动或颈部的运动如说话仍然会对信号采集产生影响，所以在采集信号的过程中仍需小心。同时在此基础上，还附加了体温测量的功能，并显示在液晶显示屏上。

利用压电传感器将脉搏的跳动转换为电压信号，并加以放大整形和滤波。压电陶瓷片受外界的影响较大，所以采用555稳态电路，555 脉冲振荡电路常被用作交流信号源，它的振荡频率范围大致在零点几赫到几兆赫之间。因为电路简单可靠，所以使用极广。保证采集准确信号。要求： 实现在10内秒测量1分钟的脉搏数，并且显示其数据。

四、系统完成的功能

本系统实现的主要功能是测量人体的脉搏系数，附加功能是测量人体温度系数。测量脉搏数和体温数及液晶显示功能都是由单片机来实现的。脉搏测试仪是用来测

量一个人脉搏跳动次数的电子仪器。它是用来测量频率较低的小信号（传感器输出电压一般为几个毫伏），把脉搏信号转换为电信号，在单位时间内进行记数，并用数字显示其记数值，从而直接得到每分钟的脉搏数。因为人的脉搏数最高是150次／min，所以采用3位十进制计数器即可。人体正常的体表温度是30℃--42℃之间，所以测得的数据精确到0.1位。本系统的难点在于：减小干扰，保证电路的安装与调试。

五、系统模块设计

1、系统硬件设计框图与元器件选择

脉搏测量仪器原硬件选用MCS—51系列AT89C52作为主控中心。为实现对系统的处理，将脉搏传感器、温度传感器采集得到的值，将结果送到液晶屏显示。硬件框图见图1所示：

图1脉搏测量系统硬件框图

在考虑性能/价格比的前提下,在本次设计中我选择最容易实现产品的指标的几种仿真器件如下：

（1）、主机：一台奔腾4 PC机，伟福仿真器； （2）、主控芯片：MCS-51系列中的89C52芯片；

（3）、脉搏传感器：用压电陶瓷片传感器HTD-27等组成脉搏测量电路； （4）、温度传感器：用数字温度传感器DS18B20组成一个温度测量电路； （6）、编辑键/显：一片8279芯片，液晶显示器；

2、系统软件功能模块设计图

本系统分为脉搏测量、温度测量、数据采集、液晶显示四个模块，每个模块之间虽然在表面上是相互独立的，但是在对数据库的访问上是紧密相连的。每个模块的功能都是按照在调研中搜集的资料进行编排制作的图2是系统的功能模图。

图2 系统功能模块图

六、进度安排

本课题的进度安排如表1所示。

表1 进度安排表

序号 1 2 3 4 5 6 名称 周数 1周 1周 3周 3周 2周 起止时间 2009.10.04~2009.10.10 2009.10.11~2009.10.17 2009.10.18~2009.11.07 2009.11.08~2009.11.28 2009.11.29~2009.12.12 2009.12.13~2010.01.02 备注 需求分析 方案论证 硬件设计 软件编码与调试 总体联调 撰写论文 3周 注：前5项共10周，根据课题不同自行安排

七、设备保障

已经具备下列设备保障毕业设计的顺利开展：

软件条件：开发工具AEDK-T598D；伟福6000；Protel99SE；

硬件条件：电脑一台；AEDK试验平台；伟福仿真器；示波器；万用表；焊接工具等。

参考文献

[1] 何立民．单片机应用文集．北京航空航天大学出版社，1994 [2] 程德福．传感器原理及应用．机械工业出版社，2008

[3] 张天凡．完全手册51单片机C语言开发详解．电子工业出版社，2008 [4] 网站资料．http://www.dz3w.com/diycn/mcu/647.htm [5] 网站资料．http://www.avrvi.sdu.edu.cn [6] 网站资料http://www.baidu.com