基于-51單片機(jī)的脈搏心率測(cè)量?jī)x-參考論文

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1、基于51單片機(jī)的脈搏測(cè)量?jī)x摘要：脈搏心率測(cè)量?jī)x在我們的日常生活中已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。為了提高脈搏心率測(cè)量?jī)x的簡(jiǎn)便性和精確度，本課題設(shè)計(jì)了一種基于51單片機(jī)的脈搏心率測(cè)量?jī)x。系統(tǒng)以STC89C51單片機(jī)為核心，以紅外反射式傳感器ST188為檢測(cè)原件，并利用單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部定時(shí)器來(lái)計(jì)算時(shí)間，由紅外反射式傳感器ST188感應(yīng)產(chǎn)生脈沖，單片機(jī)通過(guò)對(duì)脈沖累加得到脈搏心率跳動(dòng)次數(shù)，時(shí)間由定時(shí)器定時(shí)而得。系統(tǒng)運(yùn)行中能顯示脈搏心率次數(shù)和時(shí)間，系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，能夠顯示總的脈搏心率次數(shù)和時(shí)間。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)工作正常，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：脈搏心率

2、測(cè)量?jī)x；STC89C51單片機(jī)；紅外反射式傳感器一脈搏心率測(cè)量?jī)x系統(tǒng)結(jié)構(gòu)脈搏心率測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)，必須是通過(guò)采集人體脈搏心率變化引起的一些生物信號(hào)，然后把生物信號(hào)轉(zhuǎn)化為物理信號(hào)，使得這些變化的物理信號(hào)能夠表達(dá)人體的脈搏心率變化，最后要得出每分鐘的脈搏心率次數(shù)，就需要通過(guò)相應(yīng)的硬件電路及芯片來(lái)處理物理變化并存儲(chǔ)脈搏心率次數(shù)。在硬件設(shè)計(jì)中一般的物理信號(hào)就是電壓變化。1.1光電脈搏心率測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)光電脈搏心率測(cè)量?jī)x是利用光電傳感器作為變換原件，把采集到的用于檢測(cè)脈搏心率跳動(dòng)的紅外光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，用電子儀表進(jìn)行測(cè)量和顯示的裝置。本系統(tǒng)的組成

3、包括光電傳感器、信號(hào)處理、單片機(jī)電路、數(shù)碼管顯示電路、電源等部分。1．光電傳感器即將非電量(紅外光)轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它由紅外發(fā)射二極管和紅外接收三極管組成，它可以將接收到的紅外光按一定的函數(shù)關(guān)系(通常是線性關(guān)系)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的物理量(如電壓、電流或頻率等)輸出。2．信號(hào)處理即處理光電傳感器采集到的低頻信號(hào)的模擬電路(包括放大、濾波、整形等)。3.單片機(jī)電路即利用單片機(jī)自身的定時(shí)中斷計(jì)數(shù)功能對(duì)輸入的脈沖電平進(jìn)行運(yùn)算得出心率（包括STC89C51、外部晶振、外部中斷等）。4．?dāng)?shù)碼管顯示電路即把單片機(jī)計(jì)算得出的結(jié)果用四位一體數(shù)

4、碼管顯示出來(lái)。5.電源即向光電傳感器、信號(hào)處理、單片機(jī)提供的電源，采用直流5V電源供電。1.2工作原理本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)STC89C51為控制核心，實(shí)現(xiàn)脈搏心率測(cè)量?jī)x的基本測(cè)量功能。脈搏心率測(cè)量?jī)x硬件框圖如下圖2.1所示：放大、整形電路ST188紅外反射傳感器四位一體數(shù)碼管顯示電路STC89C51主控制器復(fù)位電路晶振電路+5V電源圖2.1脈搏心率測(cè)量?jī)x的工作原理當(dāng)手指放在紅外線發(fā)射二極管和接收二極管中間，隨著心臟的跳動(dòng)，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

5、跳的節(jié)拍相對(duì)應(yīng)，紅外接收二極管的電流也跟著改變，這就導(dǎo)致紅外接收二極管輸出脈沖信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)放大、濾波、整形后輸出，輸出的脈沖信號(hào)作為單片機(jī)的外部中斷信號(hào)。單片機(jī)電路對(duì)輸入的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理后把結(jié)果送到四位一體數(shù)碼管顯示。圖3.3信號(hào)采集電路二.硬件系統(tǒng)2.1信號(hào)采集電路圖3.3是脈搏心率信號(hào)的采集電路，U2是紅外發(fā)射和接收裝置，由于紅外發(fā)射二極管中的電流越大，發(fā)射角度越小，產(chǎn)生的發(fā)射強(qiáng)度就越大，所以對(duì)R10阻值的選取要求較高。R10選擇470Ω同時(shí)也是基于紅外接收三極管感應(yīng)紅外光靈敏度考慮的。R21過(guò)大，通過(guò)紅外發(fā)射二極管

6、的電流偏小，紅外接收三極管無(wú)法區(qū)別有脈搏心率和無(wú)脈搏心率時(shí)的信號(hào)。反之，R21過(guò)小，通過(guò)的電流偏大，紅外接收三極管也不能準(zhǔn)確地辨別有脈搏心率和無(wú)脈搏心率時(shí)的信號(hào)。當(dāng)手指離開(kāi)傳感器或檢測(cè)到較強(qiáng)的干擾光線時(shí)，輸入端的直流電壓會(huì)出現(xiàn)很大變化，為了使它不致泄露到LM358輸入端而造成錯(cuò)誤指示，用C4耦合電容把它隔斷[10]。當(dāng)手指處于測(cè)量位置時(shí)，會(huì)出現(xiàn)二種情況：一是無(wú)脈期。雖然手指遮擋了紅外發(fā)射二極管發(fā)射的紅外光，但是由于紅外接收三極管中存在暗電流，會(huì)造成輸出電壓略低。二是有脈期。當(dāng)有跳動(dòng)的脈搏心率時(shí)，血脈使手指透光性變差，紅外接收三極

7、管中的暗電流減小，輸出電壓上升。但該傳感器輸出信號(hào)的頻率很低，如當(dāng)脈搏心率只有為50次/分鐘時(shí)，只有0.78Hz，200次/分鐘時(shí)也只有3.33Hz，因此信號(hào)首先經(jīng)耦合電容C4耦合，再由R5、C5濾波以濾除高頻干擾后，加到線性放大輸入端。2.2信號(hào)放大2.1放大器的介紹LM358是由兩個(gè)獨(dú)立的高增益運(yùn)算放大器組成?？梢允菃坞娫垂ぷ鳎部梢允请p電源工作，電源的電流消耗與電源電壓大小無(wú)關(guān)。應(yīng)用范圍包括變頻放大器、DC增益部件和所有常規(guī)運(yùn)算放大電路。采用DIP8或SOP8封裝形式。每一組運(yùn)算放大器可用圖3.4所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)

8、引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM