基于51单片机心设计率计脉搏仪.doc
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1、 南 京 理 工 大 学毕业设计说明书(论文)作 者:冯旗学 号:教学点:扬州职业大学专 业:电子工程题 目:基于51单片机心率计买博仪设计讲师方小坤指导者: 朱海星副教授评阅者: 2015年4月南 京 理 工 大 学毕业设计论文评语学生冯旗班级、学号:13级、 题 目: 基于51单片机设计心率计脉搏仪 综合成绩: 指导者评语:该同学能在老师的严格要求下顺利完成整个毕业设计工作、任务书和论文的撰写。任务书完成情况良好。该论文选题为基于51单片机设计心率计脉搏仪,具有实用性,能够提供大学生一个创新的平台。该同学在此次设计中充分应用单片机的软硬件资源,加强综合性,提高了设计的复杂性。程序能正确的运
2、行,论文的标准化符合要求,论文的逻辑性和科学性基本合理。在设计过程中,该同学表现出良好的学习作风,比较扎实的基本理论。课题有一定的实用价值和现实意义,设计的基本任务和要求初步到达。建议成绩为良好。可以提交答辩。 指导者(签字): 2015年5月7日毕业设计论文评语评阅者评语:同意指导教师的意见。该生能够按时完成毕业设计任务,课题新颖,设计所用知识点多,具有实用性,难度适中。整个设计有一定的工作量,成果完成情况良好。论文等提交的材料格式标准,条理清楚,论述正确,文字通顺,书写工整。设计资料完备、整洁、正确。同意答辩,建议成绩为良好。 评阅者(签字): 2015年5月9日答辩委员会小组评语: 答辩
3、委员会小组负责人(签字): 2015年5月10日学习文档 仅供参考毕业设计说明书论文中文摘要 脉搏测量仪在我们的日常生活中已经得到了非常广泛的应用,通过观测脉搏信号,可以对人体的健康进行检查,通常被用于保健中心和医院。为了提高脉搏测量仪的简便性和精确度,本课题设计了一种基于51单片机的脉搏测量仪。系统以STC89C52单片机为核心,以光电传感器利用单片机系统内部定时器来计算时间,由光电传感器感应产生信号,单片机通过对信号累加得到脉搏跳动次数,时间由定时器定时而得。系统运行中可以通过观察指示灯闪烁,假设均匀闪烁说明测量值准确。系统停止运行时,能够显示总的脉搏次数和时间。经测试,系统工作正常,到达
4、设计要求。本设计利用红外光电传感器产生脉冲信号,经过放大整形后,输入单片机内进行相应的控制,从而测量出一分钟内的脉搏跳动次数,快捷方便。系统可以供用户测量当时的脉搏次数,同时还可以设定上限次数和下限次数,当测量的范围超过设定的范围则驱动蜂鸣器报警提醒,除此外用户还可以设定每天闹钟提醒测量,时间可以自行设定,结果最终可以把采集到的脉搏信号显示在LCD1602上。关键词 STC89C52 脉搏测量仪 LCD显示器 光电传感器学习文档 仅供参考毕业设计说明书论文外文摘要Title Design of pulse measuring instrument based on single Chip Ab
5、stractPulse measurement apparatus has been widely used in our daily life. In order to improve the measurement apparatus is simple and accuracy, this paper designs a pulse measuring instrument based on 51 single chip microcomputer. System to STC89C52 microcontroller as the core, with photoelectric se
6、nsor, and calculates the internal timer SCM system, the signal from the photoelectric sensor, microcontroller based on the accumulated pulse beat frequency signal, by the time the timer. In the running of the system can be observed through the indicator lights out, if even flicker that accurate meas
7、uring value. The system stops running, can display the total pulse number and time. After testing, the system works normally, meet the design requirements. Keywords STC89C52 photos ens or LCD display Pulse measuring instrument学习文档 仅供参考目 次 1 绪论21.1 国内外心率计脉搏仪系统研究现状21.2 该论文的主要内容22 总体方案的论证与设计22.1 系统整体设计
8、32.2 主控模块的选型和论证5 显示模块的选型和论证5 传感器的选型和论证63 系统硬件电路设计63.1 主控模块63.2 单片机最小系统设计83.3 LCD显示电路模块设计83.4 液晶显示电路103.5 光电传感器电路模块设计113.6 传感器简介113.7 滤波电路123.8 放大整形电路133.9 整体电路图134 系统软件设计154.1 主程序设计15 子程序设计165 系统调试165.1 Keil软件介绍165.2 Keil软件调试过程及结果175.3 硬件调试195.4 系统测试20结 论22致 谢231 绪论1.1 国内外心率计脉搏仪系统研究现状心率(Heart Rate)是
9、用来描述心跳周期的专业术语,是指心脏每分钟跳动的次数, 它不仅是反映心脏功能强弱的重要标志,也是反映人体运动强度的生理指标。自公元三世纪我国最早的脉学专著脉经问世以来,脉学理论得到不断的发展和提高。在中医四诊望、闻、问、切中,脉诊占有非常重要的位置。脉诊是我国传统医学中最具特色的一项诊断方法,其历史悠久,内容丰富,是中医“整体观念”、“辨证论证”的基本精神的表达与应用。进入21世纪以来,科技不断的发展,电子产品越来越多,系统的价格越来越廉价;产品的科技含量比例也越来越大,性能越来越可靠。人们日常的生产、生活都在慢慢走向高度自动化和智能化。随着科学技术的发展,脉搏测量技术也越来越先进,对脉搏的测
10、量精度也越来越高,国内外先后研制了不同类型的脉搏测量仪,而其中关键是对脉搏传感器的研究。国外,诸如法国研制生产的康普乐仪,日本科林公司的动脉硬化检测仪器等就是利用此方法,并在欧美国家得到广泛的应用,国内医院也有引进此类设备的研究,在2007年,有人有次类似的产品相继上市。但,这些仪器被应用在大型医疗机构中,成本高,检测费用高,功能局限于检测,不能够满足患者随时随地的检测的需要。1.2 该论文的主要内容 该论文所做的设计是针对心率计脉搏仪的功能问题,力图解决测量方便、快捷、准确等方面的问题。脉搏测量在有脉搏时遮挡光线,无脉搏时透光强,所采用的传感器是红外接收二极管和红外发射二极管。通过观测脉搏信
11、号,可以对人体的健康进行检查,通常被用于保健中心和医院。系统可以供用户测量当时的脉搏次数,同时还可以设定上限次数和下限次数,当测量的范围超过设定的范围则驱动蜂鸣器报警提醒,除此外用户还可以设定每天闹钟提醒测量,时间可以自行设定。从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据,历来都受到中外医学界的重视。系统以STC89C52单片机为核心,以光电传感器利用单片机系统内部定时器来计算时间,由光电传感器感应产生信号,单片机通过对信号累加得到脉搏跳动次数,时间由定时器定时而得。系统运行中可以通过观察指示灯闪烁,假设均匀闪烁说明测量值准确。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速
12、)和节律(周期)等方面的综合信息,在很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征,但人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频的弱信号, 脉搏波信号更是低频微弱的非电生理信号, 必需经过放大和后级滤波以满足采集的要求。2 总体方案的论证与设计2.1 系统整体设计心率计的总体设计电路框图如图2-1所示,主要包括光电传感器、放大电路、比较电路、转换电路、单片机处理电路和显示电路,用其5V的电源。 图2.1 总体设计电路框图 光电传感器:光电感应主要是由光电指套式传感器实现的,LED发出的光线通过手指照射在三极管的感应窗上,随着微血管脉压波动的变化,其透光度也随其变化,这样光敏三极管的电流也发
13、生波动性的变化,这样也完成了将光敏三极管转换为电压信号,完成可第一步工作过程。 放大电路:由于通过光电传感器接收到的信号极其微弱,容易被其外围电路所干扰,因此系统必须为信号处理电路提供电源。检测到的信号经过LM324放大器放大后仍存在较大的偏置电压,因此必须在信号输入端加滤波电容,将电路中的直流成份滤掉并保证不影响交流信号的传递。 比较电路:比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。比较器的两路输入为模拟信号,输出则为二进制信号,当输入电压的差值增大或减小时,其输出保持恒定。运用比较电路的原理,对两个或多个测量数据项进行比较,用来检测测量结果是否精确。 A/D转换电路:将模拟信号转
14、换为数字信号,方便其读数。 单片机处理电路:单片机处理电路是设计的核心电路,起着统筹的作用。 显示电路:将脉搏心率测量结果显示出来。 电源:提供的单片机运行所需要的电压。2.2 主控模块的选型和论证 方案一:采用MSP430系列单片机,该单片机是TI公司1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器。其内部集成了很多模拟电路、数字电路和微处理器,提供强大的功能。不过该芯片昂贵不适合一般的设计开发。方案二:采用51系列的单片机,该单片机是一个高可靠性,超低价,无法解密,高性能的8位单片机,32个IO口,且STC系列的单片机可以在线编程、调试,方便地实现程序的下载与整机的调试。因此选用
15、方案二中的51系列单片机作为主控芯片。 显示模块的选型和论证方案一:采用点阵式数码管显示,点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成,对于显示文字比较合适,如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以不用此种作为显示。方案二:采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格虽适中,对于显示数字也最合适,而且采用动态扫描法与单片机连接时,占用单片机口线少。但是由于数码管动态扫描需要借助74LS164移位寄存器进行移位,该芯片在电路调试时往往有很多障碍,所以不采用LED数码管作为显示。方案三:采用LCD液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见,对于本设计而言一个
16、LCD1602的液晶屏即可,价格也还能接受,需要的借口线较多,但会给调试带来诸多方便。所以本设计中方案三中的LCD1602液显示屏作为显示模块。 传感器的选型和论证方案一:采用压电传感器用来提取人的脉搏信号,压电传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器。所谓压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变包括弯曲和伸缩形变时,由于内部电荷的极化现象,会在其外表产生电荷的现象。通过此现象可以提取出人的脉搏信号。方案二:采用光电传感器提取人体脉搏信号,授予手指组织可以分成皮肤、肌肉、骨骼等非血液组织和血液组织,其中非血液组织的光吸收量是恒定的,而在血液中,静脉血的搏动相对动脉
17、血是十分微弱的,可以忽略,因此可以认为光透过手指后的变化仅由动脉血的充盈而引起,那么在恒定波长的光源的照射下,通过检测透过手指的光强将可以间接测量到人体的脉搏信号。由于光电传感器较压电传感器容易在一般的地方可以买得到,因此这里选用光电传感器来提取人体脉搏信号。3 系统硬件电路设计 主控模块 主控模块模块在整个系统中起着统筹的作用,需要检测键盘等各种参数,同时驱动液晶显示相关参数,在这里我们选用了51系列单片机中的STC89C52单片机作为系统的主控芯片。 本设计采用STC89C52用于设计,STC89C52有40个引脚,4个8位并行I/O口,1个全双工异步串行口,同时内含5个中断源,2个优先级
18、,3个16位定时/计数器。STC89C52的存储器系统由4K的程序存储器(掩膜ROM),和128B的数据存储器(RAM)组成。 STC89C52单片机的基本组成框图见图3.1所示。图3.1 STC89C52基本组成框图 STC89C52单片机主要特性1. 一个8 位的微处理器(CPU)。2. 片内数据存储器RAM(128B),用以存放可以读写的数据,如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等,SST89 系列单片机最多提供1K 的RAM。3. 片内程序存储器ROM(4KB),用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一些单片机内部不带ROM/EPROM,如8031,8032,80C31 等。目
19、前单片机的发展趋势是将RAM 和ROM 都集成在单片机里面,这样既方便了用户进行设计又提高了系统的抗干扰性。SST 公司推出的89 系列单片机分别集成了16K、32K、64K Flash 存储器,可供用户根据需要选用。4. 四个8 位并行I/O 接口P0-P3,每个口既可以用作输入,也可以用作输出。5. 两个定时器/计数器,每个定时器/计数器都可以设置成计数方式,用以对外部事件进行计数,也可以设置成定时方式,并可以根据计数或定时的结果实现电脑控制。为方便设计串行通信,目前的52 系列单片机都会提供3 个16 位定时器/计数器。6. 五个中断源的中断控制系统。现在新推出的单片机都不只5 个中断源
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