简易脉搏测试仪

1简易脉搏测试仪(高职高专组)2摘要:本系统以STC89C52单片机作为控制器，通过键盘设置脉搏的上下界限。并可再次通过键盘查询保存的测试过的记录。本设计通过LCD12864液晶显示每秒钟脉搏信号所形成的波形图。将测得的实际脉搏数通过透射式红外线发射管和控制AD芯片转换为相应的数据反馈给主控芯片，使脉搏次数在液晶屏上的显示。通过STC89C52单片机自身实现了脉搏的测量，当测量结束蜂鸣器鸣叫提醒；也实现了当脉搏次数超过了上限值或低于下限值时蜂鸣器报警。关键词：STC89C52单片机；LCD12864液晶显示；A/D转换Abstract:ThissystembySTC89C52microcontrolasthecontroller,throughthekeyboardsetupperandlowerboundsofthepulse.Andmayberetainedbykeyboardqueryagaintestedtherecord.ThisdesignthroughLCD12864LCDpulsesignalwaveformfigureformedbyeverysecond.TheactualpulsenumberofmeasuredbytransmissiontypeinfraredtransmittingtubeandcontrolADchipisconvertedtothecorrespondingdatabacktothemaincontrolchip,thepulsenumberdisplayedontheLCDpanel.ThroughSTC89C52microcontrolleritselftorealizethemeasurementofthepulse,whenmeasuredoverabuzzersingremind;AlsorealizewhenthepulseofTheTimesmorethantheupperlimitorbelowthelowerlimitvaluewhenthebuzzeralarm.Keywords:STC89C52microcontrol;LCD12864LCDdisplay;A/Dconversion3目录1系统方案.....................................................................................................................41.1控制模块的论证与选择..................................................................................41.2信号调理部分的论证与选择..........................................................................41.3光电脉搏信号拾取部分的论证与选择..........................................................51.4滤波模块的选择..............................................................................................51.5显示模块的选择..............................................................................................51.6系统模块方框图..............................................................................................62系统理论分析与计算.................................................................................................62.1设计时应该考虑的问题以及解决的措施......................................................62.2光电发射接收参数分析与计算......................................................................72.3脉搏信号参数分析、信息采样与处理参数分析计算..................................73电路与程序设计.........................................................................................................83.1电路的设计......................................................................................................83.1.1光电转换电路、调理电路的设计.......................................................83.1.2报警电路...............................................................................................83.2.1程序功能描述.......................................................................................93.2.2程序流程图...........................................................................................94测试方案与测试结果...............................................................................................104.1测试方案、条件及仪器................................................................................104.1.1测试方案.............................................................................................104.1.2测试条件及仪器.................................................................................104.2测试结果........................................................................................................105结论...........................................................................................................................116参考文献....................................................................................................................11附录一:元件清单........................................................................................................12附录二：原理图..........................................................................................................1341系统方案1.1控制模块的论证与选择方案一：采用STC89C52作为控制核心。51单片机价格低廉，C语言程序编写容易，控制方便,结构简单，价格便宜，易于开发。有总线扩展，有较强的位处理功能，有全双工异步串行通信口。方案二：采用FPGA（现场可编程门阵列）作为系统的控制器。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高。由于其集成度高，使其成本偏高，同时其芯片引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。方案三：采用ARM7芯片LPC2148，具有512Kflash程序存储空间、主频达48M、三个定时器、四个外部中断、内部RTC、采用三级流水线模式运行程序，拥有I2C、SPI、UART等通信接口。同时其芯片引脚也较多，不便控制。且价格较贵。方案选择：本系统可以采取89C52、FPGA、ARM三种控制器。虽ARM比89C51单片机具有更强大的控制功能、更快的运行速度，可更快捷地进行高精度的测量，但本设计运行速度要求不高，89C52就能满足所需要的功能。因此综合考虑选择89C52作为控制部件。1.2信号调理部分的论证与选择方案一：采用反射式红外光传感器ST188采集脉搏信号，它具有高发射频率，高灵敏度光电晶体管，检测距离大等特点。但由于是反射式受环境影响大。方案二:采用透射式红外线发射管和红外线接收管采集脉搏信号，它们具有灵敏度高，响应快，结构简单，性能稳定、可靠，能避开强烈的电磁干扰,有很高的绝缘性,可重复好等优点。而且受环境的影响较小，又满足项目的要求。综上所述，ST188在信号采集时，所受的环境影响大，导致测量的误差较大。而用透射式红外线发射管和红外线接收管测量产生的误差小且能够满足项目的要求。故选择方案二。51.3光电脉搏信号拾取部分的论证与选择方案一：采用电源、电阻、发射管串联的电路。这种电路结构简单，通过发射管的电流主要由限流电阻决定。但是电源的波动以及温度引起的发射管压降变化会改变通过发射管的电流，从而导致红外光源的光强波动，进而引起接收的信号波动，影响测量结果。方案二：利用三极管、稳压源组成红外发射管恒流驱动电路。此种方案稳定了发射管中的电流，从而减弱了光源波动，提高了接收信号的稳定性。因此采用这种方案。1.4滤波模块的选择方案一：传统分立元件RC组成无源滤波器。通过模拟开关选择不同的RC来控制不同的截止频率、品质因数等特性参数，但是它存在带内不平坦、频带范围窄且恒定、结构复杂等缺点。方案二：运算放大器构成有源滤波器。通过集成运算放大器与不同的R、C组成滤波器，能够过选择不同的RC网络来实现截止频率和品质因数可变的高通、低通滤波器的设计。通过比较，方案二比方案一更能满足题目的要求，故选择方案二。1.5显示模块的选择方案一：采用LCD1602作为系统显示器件，5V供电，操作简单，但显示的内容较少，无法显示曲线，不能达到题目要求。方案二：采用诺基亚5110液晶屏，支持多种串行通信协议，传输速率高，低电压、低功耗，体积小，采用串行接口与主处理器进行通信，也可以显示汉字。方案三：采用LCD12864液晶显示，可视面积大，画面效果好，抗干扰能力强，低电压，低功耗，硬件电路结构或显示程序都简洁得多，调用方便简单，而且可以节省软件终端资源。61.6系统模块方框图根据题目要求以及本组对各个模块的选择方案的实际情况，综合考虑，选定的系统如图1-1所示：图1-1系统模块方框图2系