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基于单片机的脉搏信号检测.rar

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    编号:20180914220233397    类型:共享资源    大小:3.79MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    基于 单片机 脉搏 信号 检测
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    毕业设计(论文)题 目: 基于单片机的脉搏信号检测 学 院: 专业班级: 学生姓名: 指导教师: 成 绩: 2017 年 01 月 10 日毕业设计(论文)I摘 要无论在什么时候,人体脉搏的检具有非常重要的健康信息,人体脉搏包含了很多信息,它是中医诊断的重要手段之一,也是现代医学诊断疾病的依据。但是传统的脉诊影响因素特别大。医学观察研究表明,人体手指末端含有丰富的毛细血管和小动脉,这些动脉和身体其他部位的动脉一样,含有丰富的生理信息。由于光电脉搏检测技术的高性能和抗电磁干扰能力强,可以对人体进行无损检测.。在本文中,指尖通过光电法测量,且测量的信息发送给 STC89C52 单片机进行处理,测量结果显示在 LCD1602上。脉冲信号检测模块、脉冲信息处理模块、单片机、LCD1602 液晶显示等模块形成一个简单的脉搏测量装置。该装置具有精度高、体积小、价格低、操作简便等特点,特别适合个人使用和家庭使用,给我们的生活带来极大的方便,让我们对自己的身体状况有了更好的了解。关键词:脉搏;光电传感器;单片机;LCD1602 显示毕业设计(论文)IIAbstractWhether in traditional or in today, the human body pulse detection has been very important to check the information, there are a lot of physiological and pathological information in the pulse of the human body. It is not only an important means in the diagnosis of Chinese medicine is a modern medical diagnosis of the disease, but also particularly large influence factors of pulse diagnosis. The observation of medical research shows that the end of the human finger is rich in capillaries and small arteries, these arteries and other parts of the body, like the arteries, rich in physiological information. Due to the high performance of the photoelectric pulse detection technology and the ability of anti electromagnetic interference, it can detect the human body without damage. In this paper, the pulse of the human fingertip is measured by photoelectric method, and the measurement information is sent to the STC89C52 microcontroller for processing. Finally, the measurement results are displayed by LCD1602. The pulse signal detection module, pulse information processing module, microcontroller, LCD1602 display module and other circuits are integrated on a circuit board to form a simple pulse measuring instrument. This instrument has high precision, small volume, low price, easy operation and other characteristics, especially suitable for personal use and family use, bring great convenience to our lives, let us for the first time to have a better understanding of their physical condition.Key words: Pulse;Photoelectric transducer ;Singlechip;LCD1602 display毕业设计(论文)III目 录摘 要 .......................................................................................................................................................IAbstract ....................................................................................................................................................II目 录 ....................................................................................................................................................III第 1 章 绪 论 ......................................................................................................................................41.1 研究的目的和意义 ...............................................................................................41.2 国内外的研究现状 ...............................................................................................51.3 设计内容 ...............................................................................................................6第 2 章 课题方案论证 ..........................................................................................................................72.1 传感器的选择与论证 ...........................................................................................72.2 信号处理方案选择和论证 ...................................................................................82.3 显示模块选择和论证 ...........................................................................................9第 3 章 硬件电路设计 ........................................................................................................................103.1 STC89C52 单片机 ..............................................................................................103.2 红外传感器 .........................................................................................................113.3 双运算放大器 LM358N.....................................................................................133.4LCD1602 显示电路 .............................................................................................143.5 键盘电路 .............................................................................................................16第 4 章 软件设计 ..................................................................................................................................174.1 系统总体软件流程 .............................................................................................174.2 整体程序设计 .....................................................................................................17第 5 章 软件仿真与系统实物 ..............................................................................................................245.1 仿真电路 .............................................................................................................245.2 实物展示 .............................................................................................................25结 论 ....................................................................................................................................................26参考文献 ................................................................................................................................................27致 谢 ....................................................................................................................................................29附录Ⅰ ....................................................................................................................................................30附录Ⅱ ....................................................................................................................................................31毕业设计(论文)4第 1 章 绪 论1.1 研究的目的和意义随着社会的不断发展,我们已经从工业化时代进入信息化时代,这种转变是社会发展的必然结果,在我们的现实生活中,随着生活水平的不断提高,健康的饮食,健康的生活越来越受到人们的重视。在我们的日常生活中,我们的举动,紧张的工作,在身体感到疲惫的时候,我们担心我们的身体因为过度工作造成了一定的损害,在这个时候,我们会选择去医院进行体检,医生或护士会采用脉搏、心电图、胸部 X 线等方法进行身体的全面检查,通过脉搏和心电图的分析来判断我们的身体状况。所以在假期期间,会有很多人去医院检查身体,因为很多人需要一排排的队伍,而且检查费用昂贵。身体是革命的资本,也是我们赖以生存的根,我们每个人都希望对自己的身体健康有一个更好的了解,如何更准确地检查我们的身体状况?我们怎样才能更简单地检查我们的身体?这是我们应该考虑的问题,设计一个简单的脉搏测量仪,不仅操作简单,价格便宜,而且还准确地检测我们的身体状况。人体的周期性收缩和舒张会导致人体主动脉的收缩和舒张,从而使血压从波的动脉根部流向整个动脉系统。脉搏波的强度、状态、节律和速度等综合信息,反映了心血管系统中许多生理和病理的特征。人体脉搏能准确反映人体的健康状况,通过对脉搏的测量,我们可以对身体有一个大致的了解,在中国很早就通过脉诊研究获得健康情况。现在的社会采用无创测量也被称为间接测量,检测部分是测量的最重要的特点,不侵入人体,不会对人体造成伤害,间接地通过身体器官的检测人体生理参数测量和升华。医用传感器是获取生物信息并将其转换成信号进行处理的关键设备。基于光电式脉搏传感器,充分利用对光频率的吸收光线的穿透不同物质的不同特性来设计,通常采用指端透射脉冲信号的方法检测,光电脉冲传感器具有结构简单、无损伤,价格毕业设计(论文)5低,操作简单,可重复使用的优点。1.2 国内外的研究现状目前,国内外越来越多的相关研究是基于对人体的健康状态,是致力于人体脉搏检测装置的研究,丰硕的成果已经解决人类的无创检测,许多中外学者都在研究脉搏测量上取得突破。也对脉搏测量的功能取得了许多重要的突破,现在有很多公司生产脉搏测量仪器相关产品,不断创新的测量仪器在市场频繁出现。2011、万宝龙手表在日内瓦沙龙 SIHH 推出了一个新的维莱尔 1858 系列复古pulsographe 手表,是测量脉搏的手表。在国外,脉搏信号检测与分析系统的研究相对较早,发展速度更快,更深入。早在 80 年代开发的液体传感器就是利用长度单位对动脉血容量随时间的变化转化为导电液柱电阻的变量来测量脉搏波形。早在 1969 十月,世界上第一个使用光电传感器的感光器件发展公司正式成立,因此许多外国企业越来越重视脉搏信息采用光电传感器采集。下面是收集一些资料:南朝鲜的PARKYE也曾研制脉象仪;日本田口贤惠曾研制“压力、脉搏测定装置 ”,代田文彦设计了 “局部加压型检脉装置”,Sony公司产生出脉搏记录仪,藤田六郎研制出不接触部位就能测出最大脉搏的光电管容积脉诊仪,冈田藤用陶瓷性压力感测器,开发出适合于浮、中、沉各压力等级的原件,并用此传感器描述了脉象对应的脉搏图形;美国LAUB博士曾研制用于针灸临床新型无创脉搏记录仪;英国人Marcy最早设计了以弹簧为动力的杠杆式脉搏传感器,并记录了桡动脉脉搏波[1]。在中国,对脉冲信号的监测和分析方法的发展落后于美国和德国为代表的西方国家的分析,但随着近年来生物医学的兴起和发展,我们已经逐渐缩小与西方的差距,取得了很大的进步。下面是收集的一些资料:1998年国科技大学的朱国富等人研制了袖珍式脉搏测量仪,采用了光电传感器采集脉搏数据[2]。1999年清华大学的金观昌教授等人将PVDF薄膜用于多点脉搏波测试系统研制当中[3];西北工业大学刘希的基于USB的多道生物医毕业设计(论文)6学信号数据采集系统[4];武汉大学袁志勇等人嵌入式脉搏检测分析系统的研制[5];东南大学杨序等人的脉搏数据采集器的研制[6];北京中医药大学牛欣、杨杰等研制了压力与B 超整合的中医诊脉装置,认为可以实时直观观察寸口桡动脉运动情况[7];兰州理工大学张爱华等人基于动态图像的多点脉搏信号检测方法[8];目前上海中医药大学汤伟昌研制了压力式三探头传感器,以模拟中医寸关尺取脉,并探讨三探头传感器与单探头传感器以及三探头传感器之间信息提取的差别[9];目前在国内市场上得到认可、应用较普遍的主要是上海中医药大学费兆馥教授为主要研究者,与复旦大学等单位联合研制生产的ZM-1型单探头中医脉象仪,ZM-IIIc型智能脉象仪;上海医药大学与上海交通大学研制的TP-I型脉象数字化分析仪也已进入临床检测应用。1.3 设计内容此次设计主要采用光电式脉搏传感器,以 STC89C52 单片机和 LM358 芯片为主要核心对人体的脉搏进行检测,并通过 LCD1062 数码管来显示人体一分钟的脉搏震动次数,通过单片机 eeprom 来记录脉搏次数实现历史记录查询功能,本文主要完成以下几项工作:(1)根据基本原理设计出总体的框图。(2)了解每一个功能模块,并设计出相应子电路。(3)连接每个功能模块并且生成总体电路图。(4)根据硬件电路图和所要实现的功能编写软件程序。(5)完成硬件调试和软件仿真。(6)分析调试中遇到的问题并找到解决的方案。脉搏测量仪测量系统结构框图如图 1-1 所示:图 1-3 系统结构框图光电传感器 脉搏信号放大 单片机模块 显示模块毕业设计(论文)7第 2 章 课题方案论证选择什么样的脉搏传感器是设计的关键,许多公司和厂商都致力于脉搏传感器的研究,具有非常成熟的技术,功能方面也有很多扩展,如脉搏检测,体温检测、血氧含量、血红蛋白含量等参数的检测。集成传感器的信号放大、滤波、波形整形电路,使传感器精度高,输出的是一个直接的脉冲信号或脉冲波信号,通过示波器,可以直接显示脉冲波形,使用起来非常方便,所以脉搏传感器已被用于很多医疗设备,甚至传感器在许多健身器材上也有应用。市场上根据脉搏传感器的各种不同原理分为压电脉搏传感器和光电式脉搏传感器。光电式脉搏传感器基于不同的原理,可分为透射式和反射式光电脉搏传感器。在本设计中,两种传感器都可以达到预期的效果,即脉搏的测量和显示,但是选择不同的脉搏传感器,会影响后面的电路设计,在软件设计方面也不同,现在的设计方案一是使用压电脉冲传感器,二是利用光电脉冲传感器。2.1 传感器的选择与论证(1)压电式压电传感器的检测方法使用压力传感器或振动传感器将人体的脉搏振动转换成电信号。常用的压力传感器可以代替现有的压电陶瓷。压电元件的电阻非常高,通常有两个相同的组件,反向极性重叠铜作为电极重叠。这样,中心电极处于一个空状态,并能从绝缘良好的导线引出。该方法的优点是传感器种类繁多,传感器输出信号比较大。压电陶瓷具有成本低、材料方便、灵敏度高等特点.。(2)光电式毕业设计(论文)8光伏系统通常是一种装置,它将光能转换成电信号,这些信号对应紫外光到红外光,通常使用的光电器件,如光电二极管和光电三极管。光电传感器用于测量微小位移变化有明显效果,但对光电传感器材料、电路控制和光电特性有要求:1)吸收能力越高。2)介电常数越小,才能获得更高的输出电压。3)小的介电损耗。光电检测法是利用光电传感器检测人体血液中的血流时,将不同的透光率或反射率转换成电信号。有两种方法可以做到:一种是相反的,另一种是。射流是一种发射管和接收管在适当大小的环两侧,测量人体手指,由于在手指血流量的变化引发光电信号的变化,从而可以检测心率。综上所述,从传感器的制作工艺、材料的选取、受外界的干扰信号的干扰程度和制作过程中前级电路的处理难易程度上考虑,就选用一对红外对射二极管实现。红外传感器的检测、放大、滤波和整型并传到单片机工作系统的过程见下图 2-1所示:图 2-1 信号检测处理工作流程图2.2 信号处理方案选择和论证单片机的发展和应用是有目共睹的.。它具有体积小、重量轻、价格低、可靠性高、功耗低、灵活等优点。它已被广泛接受。在科学计算、数据处理和信息管理、CAD、 CAM、CAA、过程控制、智能仪器仪表、军事领域、多媒体系统和信息高速公路甚至家电和家庭自动化可以看到单片机的影子,所以说单片机做出了巨大的贡献。单片机包括 CPU、RAM 、 ROM、I/O 口、总线甚至 A/D 和 D/A 转换电路,功能非常强大。在数字电路和模拟电路中的许多问题都在芯片设计程序中得到了意想不到的Comment [lxm1]: 需要理顺,标点符号应用要准确。Comment [lxm2]: 没有讲信号处理方案啊?毕业设计(论文)9解决效果,并且修改了外部电路的一个小程序,可以改变系统的设计功能。可移植性和可维护性有了很大提高。在数据分析、处理、存储、通信等方面的表现非常好。根据课题要求,单片机控制。基于单片机的外围设备完成显示,键盘的硬件电路,完成脉搏计 数,和记忆功能。根 据以上方案的比 较,本文决定采 用红外传感器作 为传感器,以单片 机作为主控芯片,少量辅助硬件电路完成数据处理、存储、显示、等功能。硬件框图如图 2-3所示。图 2-2 单片机心率计2.3显示模块选择和论证(1)液晶显示器液晶单元是一个容性负载,在大多数情况下,液晶的电阻可以忽略。液晶显示器在直流电压下会有电解现象,所以是交流驱动的;液晶显示具有信息量大、长寿命、
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