一种心率检测装置的设计

摘要心率测量仪在我们的日常生活中已经得到了非常广泛的应用,通过观测心率信号，可以对人体的健康进行检查，通常被用于保健中心和医院。为了提高心率测量仪的简便性和精确度，本课题设计了一种基于51单片机的心率测量仪。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心脏跳动的次数，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，若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，达到设计要求。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心脏跳动的次数，快捷方便。系统可以供用户测量当时的心脏跳动的次数，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心率信号显示在数码管上。关键词：STC89C52；光电传感器；数码管；心率测量仪AbstractHeart rate meter has been widely used in our daily life. By observing the heart rate signal, we can check the health of human body. It is usually used in health centers and hospitals.In order to improve the simplicity and accuracy of heart rate measuring instrument, a heart rate measuring instrument based on 51 single chip computer is designed in this paper.The system is based on STC89C52 single chip computer. The photoelectric sensor calculates the time by using the timer inside the single chip computer system. The signal is induced by the photoelectric sensor. The number of beating hearts is obtained by adding up the signals. The time is determined by the timer.In the operation of the system, the indicator can be observed to flicker. If the uniform flicker indicates that the measured value is accurate. When the system stops running, it can display the total pulse number and time. After testing, the system works normally and meets the design requirements.This design uses infrared photoelectric sensor to generate pulse signal. After amplification and shaping, the pulse signal is input into the MCU for corresponding control, so as to measure the number of heart beating in one minute, which is fast and convenient.The system can be used to measure the number of heartbeats at that time, at the same time, the upper and lower limits can be set. When the range of measurement exceeds the set range, the buzzer can drive the alarm reminder. In addition, the user can set the alarm clock to remind the measurement every day. The time can be set by himself. The result can finally display the collected heart rate signal on the digital tube.Keywords: STC89C52; Photoelectric Sensor; Digital tube; Instant Heart Rate目录第一章 绪 论51.1 心率计的研究背景51.2 课题设计的目的及意义51.3 心率计设计的主要内容6（1）51单片机心率检测仪的设计方案；6（2）光电传感器的设计方案；6（3）硬件电路及软件的设计；6（4）硬件电路实验、软件实验和系统调试。6第二章 基于51单片机心率计检测仪设计方案62.1 基于51单片机心率检测仪设计方案62.2 传感器的设计方案62.2.1 传感器的介绍62.2.2 传感器的电路图设计7第三章 主控模块设计及信号采集电路的设计方案73.1 主控模块设计方案73.1.1 51单片机的选择及介绍83.1.2 STC89C52单片机的主要特性8P3.0 RXD：串行数据接收10P3.1 RXD：串行数据发送10P3.2 INT0#：外部中断0输入10P3.3 INT1#：外部中断1输入10P3.4 T0：定时/计数器0的外部计数输入10P3.5 T1：定时/计数器1的外部计数输入10P3.6 WR#：外部数据存储器写选通10P3.7 RD#：外部数据存储器读选通103.1.3 STC89C52单片机的最小系统设计103.2 信号采集电路设计方案103.2.1 显示模块电路设计103.2.2 放大滤波电路设计113.2.3 放大整形电路设计113.3 运算放大器LM358的介绍11（1）内部频率补偿；11（2）低输入偏流；11（3）低输入失调电压和失调电流；11（4）共模输入电压范围宽，包括接地；11（5）差模输入电压范围宽，等于电源电压范围；11（6）直流电压增益高(约100dB)；11（7）单位增益频带宽(约1MHz)；12（8）电源电压范围宽：单电源(330V)；12（9）双电源(±1.5一±15V)；12（10）低功耗电流，适合于电池供电8。12第四章 软件设计方案124.1 系统软设计方案124.2 C语言设计方案12第五章 系统调试及验证性实验145.1 系统调试145.2 调试结果14第六章 总结与展望156.1 总结156.2 展望16第一章 绪 论1.1 心率计的研究背景随着时间的推移，我们已经步入了21世纪。我们见证了经济、科技、医疗等等飞速的发展。伴随着社会的进步，使我们的生活水平被不断被的提高，高强度的脑力以及体力的工作让健康成为了我们大家所关注的焦点。心脏是人体最重要的器官之一，主要功能是为血液流动提供动力，把血液运行至身体的各个部分，同时也被称为人体中血液循环的动力泵。如果心脏发生问题会直接影响人的生命安全，各种类型的心率失常是引起心脏相关疾病死亡的首要因素，此系统疾病已经成为损害人类健康和生命的一大杀手。2013年3月17日，权威医学杂志美国心脏病学会刊登了一篇名为中国成人的心血管健康状况（Status of Cardiovascular Health in Chinese Adults）的研究报告，基于9.6万多名年满20周岁的中国普通民众心血管健康数据。该研究采用的是美国心脏病学会标准，将心血管的健康分为行为健康和身体健康。行为健康包括不吸烟、体重指数正常、体育锻炼达标及饮食健康，身体健康的指标则有不吸烟、血脂正常、血压正常和血糖正常。最终数据显示，在中国，身体健康四个指标都占全的人占13.5，四项行为健康占全的人仅为7，而上述七项健康指标全部满足的人更为跌至2。研究者还将七项健康指标均分为理想、中等和低等三个等级，其中心血管健康状态较差者达到了3/4，中等心血管健康者占不到1/4，至于理想的则更可忽略不计了。报告中指出，在中国成年人中理想的心血管健康比例非常低，应针对全体公民和心血管病高危因素两方面努力实施有效的应对策略，以促进中国人心血管健康（Journal of the American College of Cardiology,2015,65(10):1013-1025）1。2015年1月5日，世界医学权威杂志柳叶刀（Lancet）发布了全球疾病负担报告2013，该研究评估了1990年2013年间188个国家的死亡情况，由华盛顿大学健康指标和评估研究所（IHME）领导的国际研究人员联盟指导进行。报告显示，在中国，最致命的三种疾病是脑卒中、冠心病一级慢性阻塞性肺病，这三种疾病造成的死亡人数占2013年全部死亡人数的46。根据世界卫生组织的定义，心血管疾病是心脏和血管疾患引起的，包括冠心病、脑卒中、高血压、心衰等。中国最致命的三大健康杀手，心血管疾病占去两个2。由上述两篇研究报告可以清楚的发现，大多数人所患疾病都是由于心脏出现了问题所导致的。这使我们更加注意到了对于心脏保护的重要性。不仅仅是老年人，青少年以及成年人更应该关注对于心脏的保养以及监测。1.2 课题设计的目的及意义因为人们注意到了保护心脏的重要性，所以研究了一种可以检测心率的装置。这里我们需要了解到几个名词的具体含义。心跳（heart beat）：心脏的跳动。心率（heart rate）：正常人安静状态下每分钟心跳的次数。脉搏（pulse）：人体表可触摸到的动脉搏动。在非专业的方面来讲，心跳和心率是一样的。正常人心率和脉搏是一致的，脉搏是80次，心率也就是80次/分钟。因为心脏每跳动一下，血液向外推出，在动脉内就像波浪一样，一下一下向前推进，也就可以感觉到跳动。当我们理解到了这几个名词所代表的含义，从而引出了我们本次课题的目的。心率不仅是反映了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，在大多数情况下我们需要即使知道自己的心率。因此，心率计就很快的出现了，并随着科技、医疗的进步得到了很快的发展。但是在如今的医院中，我们依然能看到很多医生仍然采用人工听诊器的方式来对于心率的测定。为了方便心率的采集，本课题所研究的心率计具有体积小、测量准确、成本低等特点，非常适合家庭医疗保健。还可以把一段时间所采集到心率的数据上传到智能设备上，以便更好的观察心率数据的整体情况。总体来说，它可以更有效的检测到人体心率的具体情况，为家庭医疗保健提供了很好的帮助。1.3 心率计设计的主要内容本论文设计了一种