基于单片机的心率计设计论文.doc

. . . 基于单片机的心率计设计摘 要心率是指单位时间心脏搏动的次数，包含了许多重要的生理、病理信息，特别是与心脑血管相关的信息，是生物医学检测中一个重要的生理指标，也是临床常规诊断的生理指标；因此迅速准确地测量心率便显得尤为重要随着医疗水平和人们生活水平的提高，快速、准确、便携式心率计便成为一种新的发展趋势，同时伴随着单片机技术的发展，基于单片机的便携式心率计便不失为一个好的选择本心率计共有三大部分，分别为：传感器部分、信号处理部分、单片机控制部分传感器部分采用光电式传感器实现对信号采集；信号处理部分则采用放大、滤波、波形变换等方法实现信号的有效处理；而单片机部分则实现对心率的计数和显示功能通过这三部分的有效组合初步实现对人体心率的一个有效计数信号采集采用光电式传感器通过对手指末端透光度的监测，实现信号的采集；信号放大则采用四运放运算放大器LM324，波形变换采用555定时器构成反向施密特触发器；单片机控制模块则采用AT89C51微处理器和相关元器件通过C语言编程实现计数和显示功能关键词：心率，光电式传感器，信号处理，AT89C51DESIGN OF HEART RATE METER BASED ON MCUABSTRACT Heart rate is refering to the number in unit time of the heart beating, contains many important physiological and pathological information, especially information associated with cardiovascular, biomedical detection an important physiological indexes, and routine clinical diagnosis of physiological indexes; so quickly and accurately measuring heart rate appears to be particularly important. With the improvement of medical level and people's living standards, rapid, accurate and portable heart rate meter has become a new trend, accompanied by the development of SCM technology, will not be regarded as a good choice of meter based on microcontroller portable heart rate. Heart rate meter consists of three parts, respectively: sensor part, signal processing part, MCU control part. Part of the sensor using photoelectric sensor achieved the signal of the signal acquisition; signal processing part uses the amplification, filtering, waveform transform method to effectively deal with; and part of SCM is to achieve counting on heart rate and display function. Through the effective combination of these three parts, an effective count of human heart rate is realized.. Signals were collected using photoelectric sensor through the monitoring of the degree of light at the end of a finger, to realize the signal acquisition; signal amplification four operational amplifier LM324 operational amplifier is used, the waveform transform the 555 timer constitute reverse Schmitt trigger; MCU control module is used AT89C51 microprocessor and related components by C language programming counting and display function.KEY WORDS: heart rate, sensor photoelectric, signal processing, AT89C51目 录前 言 1第一章 系统设计的整体构思 3第二章 各元器件介绍 4§2.1 LM324 4§2.1.1 LM324简述 4§2.1.2 LM324主要特点 4§2.1.3 LM324引脚图 5§2.2 555定时器 5§2.3 单片机型号介绍 6§2.3.1 单片机简介 6§2.3.2 51子系列的主要功能 7§2.3.3 AT89C51引脚 7§2.4 74HC245 9§2.4.1 74HC245简述 9§2.4.2 74HC245的特点 9§2.4.374HC245引脚 10§2.5 74LS138 10§2.5.1 74LS138简述 10§2.5.2 74LS138主要特性 10§2.5.3 74LS138引脚图 11第三章 软件介绍 12§3.1 KeilC51高级语言集成开发环境—uVision4 IDE12§3.1.1 KeilC51简介 12§3.1.2 uVision4 IDE集成开发环境12§3.1.3 uVision4 IDE仿真过程13§3.2 Proteus14§3.2.1 Proteus简述 14§3.2.2 Proteus主界面 15§3.2.3 电路图仿真 15第四章 电路原理与仿真电路 17§4.1 光电式传感器 17§4.2 前置放大器 19§4.3 滤波电路 19§4.4 后置放大电路 20§4.5 波形变换 21第五章 软件的设计 23§5.1 设计原理 23§5.1.1 定时原理 23§5.1.2 计数原理 24§5.2 软件设计的流程图 24§5.3 LED显示电路 26第六章 系统的检测 28第七章 误差分析 29结 论 30参考文献32致 34附 录35 / 前 言心率是指单位时间心脏搏动的次数，与脉搏跳动频率基本是一致的。

由于受年龄、性别与其它生理因素的影响，心率也有不同的衡量标准:3岁以下的小孩常在100次/分以上，初生儿的心率更快，可达130次/分以上；在成年人中正常的心率为60～100次/分，大多数为60～80次/分，而且这一年龄段女性的心率一般比男性稍快；老年人的心率偏慢即使是同一个人，在安静或睡眠状态下心率较慢，而在运动或情绪激动时心率则会加快，另外在某些药物或神经体液因素的影响下，心率会出现短暂的加快或减慢的症状；而对于经常进行体力劳动和体育锻炼的人来说，平时心率则比较缓慢婴幼儿超过 150次/分或成年人心率超过100次/分称为窦性心律过速婴儿常出现症状为发热、休克、贫血、甲亢、心力衰竭等；而成年人除此之外还常见于运动、兴奋、激动、饮酒等心率低于60次/分称为窦性心动过缓，常出现胸闷、气短等症状心率过快超过160次/分或过慢低于40次/分，则多表现为心脏病病人，常有心悸、胸闷、心前区不适等症状因此说心率作为临床测量的重要生理参数，其主要意义在于：1、心率的变化直接反应人体的健康状况对于老年人和病危的患者来说尤为重要，一单发生意外可以第一时间发现从而与时的进行救治，挽救病人的生命；特别对于心脑血管疾病的病人来说相当重要。

由于心率包含着与人体心脑血管系统密切相关的信息，因此利用心率计与时的发现相关的病情状况，做到与时救治从而降低心脑血管疾病的发病率和死亡率，有效的减轻心脑血管疾病带来的社会和家庭负担[1]近年来，伴随着快节奏、高压力的生活氛围，心脑血管疾病的发病率呈上升趋势，这对心率计的发展既是一个要求也是一个机遇2、心率与运动强度密切相关，通过心率监测与时的调整运动强度和运动方式，使运动更加系统化和科学化，从而达到运动的最佳效果目前市场上比较流行的测心率的仪器是心率手环和心率手表，它们的出现，让我们远离了传统心率带产生的束缚、划伤、勒痕等诸多不适感，以与信号不稳造成的监测数据不准确等烦恼例如MIO FUSE手环，它采用超级光电感应技术持续测量心率，置加速传感器监测，可以精准测量步数，它卓越的数字滤波技术和精准的监测技术，使其能够按照真实的心率与时的反应心率变化随着科学技术的发展，通过对脉搏波的检测来评价动脉壁的扩性和软硬度已经得到广泛应用凭借操作简单、无创伤等优势广泛应用于流行病学等方面的研究中，也正是由于这些原因，使得此法非常适合于向家庭和社区医疗服务机构推广利用此法生产的仪器尽管在欧美等国得到普与，国也引进并在此基础上不断发展，但是，由于这些仪器价格昂贵、功能局限，并不适合普通患者，因此这类产品在市场上并未普与，只存在于一些大型的医疗机构中。

基于单片机的心率计既能发挥单片机快速处理数据的能力，同时伴随着集成化技术的逐步提升，便携、快速准确、方便实用的心率计将不失为一个更好的选择，真正做到走入家庭、方便个人第一章 系统设计的整体构思人体的各种生理参数如心电、脑电等生物电信号都属于强噪声背景下微弱的低频信号，是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号[2]心率是指单位时间心脏搏动的次数，与脉搏跳动频率基本是一致的，另外脉搏信号比较容易测得，因此本设计利用脉搏信号进行心率计数与其他生物电信号相比，脉搏信号比较容易检测同时具有直观的规律性经过光电式传感器后输出的幅值都在几毫伏左右 心率计设计的步骤如下： 1、心率计设计的第一步就是要获得原始的脉搏信号，本设计采用光电式传感器[3]通过对手指末端透光度的监测，检测出脉搏信号进行心率计数 2、由于信号是在强噪声背景下微弱的低频信号，在进行滤波处理前，先要进行信号的前置放大，由于夹杂着干扰信号和噪声，前置放大倍数一般较小[4]3、滤波处理4、进行滤波处理后的信号仍然比较微弱，需要进行后置放大处理，由于这时的信号是已经经过滤波处理得到的理想信号，去除了干扰信息，因此可以进行较大的信号放大。

5、进行波形变换将脉搏信号(近似正弦波)变换成方波信号光电式传感器，信号采集前置放大电路滤波电路后置放大电路波形变换电路单片机定时计数6、由于单片机的中断分为低电平和下降沿两种触发方式[5]，因此在进行波形变换后，要进行关键的定时计数处理以与计数显示。