基于單片機(jī)的心率設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文.doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項(xiàng)1.設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)）2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬字。3.附件包括：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）畢業(yè)論文須用a4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它摘 要心率是指單位時(shí)間內(nèi)心臟跳動(dòng)的次數(shù),一般指每分鐘的心跳次數(shù),是臨床常規(guī)檢查的生理指標(biāo)。心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在我們的日常生活中已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。在醫(yī)學(xué)上，通過測(cè)量人的心率，便可初步判斷人的健康狀況。本課題設(shè)計(jì)完成了一個(gè)基于51單片機(jī)的心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)以at89c51單片機(jī)為核心，以紅外發(fā)光二極管和光敏三極管為傳感器，利用單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部定時(shí)器來計(jì)算時(shí)間，由光敏三極管感應(yīng)心跳脈沖，單片機(jī)通過脈沖累加得到心臟跳動(dòng)次數(shù)，在數(shù)碼管上顯示心跳次數(shù)和時(shí)間。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了心率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與顯示、定時(shí)測(cè)量以及報(bào)警提醒等功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)工作正常，測(cè)量靈敏度高，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)功能。關(guān)鍵詞：心率監(jiān)測(cè)；at89c51單片機(jī)；光電傳感器abstractheart rate generally refers to the number of heart beats per minute. it is one of the physiological indexes in clinical routine examination. the heart rate monitoring system has been widely used in our daily life. in medicine, it can preliminarily determine the health status by measuring heart rate. this paper proposes a new system based on a single-chip microcomputer and two sensors of an infrared light emitting diode and a photo transistor. the sensors detect heart beating and the single-chip microcomputer gets the frequency by accumulating the times of heart beating. the time is obtained by the inner timer of the single-chip microcomputer. this system can not only display the heart rate, the test time online, but also give alarming as a reminding when the heart rate is not normal. the test result shows that the system works well with high sensitivity and short delay. it has realized the functions of design.朗讀顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音字典keywords: hearting rate monitoring；at89c51 single-chip microcomputer；photoelectric sensorvi目 錄摘 要iabstractii第1章概述11.1選題的背景和意義11.2心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用2第2章心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)32.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)32.2工作原理3第3章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)53.1控制器53.1.1at89c51 簡(jiǎn)介53.1.2at89c51 的特點(diǎn)53.1.3at89c51 的結(jié)構(gòu)53.2心率信號(hào)取樣73.2.1光電傳感器的原理73.2.2光電傳感器的結(jié)構(gòu)83.2.3光電傳感器檢測(cè)原理83.2.4信號(hào)取樣電路93.3信號(hào)放大電路103.3.1lm324放大器103.3.2低通放大電路103.4波形整形電路123.5單片機(jī)控制電路143.6led顯示電路143.6.1led的結(jié)構(gòu)及工作原理153.6.2led數(shù)碼管的顯示方式163.7報(bào)警電路163.8硬件系統(tǒng)原理17第4章軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)184.1主程序流程184.2中斷程序流程184.3顯示程序流程19第5章系統(tǒng)干擾分析及處理措施205.1干擾分析205.1.1環(huán)境光干擾及處理措施205.1.2電磁干擾及處理措施205.1.3測(cè)量過程中運(yùn)動(dòng)噪聲干擾及處理措施21第6章系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果226.1硬件調(diào)試226.2系統(tǒng)測(cè)試246.3誤差分析24第7章總結(jié)與展望25參考文獻(xiàn)26附 錄28致 謝34 34第1章 概述1.1 選題的背景和意義心率(heart rate)是用來描述心跳周期的專業(yè)術(shù)語，是指心臟每分鐘跳動(dòng)的次數(shù), 它不僅是反映心臟功能強(qiáng)弱的重要標(biāo)志，也是反映人體運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的生理指標(biāo)。 心率攜帶有豐富的人體健康狀況信息。自我國最早的脈學(xué)專著脈經(jīng)問世以來，脈學(xué)理論得到不斷發(fā)展和提高。在中醫(yī)四診(望、聞、問、切)中，脈診具有非常重要的位置。它是我國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中最具特色的一項(xiàng)診斷方法，歷史悠久，內(nèi)容豐富，是中醫(yī)“整體觀念”、“辨證論證”基本精神的體現(xiàn)與應(yīng)用。脈診作為“綠色無創(chuàng)”診斷的手法，得到了中外人士的關(guān)注。但由于中醫(yī)是靠手指獲取心率信息，雖然脈診具有簡(jiǎn)便、無創(chuàng)、無痛的特點(diǎn)易為患者接受，然而在長(zhǎng)期的醫(yī)療實(shí)踐中也暴露出一些缺陷1。進(jìn)入21世紀(jì)以來，科技不斷的發(fā)展，電子產(chǎn)品越來越多，系統(tǒng)的價(jià)格越來越便宜；產(chǎn)品的科技含量比例也越來越大，性能越來越可靠。人們?nèi)粘５纳a(chǎn)、生活都在慢慢走向高度自動(dòng)化和智能化。醫(yī)院的護(hù)士每天都要給住院的病人把脈記錄病人每分鐘心跳數(shù)，方法是用聽診器放在胸口處，根據(jù)心臟的跳動(dòng)進(jìn)行計(jì)數(shù)。為了節(jié)省時(shí)間，一般不會(huì)作1分鐘的測(cè)量，通常是測(cè)量10秒內(nèi)的心跳數(shù)，再把結(jié)果乘以6得到每分鐘的心跳數(shù)，這樣做還是比較費(fèi)時(shí)，而且精度也不高。為了提高心率測(cè)量的精確性與速度，多種心率監(jiān)測(cè)儀被運(yùn)用到醫(yī)學(xué)上來，從而開辟了一條全新的醫(yī)學(xué)診斷方法。隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平不斷提高，健康已成了人們關(guān)注的焦點(diǎn)和追求的目標(biāo)。參加鍛煉無疑是保持健康的最佳方法，但很多人急于求成，往往適得其反，達(dá)不到鍛煉的效果，甚至可能對(duì)身體造成一定程度的傷害。目前市場(chǎng)上單純的跑步計(jì)步器不能同時(shí)監(jiān)測(cè)人體生理參數(shù)并實(shí)時(shí)顯示，反饋給鍛煉者。心率監(jiān)測(cè)儀是一種可對(duì)跑步者跑步等各種身體運(yùn)動(dòng)心率參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的儀器，并能將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的心率參數(shù)顯示出來。目前心率監(jiān)測(cè)儀2在多個(gè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，除了應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如無創(chuàng)心血管功能檢測(cè)、妊高癥檢測(cè)、中醫(yī)脈象、脈率檢測(cè)等等，商業(yè)應(yīng)用也不斷拓展，如運(yùn)動(dòng)、健身器材中的心率測(cè)試都用到了技術(shù)先進(jìn)的心率監(jiān)控儀。1.2 心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，心率監(jiān)測(cè)技術(shù)也越來越先進(jìn)，對(duì)心率的測(cè)量精度也越來越高，國內(nèi)外先后研制了不同類型的心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于對(duì)心率傳感器的研究。起初用于體育測(cè)量的心率測(cè)試儀主要集中在對(duì)接觸式傳感器的研究，利用此類傳感器所研制的指脈、耳脈等測(cè)量?jī)x各有其優(yōu)缺點(diǎn)。指脈測(cè)量比較方便、簡(jiǎn)單，但因?yàn)槭种干虾瓜佥^多，指夾常年使用，污漬會(huì)使測(cè)量靈敏度下降；耳脈測(cè)量比較干凈，傳感器使用環(huán)境污染少，易維護(hù)，但耳脈較弱，尤其是當(dāng)季節(jié)變化時(shí)，所測(cè)信號(hào)易受環(huán)境溫度影響，造成測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確3。過去在醫(yī)院臨床監(jiān)護(hù)和中老年保健中出現(xiàn)的日常監(jiān)護(hù)儀器，如便攜式電子血壓計(jì)，可以完成心率的測(cè)量，但是這種便攜式電子血壓計(jì)利用微型氣泵加壓橡膠氣囊，每次測(cè)量都需要一個(gè)加壓和減壓的過程，存在體積龐大、加減壓過程造成不適、心率檢測(cè)的精確度低等缺點(diǎn)。近年來國內(nèi)外致力于開發(fā)無創(chuàng)非接觸式傳感器，這類傳感器的重要特征是測(cè)量探測(cè)部分不侵入機(jī)體，不會(huì)造成機(jī)體創(chuàng)傷，能夠自動(dòng)消除系統(tǒng)誤差，測(cè)量精度高，通常在體表間接測(cè)量人體的生理和生化參數(shù)。人體心室周期性的收縮和舒張引起主動(dòng)脈的收縮和舒張，是血壓以波的形式從主動(dòng)脈根部開始沿著整個(gè)動(dòng)脈系統(tǒng)傳播，這種波成為心率波4。從心率波中提取人體的病理信息作為臨床診斷和治療的依據(jù)，歷來都受到了中外醫(yī)學(xué)界的重視。心率波所呈現(xiàn)出的形態(tài)(波形)、強(qiáng)度(波幅)、速率(波速)和節(jié)律(周期)等方面的綜合信息，在很大程度上反映出人體心血管系統(tǒng)中許多病理的血流特征，因此對(duì)心率波采集和處理具有很高的醫(yī)學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景5。但人體的生物信號(hào)多屬于強(qiáng)噪聲背景下的低頻弱信號(hào)，心率波信號(hào)更是低頻微弱的非電生理信號(hào)，因此必需經(jīng)過放大和濾波以滿足采集的要求。第2章 心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須是通過采集人體心率變化引起的一些生物信號(hào)，然后把生物信號(hào)轉(zhuǎn)化為物理信號(hào)，使得這些變化的物理信號(hào)能夠表達(dá)人體的心率變化，最后要得出每分鐘的心跳次數(shù)，就需要通過相應(yīng)的硬件電路及芯片來處理物理變化并存儲(chǔ)心跳次數(shù)。2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)光電式心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是利用光電傳感器作為變換原件，把采集到的用于檢測(cè)心臟跳動(dòng)的紅外光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，用電子儀表進(jìn)行測(cè)量和顯示的裝置。本系統(tǒng)的組成包括光電傳感器、信號(hào)處理電路、單片機(jī)電路、數(shù)碼顯示、電源等部分。光電傳感器是將非電量(紅外光)轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，由紅外發(fā)射二極管和接收三極管組成，可以將接收到的紅外光按一定的函數(shù)關(guān)系(通常是線性關(guān)系)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的物理量(如電壓、電流或頻率等)輸出。信號(hào)處理電路主要處理光電傳感器采集到的低頻信號(hào)的模擬電路(包括放大、濾波、整形等)。單片機(jī)電路利用單片機(jī)自身的定時(shí)中斷計(jì)數(shù)功能對(duì)輸入的脈沖電平進(jìn)行運(yùn)算得出心率(包括at89c51、外部晶振、外部中斷等)。電源電路向光電傳感器、信號(hào)處理、單片機(jī)提供的電源，可以是5v-9v的交流或直流的穩(wěn)壓電源。2.2 工作原理本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)at89c51為控制核心，實(shí)現(xiàn)心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本測(cè)量功能。該系統(tǒng)的硬件框圖如下圖2.1 所示：外部中斷信號(hào)光電傳感器低通放大器比較器/振蕩器單片機(jī)at89c51數(shù)碼顯示電路外部晶振報(bào)警電路圖2.1 心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理當(dāng)手指放在紅外發(fā)射二極管和接收三極管中間，隨著心臟的跳動(dòng)，血管中血液的流量將發(fā)生變換。由于手指放在光的傳遞路徑中，血管中血液飽和度的變化會(huì)引起光的強(qiáng)度發(fā)生變化，因此和心跳的節(jié)拍相對(duì)應(yīng)，紅外接收三極管的電流也跟著改變，這就使紅外接收三極管輸出脈沖信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)放大、濾波、整形后輸出，輸出的脈沖信號(hào)作為單片機(jī)外部中斷信號(hào)。單片機(jī)電路對(duì)輸入的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理之后把結(jié)果送到數(shù)碼管顯示。第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 控制器本系統(tǒng)基于51系列單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)功能，因?yàn)橄到y(tǒng)沒有其它高標(biāo)準(zhǔn)的要求，我們最終選擇了比較普遍的at89c51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。3.1.1 at89c51 簡(jiǎn)介at89c5l是美國atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器(perom)和128 bytes隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)，器件采用atmel公司高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器(cpu)和flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。3.1.2 at89c51 的特點(diǎn)與mcs-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：ohz-24mhz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器128*8字節(jié)的內(nèi)部ram32個(gè)可編程io口線2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器6個(gè)中斷源可編程串行uart通道3.1.3 at89c51 的結(jié)構(gòu)此次設(shè)計(jì)所使用的at89c51 的封裝形式是dip40。如圖3.1 所示。圖3.1 at89c51的封裝形式引腳功能：vcc：電源電壓gnd：接地p0口：p0口是一組8位漏極開路型雙向i0口，也是地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl邏輯門電路，對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗轉(zhuǎn)入端用。pl口：p1是個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向io口，p1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因內(nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。p2口：p2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向io口，p2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。p3口：可以作為輸入/輸出口，外接輸入/輸出設(shè)備；作為第二功能使用。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst引腳會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ale/prog：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ale(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ale仍能以時(shí)鐘振器頻率的16輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。psen：程序存儲(chǔ)允許(psen)輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)at89c51由外部程序存儲(chǔ)器取指令(或數(shù)據(jù))時(shí)每個(gè)機(jī)器周期兩次psen有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的psen信號(hào)不出現(xiàn)。eavpp：ea 0，單片機(jī)只訪問外部程序存儲(chǔ)器。ea 1，單片機(jī)訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。xtal1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.2 心率信號(hào)取樣目前心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有以下幾種檢測(cè)方法：光電容積脈搏波法、液體耦合腔心率傳感器、壓阻式心率傳感器以及應(yīng)變式心率傳感器。近年來，光電檢測(cè)技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用中發(fā)展很快,主要由于光能避開強(qiáng)烈的電磁干擾, 具有很高的絕緣性,可非侵入地檢測(cè)病人各種癥狀信息，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無損傷、精度高、可重復(fù)等優(yōu)點(diǎn)6。用光電法提取指尖脈搏光信息受到了從事生物醫(yī)學(xué)儀器工作專家和學(xué)者的重視。3.2.1 光電傳感器的原理根據(jù)朗伯一比爾(lamberbeer)定律，物質(zhì)在一定波長(zhǎng)處的吸光度和其濃度成正比。當(dāng)恒定波長(zhǎng)的光照射到人體組織上時(shí)，通過人體組織的吸收、反射衰減后，測(cè)量到的光強(qiáng)將在一定程度上反映了被照射部位組織的結(jié)構(gòu)特征。心率主要由人體動(dòng)脈舒張和收縮產(chǎn)生的，在人體指尖組織中的動(dòng)脈成分含量高，而且指尖厚度相對(duì)其他人體組織而言比較薄，透過手指后檢測(cè)到的光強(qiáng)相對(duì)較大，因此光電式脈搏傳感器的測(cè)量部位通常在人體指尖。手指組織可以分成皮膚、肌肉、骨骼等非血液組織和血液組織，其中非血液組織光的吸收量是恒定的。在血液中，靜脈血的搏動(dòng)相對(duì)于動(dòng)脈血來說十分微弱，可以忽略。因此可以認(rèn)為光透過手指后的變化僅由動(dòng)脈血的搏動(dòng)引起，那么在恒定波長(zhǎng)的光照下，通過檢測(cè)透過手指的光強(qiáng)將可以間接測(cè)量到人體的心率信號(hào)7。3.2.2 光電傳感器的結(jié)構(gòu)傳感器由紅外發(fā)光二級(jí)管和接收三極管組成。采用gaas紅外發(fā)光二極管作為光源時(shí)，可基本抑制由呼吸運(yùn)動(dòng)造成的心率波曲線的漂移。紅外接收三極管在紅外光照射下能產(chǎn)生電能，它的特性是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。在本設(shè)計(jì)中，紅外接收三極管和紅外發(fā)射二極管相對(duì)擺放以獲得最佳的指向特性。從光源發(fā)出的光除了被手指組織吸收以外，一部分由血液漫反射返回，其余部分透射出來。光電式心率傳感器8按照光的接收方式可分為透射式和反射式兩種。其中透射式的發(fā)射光源與光敏接收器件的距離相等并且對(duì)稱布置，這種方法可較好地反映出心律的時(shí)間關(guān)系。因此本系統(tǒng)采用了指套式的透射型光電傳感器, 實(shí)現(xiàn)了光電隔離,減少了對(duì)后級(jí)模擬電路的干擾。結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。圖3.2 透射式光電傳感器3.2.3 光電傳感器檢測(cè)原理隨著心臟的跳動(dòng)，人體組織半透明度隨之改變：當(dāng)血液送到人體組織時(shí)，組織的半透明度減小，當(dāng)血液流回心臟，組織半透明度則增大；這種現(xiàn)象在人體組織較薄的手指尖、耳垂等部位最明顯9。因此本設(shè)計(jì)將紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生的紅外線照射到人體手指部位，經(jīng)過手指組織的反射和衰減由裝在該部位旁邊的光敏三管來接收其透射光并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由于手指動(dòng)脈血在血液循環(huán)過程中呈周期性的脈動(dòng)變化，所以它對(duì)光的反射和衰減也是周期性脈動(dòng), 于是紅外接收三極管輸出信號(hào)的變化也就反映了動(dòng)脈血的脈動(dòng)變化。只要把此電信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖并進(jìn)行整形、計(jì)數(shù)和顯示10，即可實(shí)時(shí)的測(cè)出心臟跳動(dòng)的次數(shù)。3.2.4 信號(hào)取樣電路硬件電路中，關(guān)鍵部分在于心率信號(hào)的檢測(cè)。系統(tǒng)采用紅色發(fā)光二極管和硫化鎘光敏電阻組成透射遮光指套式光電傳感器。紅色發(fā)光二極管穩(wěn)定性好，遮光指套式的裝置減少了外界光的干擾，只需將待測(cè)手指插入，便可進(jìn)行測(cè)量測(cè)試時(shí)，被測(cè)手指正好處在發(fā)光二極管和光敏電阻之間，這樣一來，光敏電阻的阻值便將隨著手指的血容量的變化而變化。心率信號(hào)取樣電路如圖3.3所示，u4是紅外發(fā)射和接收裝置，由于紅外發(fā)射二極管中的電流越大，發(fā)射角度越小，產(chǎn)生的發(fā)射強(qiáng)度就越大，所以對(duì)r17阻值的選取要求較高。r17選擇270同時(shí)也是基于紅外接收三極管感應(yīng)紅外光靈敏度考慮的。r17過大，通過紅外發(fā)射二極管的電流偏小，紅外接收三極管無法區(qū)別有心跳和無心跳時(shí)的信號(hào)。反之，r17過小，通過的電流偏大，紅外接收三極管也不能準(zhǔn)確地辨別有心跳和無心跳時(shí)的信號(hào)。硬件系統(tǒng)是通過檢測(cè)指尖來采取脈搏信號(hào)，從而得到心率信號(hào)。當(dāng)手指離開傳感器或檢測(cè)到較強(qiáng)的干擾光線時(shí)，輸入端的直流電壓會(huì)出現(xiàn)很大變化，為了使它不致泄露到u3a輸入端而造成錯(cuò)誤指示，用c8、c10串聯(lián)組成的雙極性耦合電容把它隔斷11。圖3.3 信號(hào)采集電路3.3 信號(hào)放大電路3.3.1 lm324放大器lm324 是四運(yùn)放集成電路，它采用14 腳雙列直插塑料封裝.它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖3.4所示符號(hào)來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“v+”、“v-”為正、負(fù)電源端，“vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，vi-(-)為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相反；vi+(+)為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。lm324 的引腳排列見圖3.5。 圖3.4 運(yùn)算放大器 圖3.5 引腳排列由于lm324 四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小， 價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在各種電路中。3.3.2 低通放大電路由于通過光電傳感器接收到的信號(hào)極其微弱，容易被其外圍電路所干擾， 因此系統(tǒng)必須為信號(hào)處理電路提供電源。檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)過lm324放大器放大后仍存在較大的偏置電壓，因此必須在信號(hào)輸入端加濾波電容，將電路中的直流成份濾掉并保證不影響交流信號(hào)的傳遞。該系統(tǒng)按人體心率在運(yùn)動(dòng)后跳動(dòng)次數(shù)達(dá)200次/分鐘的計(jì)算來設(shè)計(jì)低通放大器，如圖3.6所示。r24、c6組成低通濾波器以進(jìn)一步濾除殘留的干擾，截止頻率由r24、c6決定，運(yùn)放u3a將信號(hào)放大，放大倍數(shù)由r22和r24的比值決定。經(jīng)過低通放大后輸出的信號(hào)是疊加有噪聲的脈動(dòng)正弦波12。圖3.6 信號(hào)低通放大電路根據(jù)一階有源濾波電路的傳遞函數(shù)，可得： (3.1)放大倍數(shù)為： () (3.2) 截止頻率為： (3.3)按人體心率跳動(dòng)為200次/分鐘時(shí)的頻率是3.3 hz考慮，低頻特性是令人滿意的。經(jīng)過低通放大后輸出的信號(hào)是疊加有噪聲的脈動(dòng)正弦波。波形如圖3.7所示。圖3.7 脈動(dòng)正弦波3.4 波形整形電路本電路的功能是將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為高低電平信號(hào)輸出到單片機(jī)系統(tǒng)，可以采用反向滯回電壓比較器進(jìn)一步提高電路抗干擾能力。經(jīng)過對(duì)強(qiáng)弱心率信號(hào)的測(cè)試和統(tǒng)計(jì)分析可以將其閾值確定。整形電路如圖3.8所示，u3b是一個(gè)電壓比較器，c7、r27構(gòu)成一個(gè)微分器，u3c和c15、r31組成單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，其脈寬由c15、r31決定。u3b的輸出信號(hào)(波形如圖3.9)經(jīng)c7、r27的微分后總是將正、負(fù)相間的尖脈沖(波形如圖3.10)加到單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器u3c的反向輸入端，不會(huì)造成很大的觸發(fā)誤差，因此稍微調(diào)節(jié)下r28即可將該比較器的閥值電壓控制在正弦波的幅值范圍內(nèi)。當(dāng)檢測(cè)到輸入信號(hào)時(shí)，u3b在比較器輸入信號(hào)的每個(gè)后沿到來時(shí)輸出高電平，使c15通過r31充電。大約持續(xù)20ms之后，因c15充電電流減小而使u3b同相輸入端的電位降低到低于反相輸入端的電位，于是u3b改變狀態(tài)并再次輸出低電平。脈沖高電平與心跳同步，并由紅色發(fā)光二極管ds3的閃亮指示出來，即發(fā)光二極管作心跳狀態(tài)顯示，心臟每跳動(dòng)一次發(fā)光二極管就亮一次。同時(shí)，該脈沖電平通過r29送到單片機(jī)/into腳，進(jìn)行對(duì)心率的計(jì)算和顯示。輸出波形如圖3.11所示。圖3.8 波形整形電路經(jīng)過比較器u3c產(chǎn)生的輸出波形：圖3.9 輸出波形經(jīng)過微分器產(chǎn)生的輸出波形：圖3.10 比較后的輸出波形單片機(jī)接收到的信號(hào)：圖3.11 接收信號(hào)3.5 單片機(jī)控制電路本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)最小系統(tǒng)作為信號(hào)的處理電路，如圖3.12所示，來自取樣和整形輸出電路的脈沖電平輸入單片機(jī)at89c51的/into腳，單片機(jī)設(shè)為負(fù)跳變中斷觸發(fā)模式，每次脈沖下降沿到達(dá)時(shí)觸發(fā)單片機(jī)產(chǎn)生中斷并進(jìn)行計(jì)時(shí)，來一個(gè)脈沖心跳次數(shù)就加一；定時(shí)器中斷主要完成一分鐘的定時(shí)功能 13。圖3.12 單片機(jī)處理電路3.6 led顯示電路本設(shè)計(jì)采用led數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描來顯示數(shù)據(jù)。兩個(gè)4位的共陽極led數(shù)碼管組成8位顯示，其中0、1兩位顯示測(cè)量中的時(shí)間，3、4兩位顯示測(cè)量中的心跳次數(shù)，6、7兩位用來顯示上次測(cè)量的數(shù)據(jù)，如圖3.13所示。單片機(jī)p0口控制顯示字型，p2口控制顯示字位。圖3.13 單片機(jī)處理電路3.6.1 led的結(jié)構(gòu)及工作原理led數(shù)碼管是由發(fā)光二極管顯示字段組成的。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用最多的就是七段led數(shù)碼管，有共陰極和共陽極兩種。共陰極led數(shù)碼管顯示器的公共端為發(fā)光二極管陰極，通常接地，當(dāng)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。共陽極的led數(shù)碼管顯示器的公共端為發(fā)光二極管的陽極，通常接+5v電源，當(dāng)發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。本設(shè)計(jì)中采用的是4位七段共陽極數(shù)碼管顯示器，一共具有12個(gè)引腳，4個(gè)位選端，8個(gè)字選端。圖3.14中所示，1、2、3、4是位選端；ag、dp是字選端。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.15所示。圖3.14 4位數(shù)碼管引腳分布圖圖3.15 4位共陽極數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖3.6.2 led數(shù)碼管的顯示方式led數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)碼管的顯示方式可以分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩類。靜態(tài)顯示方式是指當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí)，發(fā)光二極管的位選始終被選中。在這種顯示方式下，每一個(gè)led數(shù)碼管顯示器都需要一個(gè)8位的輸出口進(jìn)行控制。靜態(tài)顯示主要的優(yōu)點(diǎn)是顯示穩(wěn)定，缺點(diǎn)在于占用硬件資源較多，每個(gè)led數(shù)碼管需要獨(dú)占8條輸出線。動(dòng)態(tài)顯示方式是指一位一位地輪流點(diǎn)亮每位顯示器(稱為掃描)，即每個(gè)數(shù)碼管的位選被輪流選中，多個(gè)數(shù)碼管公用一組段選，段選數(shù)據(jù)僅對(duì)位選選中的數(shù)碼管有效。對(duì)于每一位顯示器來說，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。通過調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可以既保證亮度，又保證顯示。若顯示器的位數(shù)不大于8位，則顯示器的公共端只需一個(gè)8位i/o口進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描(稱為掃描口)，控制每位顯示器所顯示的字形也需一個(gè)8位口(稱為段碼輸出)。通過比較，我們可以發(fā)現(xiàn)led動(dòng)態(tài)顯示更加適合本設(shè)計(jì)，所以就采用此方法。3.7 報(bào)警電路報(bào)警電路部分如圖3.16所示，它使用的是一個(gè)蜂鳴器，其一端接p1.1，另外一端接地。當(dāng)p1.1為高電平是就發(fā)出嘟的聲音，為報(bào)警提示音。在系統(tǒng)初始化完成時(shí)會(huì)“嘟、嘟、嘟”連響三聲，系統(tǒng)正常運(yùn)行后在出現(xiàn)生理參數(shù)超出正常閾值時(shí)，報(bào)警電路會(huì)嘟嘟嘟的報(bào)警到生理參數(shù)回到正常閾值內(nèi)或重啟監(jiān)測(cè)儀才會(huì)解除報(bào)警。圖3.16 報(bào)警電路3.8 硬件系統(tǒng)原理該硬件系統(tǒng)由信號(hào)取樣，信號(hào)放大，波形整流，數(shù)碼管顯示以及報(bào)警等以上所述幾部分電路組成，心率信號(hào)通過取樣電路的傳感器檢測(cè)，經(jīng)過信號(hào)放大，濾波，整流后，由單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行處理，最后將檢測(cè)到的信號(hào)通過顯示電路顯示出來，其硬件原理圖如圖3.17所示。圖3.17 電路原理圖第4章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 主程序流程系統(tǒng)主程序控制單片機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定的操作方式運(yùn)行, 它是單片機(jī)系統(tǒng)程序的框架。系統(tǒng)上電后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。初始化程序主要完成對(duì)單片機(jī)內(nèi)專用寄存器、定時(shí)器工作方式及各端口的工作狀態(tài)的設(shè)定。系統(tǒng)初始化之后， 進(jìn)行定時(shí)器中斷、外部中斷、顯示數(shù)據(jù)等工作，不同的外部硬件控制不同的子程序15。流程如圖4.1所示。圖4.1 主程序流程圖4.2 中斷程序流程定時(shí)器中斷服務(wù)程序由一分鐘計(jì)時(shí)、有無測(cè)試信號(hào)判斷等部分組成。當(dāng)定時(shí)器中斷開始執(zhí)行后，對(duì)一分鐘開始計(jì)時(shí)，到60s到了再停止并保存測(cè)得的心跳次數(shù)。同時(shí)可以對(duì)按鍵進(jìn)行檢測(cè)，只要復(fù)位測(cè)試值就可以重新開始測(cè)試。主要完成一分鐘的定時(shí)功能和保存測(cè)得的心跳次數(shù)。外部中斷服務(wù)程序完成對(duì)外部信號(hào)的測(cè)量和計(jì)算。外部中斷采用邊沿觸發(fā)的方式，當(dāng)處于測(cè)量狀態(tài)的時(shí)候，來一個(gè)脈沖心跳次數(shù)就加一，由單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器控制一分鐘，累加得出一分鐘內(nèi)的心跳次數(shù)。流程如圖4.2所示。圖4.2 中斷程序流程圖4.3 顯示程序流程顯示程序包括顯示上次的心跳次數(shù)、本次測(cè)量中的時(shí)間和心跳次數(shù)。從中斷程序中取得結(jié)果后，先顯示上次的心跳次數(shù)，經(jīng)過10ms的延時(shí)后再顯示測(cè)試中的心跳次數(shù)，再經(jīng)過10ms的延時(shí)顯示測(cè)試中的時(shí)間。流程如圖4.3所示。圖4.3 顯示程序流程圖第5章 系統(tǒng)干擾分析及處理措施5.1 干擾分析為了提高該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的精確度，系統(tǒng)首先要解決的是硬件方面的干擾問題。在光電式心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量過程中，前端測(cè)量到的心率信號(hào)十分微弱，容易受到外界環(huán)境干擾，其中主要的干擾源有測(cè)量環(huán)境光干擾、電磁干擾、測(cè)量運(yùn)動(dòng)噪聲。 5.1.1 環(huán)境光干擾及處理措施 在光電心率傳感器中，光敏器件接收到的光信號(hào)不僅包含心跳信息的透射光信號(hào)，還包含測(cè)量環(huán)境下的背景光信號(hào)，由于動(dòng)脈波動(dòng)引起的光強(qiáng)變化比背景光變化微弱得多，因此在測(cè)量過程當(dāng)中要保持測(cè)量背景光恒定，減少背景光干擾16。 測(cè)量環(huán)境下的背景光包含環(huán)境光和在測(cè)量過程中引起的二次反射光。為了減少環(huán)境光對(duì)心率信號(hào)測(cè)量的影響，同時(shí)考慮到傳感器使用的方便性，采用密封的指套式包裝方式，整個(gè)外殼采用不透光的介質(zhì)和顏色，盡量減小外界環(huán)境光的影響。為了避免測(cè)量過程中的二次反射光影響，在指套式傳感器的內(nèi)層表面涂一層吸光材料，能有效減少二次反射光的干擾。 加上指套式外殼后的心率傳感器測(cè)量到的心率波形比較平滑。這是因?yàn)榧又柑资降男穆蕚鞲衅髦协h(huán)境光在測(cè)量過程中基本不受外界環(huán)境光的影響，而且能夠有效減少二次反射光，使照射到手指上的光波長(zhǎng)單一，所以得到的心率信號(hào)較為穩(wěn)定，沒有明顯的重疊雜波信號(hào)，能夠很好的體現(xiàn)出心率波形的特征。 5.1.2 電磁干擾及處理措施通過光電轉(zhuǎn)換得到的包含心率信息的電信號(hào)一般比較微弱，容易受到外界電磁信號(hào)的干擾，在傳統(tǒng)的光電式心率傳感器電路中，由于光敏器件和放大電路是分開的，在信號(hào)的傳遞過程就很容易受到外界電磁干擾，通常在一級(jí)放大電路采用電磁屏蔽的方式來消除電磁干擾17。本系統(tǒng)采用新型光敏器件，在芯片內(nèi)部集成光敏器和一級(jí)放大電路，有效抑制了外界電磁信號(hào)對(duì)原始心率信號(hào)的干擾。 工頻干擾是電路中最常見的干擾，心率信號(hào)變化緩慢，特別容易受到工頻信號(hào)的干擾，因此對(duì)工頻信號(hào)干擾的抑制是保證心率信號(hào)測(cè)量精度的主要措施之一。通常心率信號(hào)的頻率范圍在0.3-30hz之間，小于工頻50hz，因此通過低通濾波器可以有效濾除工頻干擾，這在信號(hào)調(diào)理電路中容易實(shí)現(xiàn)；同時(shí)可以在控制電路中對(duì)光源進(jìn)行脈沖調(diào)制，這樣不但能夠降低系統(tǒng)的功耗，而且能夠在一定程度上減小外界的電磁干擾，在心率信號(hào)數(shù)據(jù)采集后，可以通過數(shù)據(jù)處理法方法進(jìn)一步濾除工頻信號(hào)的干擾。5.1.3 測(cè)量過程中運(yùn)動(dòng)噪聲干擾及處理措施測(cè)量過程當(dāng)中，通常情況下手指和光電心率傳感器可能產(chǎn)生相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，這樣對(duì)心率測(cè)量產(chǎn)生誤差，可以通過兩個(gè)方面減少運(yùn)動(dòng)噪聲誤差：一是改善指套式傳感器的機(jī)械抗運(yùn)動(dòng)性，比如說使指套能夠更緊的套在手指上，不易松動(dòng)；二是從心率信號(hào)處理的角度，通過算法來減小誤差。對(duì)于傳感器的設(shè)計(jì)，現(xiàn)在采用的第一個(gè)途徑。第6章 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果6.1 硬件調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)調(diào)試分為兩大部分：模擬部分和mcu部分。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，方便各電路功能模塊的逐級(jí)測(cè)試。斷開兩部分連接點(diǎn)，先調(diào)試mcu部分，試著輸入一系列脈沖，觀察mcu部分能是否能顯示；模擬部分用不透明的筆在紅外發(fā)射二極管和接收三級(jí)管之間搖擺，用示波器觀察波形效果如何。單片機(jī)軟件先在最小系統(tǒng)板上調(diào)試，確保工作正常之后，再與硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。最后將各模塊組合后進(jìn)行整體測(cè)試，使系統(tǒng)的功能得以實(shí)現(xiàn)。以下是硬件系統(tǒng)調(diào)試過程。系統(tǒng)上電后等待測(cè)試狀態(tài)，如圖6.1所示：圖6.1 等待測(cè)試測(cè)量中顯示的數(shù)據(jù)，如圖6.2所示：圖6.2 測(cè)量中顯示數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)束后顯示的心跳次數(shù)，如圖6.3所示：圖6.3 測(cè)量結(jié)束顯示數(shù)據(jù)調(diào)試過程中的問題及解決辦法：(1)傳感器輸出的正弦波幅度很小，經(jīng)整形輸出后檢測(cè)到的脈沖還是很弱，在確定電路沒有問題的情況下，加強(qiáng)信號(hào)的放大倍數(shù)，調(diào)整電阻r22和r24的阻值。(2)測(cè)量顯示正常但經(jīng)適當(dāng)運(yùn)動(dòng)后測(cè)量，心跳次數(shù)沒有增加，經(jīng)檢查是前置放大級(jí)有問題，更換之后系統(tǒng)運(yùn)行正常。(3)進(jìn)人測(cè)量狀態(tài)后，測(cè)量值不穩(wěn)定，主要是光電傳感器受到手機(jī)等電磁波干擾，其次是指尖汗液影響測(cè)量，將手機(jī)關(guān)機(jī)且測(cè)量前擦干指尖汗液即可。6.2 系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)于2011年5月25日10：00在石麟大樓707進(jìn)行測(cè)試，標(biāo)準(zhǔn)的心跳次數(shù)是以型號(hào)t006的富林多功能聽診器測(cè)出的心跳次數(shù)，結(jié)果如下。表6.1 測(cè)量結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)第一次測(cè)量第二次測(cè)量第三次測(cè)量第四次測(cè)量第五次測(cè)量6864676667637270716969707676757574738280807981808583838582846.3 誤差分析根據(jù)均方差公式對(duì)以上表格數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得： =0.28 (6.1)誤差分析結(jié)果，均方差越小，結(jié)果就越接近平均值，該處平均值即為實(shí)際測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)值。由于冬季和夏季的心率值不同，本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)使用夏季測(cè)量的值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的誤差主要來自硬件方面，實(shí)驗(yàn)室的背景光、電磁波等以及手指汗液都會(huì)影響傳感器的信號(hào)采集，最終導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)的偏差。由于傳感器和其他器件本身并非理想線性，因此實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了線性補(bǔ)償，使得誤差值能保持在合理范圍內(nèi)。經(jīng)校準(zhǔn)，非線性補(bǔ)償后，誤差在合理范圍內(nèi)。第7章 總結(jié)與展望隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)健康的重視程度越來越高，對(duì)健康監(jiān)護(hù)產(chǎn)品的需求量也穩(wěn)步提升，心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已從危重病人監(jiān)護(hù)，發(fā)展到如今普通病房的監(jiān)護(hù)，其應(yīng)用范圍越來越廣泛，市場(chǎng)對(duì)心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求也越來越大，具有很大的發(fā)展前景。本次所設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、功能穩(wěn)定、使用方便，應(yīng)用廣泛，具有實(shí)際意義。由于時(shí)間比較短，同時(shí)本人掌握的知識(shí)有限，本次設(shè)計(jì)還存在很多不足，如程序不夠簡(jiǎn)練，電路板不夠美觀，光電傳感器靈敏度不夠高，數(shù)碼管顯示部分不夠完美等，同時(shí)此次設(shè)計(jì)的測(cè)量?jī)x功能比較單一，沒有如語音系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)讀出心跳次數(shù)等人性化功能，且在設(shè)計(jì)過程中使用的運(yùn)放數(shù)量也較多，加大了電源管理的復(fù)雜度。但我相信科技的進(jìn)步勢(shì)必會(huì)使監(jiān)測(cè)儀的功能日益強(qiáng)大和完善，應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)不斷擴(kuò)大，會(huì)給我們的生活帶來更多的方便和精彩。為了更好的進(jìn)行心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在近一個(gè)學(xué)期的時(shí)間里，認(rèn)真收集有關(guān)資料，并做相關(guān)的整理和閱讀，為這次的設(shè)計(jì)做好充分的準(zhǔn)備。經(jīng)過此次畢設(shè)，我受益良多：(1)無論做什么事都應(yīng)該事先做好充分的準(zhǔn)備，不應(yīng)該為了完成任務(wù)而被動(dòng)盲目的學(xué)習(xí)；(2)了解了心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在國內(nèi)外發(fā)展之迅速、應(yīng)用領(lǐng)域之廣、市場(chǎng)前景之大；(3)對(duì)硬件設(shè)計(jì)和各模塊的功能有了更深的了解，同時(shí)提高了動(dòng)手能力；(4)體會(huì)到堅(jiān)持不懈的毅力對(duì)完成一件事情起著巨大的作用；(5)體會(huì)到團(tuán)隊(duì)合作精神的重要性及相互討論過程中的樂趣。參考文獻(xiàn)1 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