智能脈搏檢測儀的設(shè)計(jì)

1、    智能脈搏檢測儀的設(shè)計(jì)    摘 要：智能脈搏檢測儀電路包括采集電路，低通濾波電路，放大整形電路，單片機(jī)電路和顯示電路。脈搏信號需要經(jīng)過采集電路轉(zhuǎn)化為電信號；經(jīng)過低通濾波電路，濾除夾雜在脈搏信號中的高頻信號；然后經(jīng)過放大電路進(jìn)行放大，整形電路進(jìn)行整形，最后連接到stc89c52芯片的io接口，由數(shù)碼顯示器接收并輸出數(shù)據(jù)。本檢測儀制作完成后，經(jīng)過測試，能夠檢測出脈搏，并且工作狀態(tài)穩(wěn)定，具有巨大的應(yīng)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：光電式傳感器；stc89c52芯片；脈搏；檢測社會(huì)快節(jié)奏的生活，是心臟病的發(fā)病率逐漸上升的重要原因，很多的心臟病人突發(fā)心臟病

2、而來不及求救導(dǎo)致死亡，可知心臟病已經(jīng)是非常嚴(yán)重的健康問題。心臟病死亡原因主要是沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)身體指標(biāo)的變化，如果可以研究出隨時(shí)可以檢測身體指標(biāo)的儀器，就可以有效防止這種慘劇的發(fā)生。我們知道，脈搏是攜帶生理信息的，隨時(shí)檢測脈搏就可以隨時(shí)檢測自己身體的指標(biāo)。智能脈搏檢測儀智能之處是采取借助光電式傳感器的方法，采集信號過程比較方便，采集時(shí)間從一分鐘減少到十秒鐘，從而可以縮小檢測過程的誤差，提高檢測脈搏的精確和速度?，F(xiàn)如今智能脈搏檢測儀在醫(yī)療市場占據(jù)了不可或缺的位置，具有很高的醫(yī)學(xué)價(jià)值。本次智能脈搏檢測儀的設(shè)計(jì)，提出設(shè)計(jì)思路，完成電路設(shè)計(jì)，焊接實(shí)物，研究和分析其優(yōu)劣之處，取長補(bǔ)短，制作出一個(gè)真正利民的智

3、能脈搏檢測儀。1 設(shè)計(jì)方案如圖1所示，智能脈搏檢測儀的設(shè)計(jì)電路包括信號采集電路，低通濾波電路，放大整形電路，單片機(jī)電路和數(shù)碼顯示電路。信號采集電路把脈搏信號轉(zhuǎn)化成電信號，脈搏信號能量的變化產(chǎn)生電動(dòng)勢，低通濾波電路把脈搏信號攜帶的高頻信號濾除，輸出后的電信號比較微弱，不是穩(wěn)定規(guī)律的脈沖信號，需要對其放大整形，信號經(jīng)過放大整形電路得出幅度較高的輸出信號，并且脈沖信號比較規(guī)律、完整和穩(wěn)定，信號經(jīng)過一些列電路后連接到stc89c52芯片的io接口，stc89c52芯片接外部晶振可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，利用單片機(jī)時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)，隨即數(shù)碼顯示器接收并讀出數(shù)據(jù)。2 單元電路的設(shè)計(jì)2.1脈搏采集電路脈搏信號極其微弱，

4、振動(dòng)幅度非常有限，在采集脈搏信號過程中，脈搏信號會(huì)受到高頻信號和噪聲信號的干擾，所以采用光電式傳感器。根據(jù)脈搏的跳動(dòng)特點(diǎn)，在采集數(shù)據(jù)之前需要判斷采集數(shù)據(jù)的頻率即采樣頻率，這樣做有利于單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)置時(shí)鐘。如圖2所示，采集電路由發(fā)光二極管，光電三極管，電阻和電源組成，當(dāng)沒有信號通過時(shí)，發(fā)光二極管不工作，沒有信號輸出，當(dāng)有信號通過時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光，光電三級管工作，有信號輸出，根據(jù)光電式傳感器的工作原理就可以采集到脈搏信號。2.2低通濾波電路脈搏信號采集成功，但是輸出的信號中夾雜著高頻信號和噪聲，而且高頻信號干擾最為嚴(yán)重，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波電路。低通濾波電路的設(shè)計(jì)如圖3所示，電路由電容和電阻組

5、成，電容c1是電解電容，電解電容的作用是有效防止電壓因?yàn)樨?fù)載變化而變化和低頻信號損失，并聯(lián)電容c2和電容c3的作用是阻高頻通低頻，脈搏信號經(jīng)過電容c2和電容c3后，夾雜在其中的高頻信號被濾除。2.3放大整形電路由于輸出的脈搏信號夾雜著低頻干擾信號和噪聲，仍然有不規(guī)則的脈沖信號存在，因此設(shè)計(jì)一個(gè)放大整形電路，如圖4所示。放大整型電路由運(yùn)算放大器，電阻，電容和發(fā)光二極管組成。運(yùn)算放大器分別是放大器u1：a和放大器u1：b。當(dāng)沒有輸入信號時(shí)，兩個(gè)集成運(yùn)算放大器不工作，發(fā)光二極管斷路不發(fā)光。當(dāng)有信號輸入時(shí)，第一級放大電路為同相放大電路，放大倍數(shù)為av1=1+r7/r6，第二級放大電路根據(jù)虛短虛斷原理，

6、放大倍數(shù)為av2=1+r10/r9。電阻r8和電阻r9對電源電壓起分壓作用，讓其在第二級放大電路的同相端放大一個(gè)直流信號，所以第二輸出端的輸出信號有直流信號和交流信號。當(dāng)?shù)诙敵龆溯敵龅男盘栕兓瘯r(shí)，發(fā)光二極管兩端壓降不同，所以發(fā)出的光信號不同。2.4數(shù)碼顯示電路數(shù)碼顯示電路如圖5所示，stc89c52芯片與lcd1602液晶顯示器引腳相連接，stc89c52芯片的p0口作為數(shù)據(jù)線與lcd1602液晶顯示器d0d7雙向數(shù)據(jù)輸入輸出管腳相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋tc89c52芯片的p0口需要外接上拉電路，使其高電平有效。stc89c52芯片的p1.0引腳、p1.1引腳和p1.2引腳分別作為lc

7、d1602液晶顯示器的rs（寄存器選擇）管腳、rw讀寫操作管腳和en（使能端）。2.5單片機(jī)時(shí)鐘電路如圖6所示，單片機(jī)的時(shí)鐘電路由外部晶振和電容組成，x1為外部晶振，c1取值為10f，c2取值為10f。外部晶振連接在stc89c52芯片的xtal1引腳與xtal2引腳之間，實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能。電容c1和電容c2阻隔直流通過交流，使得外部晶振的電壓值不會(huì)下降到0值，時(shí)鐘頻率設(shè)置為12mhz。2.6單片機(jī)復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化工作，復(fù)位后中央處理器cpu及單片機(jī)內(nèi)的其他功能部件都處在初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。如圖7所示，設(shè)計(jì)的復(fù)位電路由開關(guān)，電解電容和電阻組成。r12的阻值比較大，連接在rs

8、t復(fù)位引腳與地之間，使得電壓值不會(huì)下降到0值。當(dāng)開關(guān)打開時(shí)，電源電壓給電解電容充電，復(fù)位電路不工作，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，點(diǎn)解電容放電，給復(fù)位電路提供電能。3 實(shí)物制作與數(shù)據(jù)分析（1）制作過程首先利用proteus（電路仿真軟件）畫出電路圖，分析電路工作原理，同時(shí)得出pcb原理圖，根據(jù)pcb原理圖圖進(jìn)行實(shí)物焊接，然后，在電路板上開始焊接，在焊接之前需要把元器件擺放好，有一個(gè)大體的位置，焊接的方法是一個(gè)模塊接連一個(gè)模塊的焊接，要注意各個(gè)插座的穩(wěn)定性，因?yàn)樵骷墓苣_都比較長，可以當(dāng)做導(dǎo)線使用。再次，焊接完成后，需要對stc89c52芯片燒錄程序。最后，最關(guān)鍵的一步是進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，脈搏信號經(jīng)過采集電路和低

9、通濾波電路后，輸出端有幅度很小的脈沖信號，經(jīng)過放大整形電路后，脈沖輸出信號的幅度不是很大，需要增大信號的放大倍數(shù)。設(shè)計(jì)的實(shí)物圖如圖8所示。（2）數(shù)據(jù)分析利用制作好的脈搏測量儀對四個(gè)不同測試者的脈搏進(jìn)行測試，測試的脈搏數(shù)據(jù)，如表1所示。其中實(shí)際脈搏數(shù)是一分鐘測得的脈搏數(shù)，脈搏數(shù)據(jù)比較精確，測量次數(shù)1、2、3、4是不同的四人在不同時(shí)間利用智能脈搏檢測儀測量的脈搏數(shù)據(jù)，可以看出智能脈搏檢測儀測量出的數(shù)據(jù)與實(shí)際脈搏數(shù)據(jù)有一定差距，存在系統(tǒng)誤差，但是誤差存在是必然的，不會(huì)影響智能脈搏檢測儀的使用。總之，本次設(shè)計(jì)的智能脈搏測量儀有如下優(yōu)點(diǎn)：一是光電式傳感器，它不會(huì)對肌膚造成傷害，采集方式是無創(chuàng)式采集。二是采用兩個(gè)運(yùn)算放大器，它可以提供足夠大的放大倍數(shù)，并且可以有效防止電路失真，適用模式范圍比較廣泛。三是采用lcd1602液晶顯示器，它的接口線較多，可以顯示更多文字和圖形，并且顯示多樣比較清晰，性格比較高。參考文獻(xiàn)1 王化祥.自動(dòng)檢測技術(shù)m.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.82 郁有文