數(shù)字脈搏測量儀的設(shè)計

1、數(shù)字脈搏測量儀的設(shè)計摘要：本設(shè)計以AT89C52單片機為核心，以紅外發(fā)光二極管和光敏三極管為傳感器，并利用單片機系統(tǒng)內(nèi)部定時器來計算時間，由光敏三極管感應(yīng)產(chǎn)生脈沖，單片機通過對脈沖累加得到脈搏跳動次數(shù)；系統(tǒng)運行中能顯示脈搏次數(shù)，系統(tǒng)停止運行時，能夠顯示總的脈搏次數(shù)。 關(guān)鍵詞：光電傳感器；AT89C52單片機；脈搏測量儀Design of digital pulse meterAbstract：This project take AT89C52 monolithic integrated circuit as a core,take the infrared light emitting dio

2、de and photo transistor as sensors, and calculates time with using of the inner timer, The sensor produces pulse and the single-chip microcomputer gets the frequency by accumulating the pulses. The system could display the frequency of the pulse during operation. It can also shows the total number w

3、hen it stops. Keywords：photoelectric sensor, AT89C52 single-chip microcomputer, Pulse measurement目錄0引言：11概述11.1選題意義及背景：11.2脈搏測量儀的發(fā)展及應(yīng)用：22脈搏測量儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：22.1光電脈搏測量儀的結(jié)構(gòu)：22.2工作原理：32.3光電脈搏測量儀特點：33硬件系統(tǒng)：33.1電源電路：33.2光電傳感器電路：43.3光電信號采集電路：43.4低通放大電路：53.5波形整形電路：63.6單片機及數(shù)碼顯示電路：84軟件系統(tǒng)：94.1主流程程序圖：94.2軟件說明：105抗干擾措施及其

4、使用方法：105.1抗干擾措施：105.2電磁干擾對脈搏傳感器的影響：105.3測量儀使用方法：116系統(tǒng)測試：116.1系統(tǒng)調(diào)試：116.2系統(tǒng)檢測：116.3誤差分析：12致謝：12參考文獻12附錄A：13附錄B：14引言：脈搏是臨床檢查和生理研究中常見的生理現(xiàn)象，包含了反映心臟和血管狀態(tài)的重要生理信息。人體內(nèi)各器官的健康狀態(tài)、病變等信息將以某種方式顯現(xiàn)在脈搏中即在脈象中。人體脈象中富含有關(guān)心臟、內(nèi)外循環(huán)和神經(jīng)等系統(tǒng)的動態(tài)信息。通過對脈搏波檢測得到的脈波圖含有出許多有診斷價值的信息，可以用來預(yù)測人體某些器臟結(jié)構(gòu)和功能的變換趨勢，如:血管幾何形態(tài)和力學(xué)性質(zhì)的變異會引起脈搏波波形和波速等性質(zhì)的

5、改變，而脈搏的病理生理性改變常引發(fā)各種心血管事件，脈搏生理性能的改變可以先于疾病臨床癥狀出現(xiàn)，通過對脈搏的檢測可以對如高血壓和糖尿病等引起的血管病變進行評估。同時脈搏測量還為血壓測量，血流測量及其他某些生理檢測技術(shù)提供了一種生理參考信號1。血液在人體內(nèi)循環(huán)流動過程中，經(jīng)歷過心臟的舒張、內(nèi)臟流量的漲落、血管各端點的阻滯、血管內(nèi)波的折一反射以及血管壁的黏彈等過程。脈搏波不僅受到心臟狀況的影響，同時要受到內(nèi)環(huán)境調(diào)控功能器官(臟器) 狀態(tài)所需血液參數(shù)以及系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)等的影響。所以脈搏波所呈現(xiàn)出的形態(tài)、強度、速率和節(jié)律等方面的綜合信息富含有關(guān)心臟、內(nèi)外循環(huán)和神經(jīng)等系統(tǒng)的動態(tài)信息，很大程度上反映出人體心血

6、管系統(tǒng)中許多生理病理的血流特征。心率是動脈所特有的現(xiàn)象，是由于心室收縮和舒張的交替進行脈管發(fā)生周期性擴張和回位的搏動。心率可借手指在淺表動脈上接觸到，在中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中叫做切脈，經(jīng)醫(yī)學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)脈象與重要器官的功能狀態(tài)有密切關(guān)系，因此，中醫(yī)認(rèn)為切脈對疾病診斷具有重要意義。人體的脈搏波可用特制的脈搏描記器記錄下來。如主動脈瓣是否健全，心搏節(jié)律是否正常，動脈管的彈性如何等,都可根據(jù)脈搏波形的變化進行診斷。脈搏診斷在臨床中有著非常廣泛的應(yīng)用，根據(jù)脈象的變化，醫(yī)生可以測知人體生理狀況，分析病變原因和根源。隨著科技的發(fā)展，對脈象進行采集和分析的儀器應(yīng)用越來越廣泛，客觀上可以提高診脈的準(zhǔn)確性。近年來，醫(yī)學(xué)與多

7、學(xué)科綜合對脈搏的研究工作開展的比較活躍，中外多國的醫(yī)生和學(xué)者相繼的研究開發(fā)了記錄和描繪脈象的儀器和裝置，這些儀器的主要功能是描繪脈搏波形并用于臨床檢驗，觀測。但是這些儀器裝置大多數(shù)沒有形成產(chǎn)品，也沒有廣泛的在臨床上應(yīng)用，更重要的是，這些儀器的價格普遍比較昂貴，普及的難度較大。雖然國內(nèi)外在提取脈搏圖像方面已經(jīng)開展了大量的工作，先后研制了不同種類的傳感器及測量設(shè)備以獲得脈搏波形，但是從現(xiàn)實的情況看。絕大多數(shù)的傳感器不能模擬中醫(yī)切脈來檢測脈搏信號，適用性不夠好。因此人體心率信號采集裝置仍然有研究的可行性和必要性。傳統(tǒng)的脈搏測量采用診脈方式，中醫(yī)脈象診斷技術(shù)就是脈搏測量在中醫(yī)上卓有成效的應(yīng)用, 但是受

8、人為的影響因素較大,測量精度不高。為了克服上述測量方法的不足，脈搏測試不再局限于傳統(tǒng)的人工測試法或聽診器測試法。利用血液是高度不透明的液體，光照在一般組織中的穿透性要比在血液中大幾十倍的特點，可通過光電傳感器對脈搏信號進行檢測，并通過單片機技術(shù)進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)智能化的脈搏測試技術(shù)2。該設(shè)計使用方法簡單，體積小，攜帶方便，能讓使用者及時的了解到心率及恢復(fù)狀況，而且可以大量的減少測量時間。也可讓病人自己可以更準(zhǔn)確的了解自己的病狀，便于及時的得到治療。1概述1.1選題意義及背景：醫(yī)院的護士每天都要給住院的病人把脈記錄病人每分鐘脈搏數(shù)，方法是用手按在病人腕部的動脈上，根據(jù)脈搏的跳動進行計數(shù)。為了節(jié)省

9、時間，一般不會作1分鐘的測量，通常是測量10秒鐘時間內(nèi)心跳的數(shù)，再把結(jié)果乘以6即得到每分鐘的心跳數(shù)，即使這樣做還是比較費時，而且精度也不高。為了提高脈搏測量的精確與速度，多種脈搏測量儀被運用到醫(yī)學(xué)上來，從而開辟了一條全新的醫(yī)學(xué)診斷方法。早在1860年Vierordt 創(chuàng)建了第一臺杠桿式脈搏描記儀，國內(nèi)20世紀(jì)50年代初朱顏將脈搏儀引用到中醫(yī)脈診的客觀化研究方面。此后隨著機械及電子技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外在研制中醫(yī)脈象儀方面進展很快，尤其是70年代中期，國內(nèi)天津、上海、江西等地相繼成立了跨學(xué)科的脈象研究協(xié)作組，多學(xué)科共同合作促使中醫(yī)脈象研究工作進入了一個新的境界。脈象探頭式樣很多，有單部、三部、單點、

10、多點、剛性接觸式、軟性接觸式、氣壓式、硅杯式、液態(tài)汞、液態(tài)水、子母式等組成,脈象探頭的主要原件有應(yīng)變片、壓電晶體、單晶硅、光敏元件、PVDF壓電薄膜等，其中以單部單點應(yīng)變片式為最廣泛，不過近年來正在向三部多點式方向設(shè)計3。目前脈搏測量儀在多個領(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、妊高癥檢測、中醫(yī)脈象、脈率檢測等等，商業(yè)應(yīng)用也不斷拓展，如運動、健身器材中的心率測試都用到了技術(shù)先進的脈搏測量儀。1.2脈搏測量儀的發(fā)展及應(yīng)用：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，脈搏測量技術(shù)也越來越先進，對脈搏的測量精度也越來越高，國內(nèi)外先后研制了不同類型的脈搏測量儀，而其中關(guān)鍵是對脈搏傳感器的研究。起初用于體育

11、測量的脈搏測試集中在對接觸式傳感器的研究，利用此類傳感器所研制的指脈、耳脈等測量儀各有其優(yōu)缺點。指脈測量比較方便、簡單，但因為手指上的汗腺較多，指夾常年使用，污染可能會使測量靈敏度下降：耳脈測量比較干凈，傳感器使用環(huán)境污染少，容易維護。但因耳脈較弱，尤其是當(dāng)季節(jié)變化時，所測信號受環(huán)境溫度影響明顯，造成測量結(jié)果不準(zhǔn)確。過去在醫(yī)院臨床監(jiān)護和日常中老年保健中出現(xiàn)的日常監(jiān)護儀器，如便攜式電子血壓計，可以完成脈搏的測量,但是這種便攜式電子血壓計利用微型氣泵加壓橡膠氣囊，每次測量都需要一個加壓和減壓的過程，存在體積龐大、加減壓過程會有不適、脈搏檢測的精確度低等缺點。近年來國內(nèi)外致力于開發(fā)無創(chuàng)非接觸式的傳感

12、器，這類傳感器的重要特征是測量的探測部分不侵入機體，不造成機體創(chuàng)傷，能夠自動消除儀表自身系統(tǒng)的誤差，測量精度高，通常在體外，尤其是在體表間接測量人體的生理和生化參數(shù)。其中光電式脈搏傳感器是根據(jù)光電容積法制成的脈搏傳感器，通過對手指末端透光度的監(jiān)測，間接檢測出脈搏信號。具有結(jié)構(gòu)簡單、無損傷、精度高、可重復(fù)使用等優(yōu)點。通過光電式脈搏傳感器所研制的脈搏測量儀已經(jīng)應(yīng)用到臨床醫(yī)學(xué)等各個方面并收到了理想效果。人體心室周期性的收縮和舒張導(dǎo)致主動脈的收縮和舒張，是血流壓力以波的形式從主動脈根部開始沿著整個動脈系統(tǒng)傳播，這種波成為脈搏波4。從脈搏波中提取人體的心理病理信息作為臨床診斷和治療的依據(jù)，歷來都受到中外

13、醫(yī)學(xué)界的重視。脈搏波所呈現(xiàn)出的形態(tài)(波形)、強度(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)中許多生理病理的血流特征,因此對脈搏波采集和處理具有很高的醫(yī)學(xué)價值和應(yīng)用前景5。但人體的生物信號多屬于強噪聲背景下的低頻的弱信號, 脈搏波信號更是低頻微弱的非電生理信號,因此必需經(jīng)過放大和后級濾波以滿足采集的要求6。2脈搏測量儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：2.1光電脈搏測量儀的結(jié)構(gòu)：本系統(tǒng)的組成主要包括光電傳感器電路、信號處理電路、單片機電路、數(shù)碼管顯示電路、電源電路等部分。1、光電傳感器電路即將非電量(紅外光)轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它由紅外發(fā)射二極管和接收三極管組成，它可以將接

14、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)換成便于測量的物理量(如電壓、電流或頻率等)輸出。2、信號處理電路即處理光電傳感器采集到的低頻信號的模擬電路(包括放大、濾波、整形等)。3、單片機電路即利用單片機自身的定時中斷計數(shù)功能對輸入的脈沖電平進行運算得出心率（包括AT89C52、外部晶振、外部中斷等）。4、數(shù)碼顯示電路即把單片機計算得出的結(jié)果用3位LED數(shù)碼管靜態(tài)掃描來顯示，便于直接準(zhǔn)確無誤的讀出數(shù)據(jù)。5、電源電路即向光電傳感器、信號處理、單片機提供的電源，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)計采用單片機AT89C52為控制核心，實現(xiàn)脈搏測量儀的基本測量功能。脈搏

15、測量儀硬件框圖如下圖2.1所示：外部中斷信號光電傳感器低通放大器比較器和振蕩器單片機AT89C51數(shù)碼顯示電路外部晶振圖 2.1 脈搏測量儀的工作原理當(dāng)手指放在紅外線發(fā)射二極管和接收三極管中間，隨著心臟的跳動，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，血管中血液飽和程度的變化將引起光的強度發(fā)生變化，因此和心跳的節(jié)拍相對應(yīng)，紅外接收三極管的電流也跟著改變，這就導(dǎo)致紅外接收三極管輸出脈沖信號。該信號經(jīng)放大、濾波、整形后輸出，輸出的脈沖信號作為單片機的外部中斷信號。單片機電路對輸入的脈沖信號進行計算處理后把結(jié)果送到數(shù)碼管顯示。2.3光電脈搏測量儀特點：與傳統(tǒng)的脈搏測量儀相比，光電式脈搏

16、測量儀具有以下特點：1、測量的探測部分不侵入機體，不造成機體創(chuàng)傷，通常在體外。2、傳感器可重復(fù)使用且速度快，精度高。3、測試的適用電壓為5V-9V的直流電壓。4、穩(wěn)定性好、磨損小、壽命長、維修方便。5、由于結(jié)構(gòu)簡單，因此體積小、重量輕、性價比優(yōu)越。6、測量的有效范圍為50次-199次/分鐘。 通過光電式脈搏傳感器所研制的脈搏測量儀已經(jīng)應(yīng)用到臨床醫(yī)學(xué)等各個方面并收到了理想效果7。3硬件系統(tǒng)：3.1電源電路：電路通過12V變壓器把220V的交流電變成12V的直流電，然后通過7805和7805分別把12V的直流電變成+5V和+9V的直流電輸入到電路中去，使得電路能正常工作，電源電路圖見圖3.1。圖

17、3.1 電源電路圖3.2光電傳感器電路：傳感器由紅外發(fā)光二級管和紅外接收三極管組成。采用GaAs紅外發(fā)光二極管作為光源時，可基本抑制由呼吸運動造成的脈搏波曲線的漂移。紅外接收三極管在紅外光的照射下能產(chǎn)生電能，它的特性是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。在本設(shè)計中，紅外接收三極管和紅外發(fā)射二極管相對擺放以獲得最佳的指向特性8。從光源發(fā)出的光除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。光電式脈搏傳感器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稱布置，接收的是透射光，這種方法可較好地反映出心律的時間關(guān)系。因此本系統(tǒng)采用了透射型光電傳感器, 實

18、現(xiàn)了光電隔離,減少了對后級模擬電路的干擾。隨著心臟的搏動，人體組織半透明度隨之改變：當(dāng)血液送到人體組織時，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、耳垂等部位最為明顯。因此本設(shè)計將紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生的紅外線照射到人體的手指部位，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把它轉(zhuǎn)換成電信號。由于手指動脈血在血液循環(huán)過程中呈周期性的脈動變化，所以它對光的反射和衰減也是周期性脈動的, 于是紅外接收三極管輸出信號的變化也就反映了動脈血的脈動變化。故只要把此電信號轉(zhuǎn)換成脈沖并進行整形、計數(shù)和顯示，即可實時的測出脈搏的次數(shù)。結(jié)構(gòu)如圖3.2

19、所示。圖 3.2 透射式光電傳感器3.3光電信號采集電路：圖3.3是脈搏信號的采集電路，D1和Q4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)射強度就越大，所以對R1阻值的選取要求較高。R1選擇220同時也是基于紅外接收三極管感應(yīng)紅外光靈敏度考慮的。R1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)別有脈搏和無脈搏時的信號。反之，R1過小，通過的電流偏大，紅外接收三極管也不能準(zhǔn)確地辨別有脈搏和無脈搏時的信號。當(dāng)手指離開傳感器或檢測到較強的干擾光線時，輸入端的直流電壓會出現(xiàn)很大變化，為了使它不致泄露到U1輸入端而造成錯誤指示，用C3、C5串聯(lián)組成的雙極性

20、耦合電容把它隔斷。當(dāng)手指處于測量位置時，會出現(xiàn)二種情況：一是無脈期。雖然手指遮擋了紅外發(fā)射二極管發(fā)射的紅外光，但是由于紅外接收三極管中存在暗電流，會造成輸出電壓略低。二是有脈期。當(dāng)有跳動的脈搏時，血脈使手指透光性變差，紅外接收三極管中的暗電流減小，輸出電壓上升。但該傳感器輸出信號的頻率很低，如當(dāng)脈搏只有為50次/分鐘時，只有0.78Hz，200次/分鐘時也只有3.33Hz，因此信號首先經(jīng)R2、C8濾波以濾除高頻干擾，再由耦合電容C3、C5加到線性放大輸入端。圖 3.3 光電信號采集電路3.4低通放大電路：LM324 是四運放集成電路見圖3.4，它采用14腳雙列直插塑料封裝.它的內(nèi)部包含四組形式

21、完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖五所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo 的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo 的信號與該輸入端的相位相同。LM324 的引腳排列見圖3.5。 圖 3.4 運算放大器 圖 3.5 LM324引腳圖由于LM324 四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。按人體脈搏在運動后跳動次數(shù)達2

22、00次/分鐘的計算來設(shè)計低通放大器，如圖3.6所示。R6、C1組成低通濾波器以進一步濾除殘留的干擾，截止頻率由R6、C1決定，運放U1將信號放大，放大倍數(shù)由R6和R15的比值決定。圖 3.6 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：放大倍數(shù)為：截止頻率為：按人體的脈搏跳動為200次/分鐘時的頻率是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是疊加有噪聲的脈動正弦波。波形如圖3.7所示。圖 3.7帶有噪聲的脈搏正弦波3.5波形整形電路：波形整形電路如圖3.8所示，U2是一個電壓比較器，C6、R8構(gòu)成一個微分器，U3和C2、R7組成單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，其脈寬由C2、R7

23、決定。該比較器的閥值電壓可用R17調(diào)節(jié)在正弦波的幅值范圍內(nèi)，但是對R17的調(diào)節(jié)要求并不嚴(yán)格，因為U2的輸出信號（波形如圖3.9）經(jīng)C6、R8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U3的反向輸入端，不會造成很大的觸發(fā)誤差。當(dāng)有輸入信號時，U3在比較器輸入信號的每個后沿到來時輸出高電平，使C2通過R7充電。大約持續(xù)20ms之后，因C2充電電流減小而使U3同相輸入端的電位降低到低于反相輸入端的電位（尖脈沖已過去很久），于是U3改變狀態(tài)并再次輸出低電平。這長的脈沖是與脈搏同步的，并由紅色發(fā)光二極管D2的閃亮指示出來。即發(fā)光二極管作脈搏測量狀態(tài)顯示，脈搏每跳動一次發(fā)光二

24、極管就亮一次。同時，該脈沖電平通過R19送到單片機/INT0腳，進行對心率的計算和顯示。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U2的輸出波形：圖 3.9 經(jīng)過比較器輸出的波形經(jīng)過微分器輸出的波形：圖 3.10 經(jīng)過微分器輸出的波形單片機接收到的信號：圖 3.11 單片機接收到的信號3.6單片機及數(shù)碼顯示電路：AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中

25、央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用9。單片機及設(shè)計及數(shù)碼顯示電路如圖3.12。圖 3.12 單片機及數(shù)碼顯示電路本設(shè)計的顯示采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描來顯示。一個3位的共陽極LED數(shù)碼管組成3位顯示，數(shù)碼管顯示測量中的脈搏次數(shù)，單片機的P0口控制顯示字型，P2口控制顯示字位。顯示電路如上圖所示。4軟件系統(tǒng)：4.1主流程程序圖：系統(tǒng)主程序控制單片機系統(tǒng)按預(yù)定的操作方式運行, 它是單片機系統(tǒng)程序的框架。系統(tǒng)上電后,對系統(tǒng)進行初始化。初始化程序主要完成對單片機內(nèi)專用寄存器、定時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, 進行定時器中斷、外部中斷、顯示

26、等工作，不同的外部硬件控制不同的子程序。流程如圖4.1所示。開始初始化開中斷顯示程序圖 4.1 主程序流程圖具體的步驟圖4.2所示： 是否開始開定時器0，開中斷0計數(shù)中斷跳變計數(shù)器+15s？換算顯示結(jié)束圖 4.2 程序流程圖4.2軟件說明：本程序采用C語言，程序的可讀性非常好。程序中對前一次測量的脈搏數(shù)據(jù)進行了自動保存，并且用數(shù)碼顯示。程序在執(zhí)行過程若發(fā)現(xiàn)有干擾則忽略該干擾而不顯示，進一步減少讀入數(shù)據(jù)的誤差。5抗干擾措施及其使用方法：5.1抗干擾措施： 為了提高測量儀的精確度，系統(tǒng)首先要解決的是硬件方面的干擾問題。光電式脈搏測量儀的測量過程中，前端測量到的脈搏信號十分微弱，容易受到外界環(huán)境干擾

27、，其中主要的干擾源有測量環(huán)境光干擾、電磁干擾、測量運動噪聲10。 5.2電磁干擾對脈搏傳感器的影響：通過光電轉(zhuǎn)換得到的包含脈搏信息的電信號一般比較微弱，容易受到外界電磁信號的干擾，在傳統(tǒng)的光電式脈搏傳感器電路中，由于光敏器件和放大電路是分離的，那么在信號的傳遞過程就很容易受到外界電磁干擾，通常在一級放大電路采用電磁屏蔽的方式來消除電磁干擾11。本系統(tǒng)采用了新型的光敏器件，在芯片內(nèi)部集成光敏器和一級放大電路，有效地抑制了外界電磁信號對原始脈搏信號的干擾。 工頻干擾是電路中最常見的干擾，脈搏信號變化緩慢，特別容易受到工頻信號的干擾，因此對工頻信號干擾的抑制是保證脈搏信號測量精度的主要措施之一12。

28、通常脈搏信號的頻率范圍在0.330Hz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，這在信號調(diào)理電路中容易實現(xiàn)；同時可以在控制電路中對光源進行脈沖調(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，在脈搏信號數(shù)據(jù)采集后，可以通過數(shù)據(jù)處理法方法進一步濾除工頻信號的干擾。5.3測量儀使用方法：測量儀通電后，數(shù)碼管全部顯示0。把手輕輕置于左下角的傳感器中，以稍微有壓迫感為宜，這時很快就可以看到紅色發(fā)光二極管會伴隨你的脈搏而閃爍，讓你直觀的看到自己脈搏跳動的速度，按下復(fù)位鍵后單片機和顯示部分開始工作，單片機立刻開始計數(shù)，同時數(shù)碼管顯示出你的心率，非常方便。如果偶

29、爾出現(xiàn)不穩(wěn)的情況，請按復(fù)位鍵對系統(tǒng)進行復(fù)位13。6系統(tǒng)測試：6.1系統(tǒng)調(diào)試：根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案，本系統(tǒng)的調(diào)試可分為兩大部分：模擬部分和純MCU部分。由于在系統(tǒng)設(shè)計中采用模塊化設(shè)計，所以方便了對各電路功能模塊的逐級測試。斷開兩部分的連接點，先調(diào)試MCU部分。試著輸入一系列脈沖（用適當(dāng)?shù)碾娮杞诱龢O，間斷性地輸入），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管之間搖擺，借助示波器觀察波形效果如何。單片機軟件先在最小系統(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行整體測試，使系統(tǒng)的功能得以實現(xiàn)14。1、放大倍數(shù)的增加 傳感器的輸出端經(jīng)示波器觀察有幅

30、度很小的正弦波，但經(jīng)整形輸出后檢測到的脈沖還是很弱，在確定電路沒有問題的情況下，加強信號的放大倍數(shù)，調(diào)整電阻R6和R15的阻值。2、開機后無顯示首先檢查交流電源部分，有無交流，若無則可能保險管或變壓器燒壞，如有繼續(xù)查直流有無，如無則電源已燒壞，可更換解決。3、顯示正常但經(jīng)適當(dāng)運動后測量，脈搏次數(shù)沒有增加可能是前置放大級有問題，可采用更換的辦法判斷并排除。4、進人測量狀態(tài), 但測量值不穩(wěn)定主要是光電傳感器受到電磁波等干擾，其次是損壞或有虛焊。5、開機后顯示不正常或按鍵失靈可查手指擺放的位置或按鍵電路，若無故障則是硬件損壞。6、源的改變理論上模擬部分有三處電壓應(yīng)為9V，但經(jīng)過測試，全部使用5V電壓

31、也是可行的。6.2系統(tǒng)檢測：系統(tǒng)上電后測量中顯示的數(shù)據(jù)，如圖6.1所示：圖 6.16.3誤差分析：實際的脈搏次數(shù)測量得出脈搏次數(shù)1測量得出脈搏次數(shù)2測量得出脈搏次數(shù)3測量得出脈搏次數(shù)4測量得出脈搏次數(shù)5656464636563727071696970767675757473818080798180858383858284注：實際的脈搏次數(shù)以聽診器測出的脈搏次數(shù)為參考值15。由于傳感器和其他器件本身并非理想線性，實測數(shù)據(jù)進行了線性補償。由均方差公式得：誤差分析：經(jīng)校準(zhǔn)，非線性補償后，誤差已基本達到要求。致謝：通過這次畢業(yè)設(shè)計，加強了我動手、思考和解決問題的能力。我覺得做畢業(yè)設(shè)計同時也是對課本知識

32、的鞏固和加強，平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完設(shè)計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。平時看課本，這次看了，下次就忘了，主要是因為沒有動手實踐過吧，認(rèn)識來源于實踐，實踐是認(rèn)識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。作為畢業(yè)的學(xué)生，通過這次畢業(yè)設(shè)計，確實從中學(xué)到了很多的知識。在項目設(shè)計方面，打破了以往單純?yōu)榻鉀Q問題的觀念，樹立了良好的項目設(shè)計思想。在內(nèi)容設(shè)計方面，比較深入的學(xué)習(xí)了單片機方面的知識，補充了自己知識上的不足，更重要的是給自己找到了一個發(fā)展的方向。同時通過這次的課程設(shè)計不僅收獲知識還收獲快樂。這過程中我受到了張政才老師的精心指導(dǎo)和幫助，在這里我衷心的感謝張老師。參

33、考文獻1 歐陽俊，謝定等基于BL-410 的指端脈搏波采集系統(tǒng)應(yīng)用研究J實用預(yù)防醫(yī)學(xué)，2004，第11卷第2期，242 韓文波，曹維國，張精慧光電式脈搏波監(jiān)測系統(tǒng)J長春光學(xué)精密機械學(xué)院學(xué)報，1999，第22卷第4期，23 朱國富，廖明濤，王博亮袖珍式脈搏波測量儀J電子技術(shù)應(yīng)用，1998，第1期，134 劉云麗，徐可欣等微功耗光電式脈搏測量儀J電子測量技術(shù)，2005，第2期，255 程詠梅，夏雅琴，尚嵐人體脈搏波信號檢測系統(tǒng)J北京生物醫(yī)學(xué)工程，2006，第25卷第5期，136 劉文，楊欣，張鎧麟基于AT89C2051單片機的指脈檢測系統(tǒng)的研究J醫(yī)療裝備，2005，第9期，2147 郁道銀，談恒英

34、工程光學(xué)M機械工業(yè)出版社，1998年11月，2792818張福學(xué)傳感器應(yīng)用及其電路精選(下冊) M北京：機械工業(yè)出版社，1221349 李林功，吳飛青，王兵，丁曉單片機原理及應(yīng)用M北京：機械工業(yè)出版社，2007.8，6312810 程光，趙崇侃指動脈搏波光電傳感器的研制J南京醫(yī)學(xué)院學(xué)報，1991年第11卷第4期，32933011 Analog DeviceADuC841_2_3_a data sheetMAnalog Device 2003，204512 J.C.Candy and G.C.TemesOversamplingMethods for Data ConversionMIEEE Pacif