基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文

基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文---文檔均為word文檔，下載后可直接編輯使用亦可打印---摘要本課題以STC15單片機作為控制系統(tǒng)核心的心率測量儀的設(shè)計，先采用紅外對管實現(xiàn)對脈搏信號的采集，再使用LM328作為運放設(shè)計調(diào)理電路實現(xiàn)對采集信號的處理，經(jīng)處理的信號送入單片機進行A/D采樣以及算法處理，最后在液晶屏上實現(xiàn)脈搏波形以及脈率的顯示。除此之外，還采用LabVIEW設(shè)計上位機實現(xiàn)與MCU通信?；緦崿F(xiàn)了對人體脈搏的測量，以及對脈搏波形的實時監(jiān)控。本設(shè)計測量脈率方法簡單，測試結(jié)果精確，顯示界面整齊大方，具有比較好的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：脈搏檢測系統(tǒng)，STC15W408AS，紅外光電傳感器，串口，LabVIEW基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第1頁。Designofpulseratedetectionsystem基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第1頁。BasedonLabVIEWMeasurementandControlTechnologyandInstrument,Measuring2014classWeiCaiLianSupervisorGanYong-jingAbstractThistopictoSTC15single-chipmicrocomputerascorecontrolsystemoftheheartratemeterdesign,byusinginfraredtubetopulsesignal,theamplificationfiltercircuitforfilterandamplificationprocessing,thepulsesignalsusingLM328asop-ampdesigncontrolcircuittorealizethecollectionofsignalprocessing,theprocessingofsignalintotheMCUA/Dsamplingandprocessingalgorithm,thefinalrealizationofpulsewaveformontheLCDpanelandpulsefrequencydisplay.Inaddition,LabVIEWisusedtodesigntheuppermachinetocommunicatewithMCU.Themeasurementofhumanpulseandthereal-timemonitoringofpulsewaveformarerealized.Thedesignmeasuringpulseratemethodissimple,thetestresultisaccurate,thedisplayinterfaceisfriendly,hastherelativelygooddevelopmentprospect.Keywords:Pulsedetectionsystem,STC15W408AS,infraredemissionreceivingsensor,serialport,LabVIEW基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第2頁。基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第2頁。目錄1引言脈搏的研究背景每分鐘脈搏跳動次數(shù)這一物理量在生產(chǎn)加工，人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€方面都是一個最基本也是非常重要的一個物理量，在很多應(yīng)用條件下，需要對脈搏跳動這個量進行檢測和監(jiān)控。近幾年來，伴隨現(xiàn)代科學技術(shù)的不斷進步，對現(xiàn)代設(shè)備的精度的要求也越來越高，信息技術(shù)領(lǐng)域的前沿尖端技術(shù)包括傳感器技術(shù)，通訊技術(shù)以及計算機技術(shù)。我們可以通過脈搏跳動的情況了解到心臟的情況，以得知身體的健康狀況。然而診斷看病是個不容易的工作，診脈的方法不容易被人掌握。1.2選題意義由心臟搏動而引起的脈搏,我們可以根據(jù)這個線索去找反映身體的重要標志。針對脈搏的跳動,我們都知道在中醫(yī)上有一種非常重要的診斷方式，那就是診脈。中醫(yī)的醫(yī)生一直是用手來號脈,進而得到脈搏的信息。通過手號脈是一種很難掌握的技巧,因此人們十分的迫切有一種儀器可以快速準確的得到脈搏跳動的次數(shù)這個信息。作為工業(yè)管制系統(tǒng)中必不可少的組成部分，實時數(shù)據(jù)采集，是進行工業(yè)分析，進行工業(yè)處理以及控制的根據(jù)。將單片機采集到的脈搏每分鐘跳動次數(shù)數(shù)據(jù)通過窗口傳輸給上位機，達到了進行了實時遠程監(jiān)控，以保證平常醫(yī)療安全檢測。2系統(tǒng)設(shè)計方案2.1實現(xiàn)的要求和功能(1)運用光電傳感器原理采集到人體的指尖輸出的脈搏信號，通過A/D轉(zhuǎn)換、MCU處理及設(shè)計的算法得到脈率；(2)通過上位機(LabVIEW)及液晶屏實時顯示波形及脈率值，實現(xiàn)人體脈率的現(xiàn)場及遠程實時監(jiān)測；基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第3頁。(3)采集到的波形完好干凈，噪聲??；基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第3頁。(4)測量結(jié)果誤差范圍在6%以內(nèi)；(5)上位機界面友好，人性化，便于專業(yè)人士分析觀察；(6)價格合理，性價比較高。2.2采集主控芯片方案方案一：利用STC15W408AS單片機完成對各個模塊進行控制。方案二：利用單片機STC89C51作為控制部分。方案論證：方案一中STC15W408AS單片機是STC生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T)的單片機，是高速/高可靠、低功耗、超強抗干擾，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換。方案二中STC89C51單片機雖然簡單易懂，但功耗較大，數(shù)據(jù)傳輸速率低，要實現(xiàn)較復雜的控制功能還存在一定的難度。綜上所述，本設(shè)計采用方案一，用STC15W408AS作為芯片控制部分。系統(tǒng)所采用的STC15W408AS是STC生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。MAX810有很多內(nèi)部集成專用復位電路，2路的PWM，8路非常高速10位A/D轉(zhuǎn)換，針對電動、智能控制，濾波掉很多干擾場合。STC15W408AS還帶有豐富多樣和功能靈活齊全的片內(nèi)外設(shè)，為用戶提供了豐富的選擇空間，同時，也為設(shè)計人員們的設(shè)計、創(chuàng)新及創(chuàng)造提供了更大的空間。2.3脈搏傳感器的選擇測量脈搏跳動，傳統(tǒng)的測量方法主要是兩種：一是利用壓力傳感器測量血液中壓力的變化進而計算脈搏的跳動，二是光電容積法。目前，由于第二種方式測量的準確性和便利性，是應(yīng)用最為普遍的監(jiān)測測量方案之一?；贚abVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第4頁。光電容積法的基本理論是，由于血管正常的搏動時，會導致人體組織不同的透光率，就是利用這種不同，來達到測量的目的。光源與光電變化器這兩個部分組成了這種傳感器，一般貼著人的手指或者耳垂。光源利用的是波長為500nm～700nm范圍的發(fā)光二極管，該波長范圍的光，對動脈中氧和血紅蛋白具有選擇吸收的特性。當一束光照射人體表皮血管時，由于動脈的搏動會改變血液容積的變化，這種變化會導致這束光的透光率發(fā)生改變。人體組織反射出來的光線經(jīng)由光電變換器接收，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，再將這個電信號輸出。由于心臟是周期性搏動的，動脈中的血管容積也會跟著周期性變化。因此有光電變化得到的電信號也會跟著周期性變化。它們的變化基本上都可以看成是同步的。這樣通過電信號周期性的變化，我們就可以得到脈搏跳動的信息，進而的到心率這一指標。基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第4頁。目前市場上常用的光電容積脈搏探測器主要分為兩大類：透射式光電容積探測器與反射式光電容積探測器。它們的結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。圖2.1反射式與透射式比較Fig2.1Comparisonofreflectionandtransmission（1）反射式是靠血液與組織反射的光強來間接測量脈搏信號，探測的范圍更廣，不會受制于探測未知的厚度，但是它提取的信號要比透射式更加微弱，對調(diào)理電路要求更高。（2）透射式是針對身體一些比較薄弱的部位設(shè)計的，比如說手指或者是耳朵，探測器一側(cè)發(fā)出的近紅外光能夠穿透血液和組織被另一側(cè)的光電探測器所接收，這樣就能再現(xiàn)脈搏信號。由上述克制，透射式紅外光電傳感器能很好地與本設(shè)計契合，故將其運用到本設(shè)計當中。當手指側(cè)方在紅外對管中間的時候，心臟的跳動，引起血管中的血流量的變化，紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生的紅外線照射在放在光傳遞路徑中的手指上，經(jīng)過手指非血液組織的衰減和反射，由對面的紅外接收二極管來接受期透射光，并把透射過來的不同光照強度轉(zhuǎn)換成脈沖，繼而進行放大、濾波后傳送到單片機的外部計數(shù)口，最后單片機對該輸入的信號脈沖進行計算處理，即可實時的測出脈搏次數(shù)。脈搏信號的檢測提取、濾波放大，然后傳到單片機工作的過程如下圖2.2所示?；贚abVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第5頁?；贚abVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第5頁。圖2.2信號檢測處理工作流程圖Fig2.2Flowchartofsignaldetectionandprocessing2.4上位機實現(xiàn)方案上位機和單片機實現(xiàn)是通過串口來實現(xiàn)的。單片機自帶串口，實現(xiàn)起來非常方便。在本設(shè)計中，通信協(xié)議采用自定義的。上位機的實現(xiàn)方案有很多種，目前主流的面向?qū)ο缶幊誊浖蠽isualBasic.NET、C#、Java、LabVIEW等。本設(shè)計中的上位機實現(xiàn)采取了LabVIEW。LabVIEW屬于虛擬儀器，它是NI公司開發(fā)的的一款不同于以往的圖形化編程軟件，通過它可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集以及儀器的控制、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)表達。它能方便用戶在普通計算機上構(gòu)建自己需要的儀器系統(tǒng)，通過它與外部的數(shù)據(jù)采集的硬件加以組合就能很方便的設(shè)計出所需要的虛擬儀器。與傳統(tǒng)的儀器相比，它使用起來靈活多變，不受生產(chǎn)廠家的限制，所以其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，有很大的應(yīng)用前景。LabVIEW有許多傳統(tǒng)程序設(shè)計方法不能比的優(yōu)勢，作為開發(fā)者并不像以往即要考慮用戶界面、數(shù)據(jù)表達、數(shù)據(jù)同步等復雜的問題還要考慮程序流程方面的問題。在LabVIEW中有許多基本的VI庫。使用者只要把各個邏輯框連接起來即可構(gòu)成程序。LabVIEW圖形編程簡單明了，相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動也很多，同時還配置有很多的分析模塊和表達模塊，對于相對比較簡單的編程任務(wù),采用單一的VI即可以勝任,對于比較復雜的測試任務(wù),我們可以按照模塊化的設(shè)計理念,把一項項復雜的測試任務(wù)變成一系列的子任務(wù)。3硬件電路設(shè)計3.1系統(tǒng)總框架基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第6頁。設(shè)計以STC15W408AS單片機為處理控制核心，通過51單片機的ADC功能，本設(shè)計主要包括STC15最小系統(tǒng)、LCD12864顯示模塊、信號采集電路、放大電路、比較電路、液晶顯示電路。與單片機進行數(shù)據(jù)傳輸，從而實現(xiàn)了將脈搏傳感器采集上來的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃abVIEW上位機上，顯示被測者心率值和波形。系統(tǒng)的總框架如圖3.1所示?；贚abVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第6頁。圖3.1系統(tǒng)總框架Fig3.1Overallframeworkofthesystem3.2單片機模塊3.2.1主芯片STC15W408AS介紹（1）STC15W408AS單片機引腳分布如圖3.2所示。圖3.2STC15W408AS引腳圖Fig3.2STC15W408ASpindrawing基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第7頁。（2）下面將對STC15W408AS芯片部分引腳的功能及特性進行說明：基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第7頁。1）RST：表示異步復位引腳。當RST為低電平狀態(tài)時，MCU為復位狀態(tài)，重設(shè)內(nèi)部寄存器，及片內(nèi)SRAM；當RST從低電平變?yōu)楦唠娖降臅r候，PC指針從0地址開始。STM15中的RST具有施密特功能，在輸入電壓不達1.9V時芯片會自動復位。2）SCK、SDA、RS、CS:連接對應(yīng)的液晶顯示屏的接口，SCK是I2C的時鐘控制線，SDA是I2C的數(shù)據(jù)傳輸線,RS為RD是讀數(shù)據(jù)的控制信號。3）P1.0/ADC0：ADC的輸入通道經(jīng)過調(diào)理電路放大后的脈搏信號，其峰峰值已能達到0.5V左右，而STC15W408AS系列單片機片內(nèi)集成有有12位轉(zhuǎn)換精度的ADC模塊，最小分辨率為能滿足其對精度的需要，其采樣頻率最高可達200ksps,而信號的頻率只有0~10Hz，所以采樣頻率也能完全符合要求。并且采用片內(nèi)集成的ADC12還可以節(jié)約開發(fā)的成本，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性、4）P3.3/INT1:外部中斷1，既可以上升沿中斷也可以下降沿中斷，如果INT1管腳僅為下降沿中斷。如果INT1被清0，INT1管腳既支持上升沿支持下降沿中斷。作為輸出信號接口。5）TXD和RXD：分別為串口發(fā)送和接受引腳。3.2.2單片機最小系統(tǒng)模塊單片機最小系統(tǒng)指的是單片機的最小應(yīng)用系統(tǒng)，是用最少的元器件組成的單片機可以正常工作的系統(tǒng)，由單片機、電源電路、復位電路組成。3.2.3電源電路本設(shè)計需要5V電源供電，調(diào)理電路中的LM324、LCD顯示、單片機供電以及紅外發(fā)射傳感器都需要5V供電?；贚abVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第8頁。需要5V供電，并且由于脈搏信號的微弱，很容易受到電源紋波的干擾，所以為了保證能采集到比較干凈的脈搏信號，電源的設(shè)計也非常的重要。在這里選擇了一款低功耗的電壓轉(zhuǎn)換器,它是一種低功耗、正電壓轉(zhuǎn)換器，其輸出電流可達800mA。該芯片非常適用于電池供電場合。在穩(wěn)壓芯片的兩端都加入了一個100NF的極性電容用來濾掉電源中的低頻信號，也都加入了一個10uF的非極性電容用來濾掉電路中可能出現(xiàn)的高頻信號。這樣的設(shè)計能一定程度上減少電源紋波的干擾，為提取可靠的脈搏信號提供了保證。如圖3.3所示。基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第8頁。圖3.3電源電路Fig3.3Powercircuit3.2.4復位電路單片機復位是指將整個系統(tǒng)初始化，以便系統(tǒng)回到原始狀態(tài)重新運行。復位的條件為，在RST引腳輸入連續(xù)兩個周期以上的高電平，然后單片機就開始執(zhí)行復位操作。本設(shè)計中采用的是按鍵復位，復位電路所接的引腳為單片機的RST引腳。本設(shè)計復位電路原理圖如圖3.4所示。圖3.4復位電路Fig3.4Resetcircuit3.3脈搏信號的采集基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第9頁。信號采集電路如下圖3.5所示。D1,D2分別為紅外發(fā)射二極管和紅外接收二極管，D1和D2組成紅外傳感器。VCC為電源輸入。當手指插入手指插入紅外對管之間，心臟收縮時，即脈搏跳的瞬間，指尖血液流過時，紅外光透過率降低，R3流過的電流小；當心臟舒張時，血液回流，即脈搏不跳的瞬間，指尖血液含量少，透過率相對高，R3流過的電流變大。綜上，電流的大小隨著手指脈搏跳動變化而變化，從而脈搏輸出信號會收到一高一低的電壓信號，電壓幅度為mv級?；贚abVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第9頁。圖3.5信號采集電路Fig3.5Signalacquisitioncircuit3.4脈搏信號的處理3.4.1低通濾波放大電路基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第10頁。因為由于傳感器直接采集到的脈搏信號是非常微弱的，不能直接讓單片機進行分析，所以要先經(jīng)過信號放大和濾波，把信號放大到V的數(shù)量級。因為脈搏信號的頻率比較低，所以這里選用低通濾波電路對信號處理。如圖3.6所示，電路是有由RC濾波電路加上同相比例運算電路組成，電解電容C4是用來隔直流，C4和R4構(gòu)成RC濾波。信號輸入時要經(jīng)過R4和C4共用組成低通濾波電路，目的是將輸入的信號進行頻率截止和清除干擾，以提高測量數(shù)據(jù)的精確度。而LM基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第10頁。可以通過調(diào)節(jié)電位器來改變電壓的放大倍數(shù)，電壓最小放大倍數(shù)為：（3.1）截止頻率為：（3.2）假設(shè)已較高的心率200次/min來計算，頻率為3.33Hz左右，所以濾波特性還可以。圖3.6信號放大電路Fig3.6Signalamplifiercircuit3.4.2電壓比較器經(jīng)過濾波和放大信號仍然屬于模擬信號，現(xiàn)在要把這個信號送到電壓比較器，將模擬信號轉(zhuǎn)變成高電平或低電平兩種狀態(tài)的數(shù)字信號。圖3.7是電壓比較器?；贚abVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第11頁。這是一個單限比較器，同相輸入端射極跟隨器正向輸入是接上圖的一級放的輸出的，所以這里叫做二級，二級的射極跟隨器是為了能夠帶負載能力強和輸出穩(wěn)定。三級也就是比較器為了能夠輸出整形后的脈搏方波，輸出接一個LED燈，能直觀顯示脈搏跳動，來一次高電平燈就亮一次。其中4口是經(jīng)過整形后方波輸出端口，10K電位器是用來調(diào)節(jié)門限電壓?；贚abVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第11頁。圖3.7信號比較電路Fig3.7Signalcomparisoncircuit3.4.3運算放大器LM358信號處理中使用的運放是LM358.LM358內(nèi)部含有有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運放。它既可以在單電源的模式下工作，也適用于雙電源的工作模式。圖3.8為LM358的引腳圖。其中OUT1和OUT2分別為兩個運放的信號輸出端口；VCC接電源電壓，GND接地；IN1（+）、IN2（-）、IN2（-）分別為兩個運放同相輸入端和反相輸出端。當輸入1（+）大于輸入1（-），輸入2（+）大于2（-）是，輸入1和輸出2輸出高電平；當輸入1（+）小于輸入1（-），輸入2（+）小于2（-）是，輸入1和輸出2輸出低電平；基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第12頁?；贚abVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第12頁。圖3.8LM358的引腳結(jié)構(gòu)Fig3.8LM358pinstructure3.5液晶顯示模塊經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號需要液晶屏顯示出來，由于需要顯示脈搏的波形所以要選擇一款分辨率相對比較高的液晶屏，除此之外，液晶屏必須要具有低功耗，體積小這樣才能便攜式攜帶。所以最后選擇了性價比較高的LCD12864顯示屏，它原來是是諾基亞手機的顯示屏，后來由于其具有速度快、3.3V驅(qū)動、接口簡單等優(yōu)點被設(shè)計師看中，取代傳統(tǒng)最常用的1602顯示屏。液晶顯示屏的使用引腳只有十二個，其實除去電源、背光引腳之外只需要五個引腳連接單片機的I/O口，所以非常方便。為了使液晶屏的電源以及背光都能被單片機靈活控制，在這里選擇除了GND外其它5個引腳都由單片機的I/O口控制。分別接在P1.3到P1.7七個I/O口中。具體引腳如圖3.10所示：圖3.10LCD1602顯示模塊原理圖Fig3.9LCD1602displaymoduleschematicdiagram3.6USB串口通信模塊基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第13頁。本設(shè)計選USB串口來進行單片機和LabVIEW上位機的通信，USB傳輸時使用的是差分信號，采用USB通信方式時還需要實現(xiàn)USB通信協(xié)議。單片機串口可以實現(xiàn)TTL，不能直接用于USB通信，而且USB協(xié)議很復雜，不容易用單片機實現(xiàn)。所以我們可將單片機串口輸出的電平通過CH340G轉(zhuǎn)接芯片裝換成上位機USB接口可以識別的差分信號和實現(xiàn)USB通信協(xié)議之后，就將數(shù)據(jù)傳送至上位機。TXD與單片機的P3.1引腳相接通，RXD與P3.2引腳相接通。目前市場上的多數(shù)與上位機通信產(chǎn)品大都是采用串口通信。該項目采用后發(fā)現(xiàn)其非常簡單可行，對于相關(guān)的使用上位機的儀器設(shè)備有一定的借鑒意義?；贚abVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第13頁。系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1測量計算原理在單片機中，主要運用測量的計算，這個測量的原理是，在t秒時間內(nèi)，有連續(xù)的K個脈搏跳動，則在t時間內(nèi)，脈搏跳動頻率的平均值n（次/min）為：n=60K/t(4-1)我們通過使用脈動信號去控制單片機上的定時器T0，中斷計數(shù)使用的是工作寄存器，假定該值為N，于是得到：t=0.001N(4-2)由前面兩個式子可以得到：n=60K/t=60K/0.001n=60000K/N(4-3)上式的數(shù)據(jù)模型，就是使用單片機計算脈動跳動頻率的公式原型。4.2主程序流程介紹基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第14頁。在程序設(shè)計時，一般采用模塊化的設(shè)計模式，這樣的設(shè)計可以使得每個模塊都相對獨立，互不影響。因為模塊化的程序是將程序分成多個小模塊來設(shè)計，使得設(shè)計思路更加清晰，所以可讀性更高。也可以分解單個模塊依次進行設(shè)計或調(diào)試，管理起來也更方便。主程序流程圖如4.1圖所示?；贚abVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第14頁。圖4.1主程序設(shè)計Fig4.1Mainprogramdesign4.3顯示程序流程基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第15頁。顯示程序?qū)纹瑱C計算出來的心率和AD轉(zhuǎn)化的波形顯示在液晶顯示屏上。如圖設(shè)計中關(guān)鍵的是定時10ms，是為采樣2次脈搏建立基礎(chǔ)。本設(shè)計是用定時器T1定時來實現(xiàn)10ms定時，等待每10ms定時的，等待每10ms檢測時間t，程序中是用XinTiao_Jishu表示，那么就可以由公式n=6000/t來算出每分鐘脈搏數(shù)，這里是2次脈搏就顯示脈搏數(shù)，所以t是M為2的時候的時間，也就是T0計數(shù)器對兩個脈沖時間的計數(shù)，計算結(jié)果最后轉(zhuǎn)換成十進制，送到液晶進行顯示?；贚abVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第15頁。圖4.2顯示程序流程Fig4.2Displayprogramflow4.4ADC采用程序流程介紹（1）ADC初始化。1）P1端口設(shè)置成ADC功能2）ADC存放的10bit數(shù)字信號，清零3）禁止ADC中斷（2）ADC轉(zhuǎn)換1）ADC上電，確定轉(zhuǎn)換速率和通道，啟動轉(zhuǎn)換2）延時3）等待轉(zhuǎn)換完畢，否則一直等待基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第16頁。4）清標志位基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第16頁。（3）讀取10bit的轉(zhuǎn)換值。/*----------------------------讀取ADC結(jié)果----------------------------*/BYTEGetADCResult(BYTEch){ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDLL|ch|ADC_START;_nop_();//等待4個NOP_nop_();_nop_();_nop_();while(!(ADC_CONTR&ADC_FLAG));//等待ADC轉(zhuǎn)換完成ADC_CONTR&=~ADC_FLAG;//CloseADCreturnADC_RES;//返回ADC結(jié)果}/*----------------------------初始化ADC----------------------------*/voidInitADC(){P1ASF=0x01;//設(shè)置P1口為AD口ADC_RES=0;//清除結(jié)果寄存器ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDLL;Delay1(2);//ADC上電并延時4.5LabVIEW上位機程序設(shè)計基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第17頁。本設(shè)計中下位機和上位機需要通過RS232串口進行通信。單片機使用串口協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)，需要設(shè)置相應(yīng)的串口工作方式和波特率，本設(shè)計采用了串口工作方式1，波特率設(shè)定為9600bps。設(shè)定定時器1工作于8位自動重載模式，用于產(chǎn)生9600bps的波特率。下位機主程序如圖4.3所示?；贚abVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第17頁。圖4.3上位機程序的流程框圖Figure4.3flowblockdiagramforLabVIEWprogram4.5.1LaBVTEW串口通信配置本設(shè)計選用RS232串口通信來進行上位機和下位機之間數(shù)據(jù)傳輸，下位機設(shè)定的定時器波特率為9600bps。LabVIEW提供VISA(virtualinstrumentsoftwarearchitecture)驅(qū)動和函數(shù)接口，可以方便的實現(xiàn)串口儀器設(shè)備的控制。VISA是VXIplug&play聯(lián)盟制定的I/O接口軟件標準及其規(guī)范的總稱，包含用于儀器編程的標準I/O函數(shù)庫，由于其獨立于硬件設(shè)備、操作系統(tǒng)、總線和編程環(huán)境，使開發(fā)人員可以用同一API（applicationprogramminginterface）控制GPIB、串口、USB、以太網(wǎng)、PXI或VXI儀器?；贚abVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第18頁。運用VISA進行串口通信的基本流程為，首先調(diào)用VISAConfigureSerialPortVI進行串口配置，VISAResourceName、BaudrateDataBits和Parity分別用來配置串口號、波特率、數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位。然后在While循環(huán)中通過VISAWriteVI和VISAReadVI分別從串口輸入和輸出數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。最后調(diào)用VISACloseVI來釋放VISA串口資源。其中VISA串口配置函數(shù)如圖4.4所示：基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第18頁。圖4.4VISA串口配置Figure4.4VISAserialportconfiguration由于要和單片機串口設(shè)定的協(xié)議保持同步，所以在這里波特率同樣設(shè)定為9600，數(shù)據(jù)比特選定8位，其它的奇偶校驗、流控制缺省。讀取VISA緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)使用如圖4.5所示的函數(shù)，在讀取VISA時設(shè)定好每次讀取時的字節(jié)數(shù)，由于串口中每次發(fā)送的數(shù)據(jù)為5位電壓值，所以在這里同樣設(shè)定為5位。讀取得到的數(shù)據(jù)是字符串的類型，還需要轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)字的數(shù)據(jù)類型。圖4.5VISA串口讀取Figure4.5ReadbyVISAserialport4.5.2LabVIEW脈搏波形顯示以及脈率計算為了實現(xiàn)更好的人機交互，將脈搏電壓可視化地顯示成時域波形，并計算對應(yīng)的脈率，方便了解這一重要生理參數(shù)。如圖4.6所示，VISA串口配置初始化之后，進行串口數(shù)據(jù)的讀取，獲取單片機端采集到的脈搏電壓隨時間變化的數(shù)據(jù)。在VISA讀取之前增加屬性節(jié)點以查詢VISA的I/O緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)個數(shù)（字節(jié)數(shù)），可以方便后續(xù)數(shù)據(jù)處理。當字節(jié)數(shù)為零或者讀取字符串為空時不執(zhí)行數(shù)據(jù)處理，否則將接收到的十六進制字符串轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)據(jù)用波形圖顯示出來（如圖4.7所示）；另一方面也直接顯示接收到的十六進制字符串?；贚abVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第19頁。對于脈率（通常情況下等于心率）計算，有兩種方式：其一是下位機直接計算好后將脈率值插入脈搏電壓數(shù)據(jù)中，并加上特定標識符，以一定頻率發(fā)送至上位機，后者直接讀??；其二是通過上位機進行計算。這里采用第二種方法。如圖4.8所示，VISA串口每次讀取到一定字節(jié)數(shù)的數(shù)據(jù)，經(jīng)由循環(huán)結(jié)構(gòu)與移位寄存器轉(zhuǎn)換成數(shù)組，再通過LabVIEW的峰值檢測函數(shù)進行數(shù)據(jù)峰值個數(shù)的檢測。為摒除脈搏電壓中各種小起伏的干擾，應(yīng)該設(shè)定合適的峰值檢測閾值，經(jīng)調(diào)試采用該段數(shù)據(jù)（確保數(shù)據(jù)長度足夠，至少能包含一個脈博峰）中最大值的90%作為閾值。由此獲得的峰值個數(shù)再比上該數(shù)據(jù)段對應(yīng)的時間長度，即獲得脈率?；贚abVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第19頁。圖4.6脈搏數(shù)據(jù)讀取和顯示的程序框圖Figure4.6blockdiagramforreadinganddisplayofthepulsedata基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第20頁。基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第20頁。圖4.7脈搏數(shù)據(jù)讀取和顯示的前面板Figure4.7frontpanelforreadinganddisplayofthepulsedata圖4.8脈率計算的程序框圖Figure4.8blockdiagramforcalculationofthepulserate5系統(tǒng)測試與結(jié)果分析5.1測試方法和儀器（1）示波器觀察脈搏波形并分析調(diào)試調(diào)理電路部分，上電之后，在調(diào)理電路的輸出口用杜邦線引出，通過接到示波器，觀察到較為干凈完整的脈搏波形為止?；贚abVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第21頁。示波器顯示采集到未經(jīng)處理的光電容積脈搏波信號如圖2.9所示，它并不具有規(guī)則的波形，所以對于它的頻率并不容易測量。但是可以實現(xiàn)對其整形，變成方波信號后就可以用定時器對其相鄰兩個上升沿或者下降沿的時間進行計時。整形可以采用電壓比較器，但在這里并不需要，之前已經(jīng)對其進行采樣，可以通過多次測量設(shè)定比較合適的AD值作為閾值，然后獲得方波信號。脈搏信號的整形后的方波如圖5.1所示：基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第21頁。圖5.1整形后脈搏信號Fig5.2Pulsesignalafterplasticsurgery波形相對來說比較干凈，幅度也有達到500mV，基本滿足了單片機A/D的需求，說明了本次利用LM324作為運放主要芯片的設(shè)計還是比較成功，符合預期。示波器直流檔波形，藍色為整形后的波形，黃色為放大波形,如5.2圖所示。圖5.2放大后的波形Figure5.2amplifiesthewaveform基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第22頁。（2）實際測量：對不同四位同學同時進行手機應(yīng)用軟件測量和下位機測量。手機測量的原理是：人體血液的顏色由于氧含量的變化產(chǎn)生周期性的改變。然后用高光，即攝像頭旁的LED閃光燈，照亮指尖下的毛細血管，當心臟將新鮮的血液壓入毛細血管時，亮度即紅色的深度會有輕微變化，肉眼仔細也能看出來，通過攝像頭檢測這一規(guī)律變化的間隔，即可算出心跳。在這里以手機軟件測得數(shù)據(jù)為標準值，對處于正常狀態(tài)下10名不同的測試者分別進行測量，進行誤差分析，實驗數(shù)據(jù)如表基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第22頁。由以下可以看出有誤差，但誤差基本在正負10以下，但有時測量也會超過測量精度，那是兩者起始時間與結(jié)束時間掌握不準導致。實物圖如圖5.3所示。表5.1下位機測量數(shù)據(jù)與標準值比較Table5.1Comparisonofthemeasurementdatawiththestandardvalue第1次測試測試者1測試者2測試者3測試者4測試者5標準值6779808288測量值6877787887誤差1.5%2.5%2.5%4.8%1.3%第2次測試測試者1測試者2測試者3測試者4測試者5標準值6977908898測量值7370888189誤差5.7%9.1%2.2%8%9.2%第3次測試測試者1測試者2測試者3測試者4測試者5標準值6089858798測量值6578797787誤差8.3%12.4%7.1%11.5%11.2%第4次測試測試者1測試者2測試者3測試者4測試者5標準值6179858289測量值6877787887誤差11.5%2.5%8.2%4.9%2.2%基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第23頁?；贚abVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第23頁。圖5.3實物顯示Fig5.3Physicaldisplay8誤差分析與修正(1)傳感器的靈敏度傳感器的靈敏度過低或者過高都會影響結(jié)果，過低會沒有反應(yīng)，過高容易太敏感，手指輕微的動下可能會判斷錯誤，光軸的把握不好，電磁波，工頻信號等也會對脈搏的采集造成干擾。(2)測量過程中手指的抖動。紅外傳感器檢測到的人體信號很微弱，輕微的手指抖動都會引起測量值的大幅變化。所以在設(shè)計中，把紅外對管相距一定距離（夠放下食指）之后固定死，這樣在測量的時候只要被測者盡量保持手指不動，就可以大大減小手指抖動對試驗的影響，只要被測量者不太幅度抖動手指，基本上測量就沒有問題。(3)呼吸的影響脈搏測量的原理主要是血液流過時透光率的變化使得紅外傳感器轉(zhuǎn)換的電壓信號變化。而血液中含氧量的變化會使得透射的光強度發(fā)生變化。據(jù)試驗，當人劇烈運動后或者是異常興奮，呼吸會比較局促，這是他的脈搏值就會起伏很大。所以說，正常情況下，脈搏都是人心平和和施的動脈搏動。基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第24頁。（4）情緒的影響基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第24頁。被測者情緒過于激動或者過于傷心都會測量不夠準確，所以，測量時盡量保持平靜?？偨Y(jié)本文設(shè)計了基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)分析，主要包括下位機脈搏信號采集模塊、脈搏信號處理模塊、單片機處理和液晶顯示模塊、串口通信模塊、上位機設(shè)計，其中最難的應(yīng)該是信號的采集和信號處理部分。脈搏信號需要從人體采集得到，所以使用的傳感器必須是安全無害的，否則會對人體造成損害。另外脈搏信號比較微弱，所以要使用單片機對其進行分析就需要先將這種模電和測控電路的知識。結(jié)合以前模電學過的知識，決定使用低通濾波器對信號處理、再將放大后的信號輸入比較器進行比較，把模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號。完成信號處理后就可以交給單片機進行分析了。實現(xiàn)了具有電池供電與充電功能，并且能從液晶屏上直接觀察脈搏波形，實現(xiàn)便攜式攜帶與測量。脈率的測量具有較高的準確度，誤差在4%以內(nèi)，并且可以簡單的判斷脈率是否在安全范圍。低功耗，有比較長的待機時間。能實現(xiàn)人機交互，可以在PC機上觀察待測者的脈率波形。但是采用透射式紅外反射接受傳感器，測量的位置比較單一，且不適合進行長時間測量，時間過久會造成手指麻木。脈率的測量不夠精確，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高，很難在劇烈運動時實現(xiàn)對脈率的采集?；贚abVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第25頁。基于LabVIEW的脈搏檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文全文共32頁，當前為第25頁。致謝在本文即將結(jié)束之際，我要由衷地感謝我的導師，在整個畢業(yè)設(shè)計的制作過程對我的幫助、指導和監(jiān)督，感謝您在我遇到問題時總能及時的給我提點，幫助我一起解決問題，誠摯的感謝學校給予的機會，以及導師的耐心教導，同學的熱心幫助，在此表示衷心的感謝，此外通過本次畢業(yè)設(shè)計，還認識到了我們學校導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、豐富淵博的知識、敏銳的學術(shù)思維、精益求精的工作態(tài)度以及誨人不倦的師者風范這些都將是我需終身學習的。并且在制作過程中，努力查找資料以及在師長同學的幫助下，自身獨立思考動手去制作出成功的作品，讓我學到了在今后的學習生活過程中，要不氣不餒，細心耐心，學以致用，腳踏實地的完成每一件事情，也讓我深刻感受到自身學識的遠遠不足，更讓我明白要更加努力的