1、 装 订 线 长春光华学院 毕业设计专用纸便携式心率检测仪设计摘要心率是指单位时间内心脏跳动的次数,一般指每分钟的心跳次数,是临床常规检查的生理指标。心率监测系统在我们的日常生活中已经得到了非常广泛的应用。在医学上，通过测量人的心率，便可初步判断人的健康状况。本系统是基于51单片机而设计的心率监测系统，将AT89S51芯片作为主要控制核心，配合红外传感器，结合软件、硬件双滤波技术对人体心率信号进行准确检测。测量范围用按键进行选择调节，达到检测值后发出报警，检测仪能够检测身体任何具有明显脉搏跳动的部位，最后将测量结果以数字的形式显示在检测仪屏幕上，检测仪的精确精确度达到2次/分。经过大量实验，本
2、心率计已经基本达到题目要求部分的全部指标。关键词：单片机；心率计；LM358Design of Portable Heart Rate DetectorAbstract Heart rate refers to the number of heart beats per unit time, generally refers to every minute of the heartbeat, is a physiological indexes of clinical routine inspection.Heart rate monitoring system in our daily li
3、fe have got the very extensive application.In medicine, by measuring the heart rate, can be a preliminary judge peoples health.This topic design completed a heart rate monitor system based on 51 single chip microcomputer, using AT89S51 single-chip computer as core control processing unit, using infr
4、ared sensors as sensor, software and hardware double filtering technology to achieve the accurate heart rate signal detection to the human body.Measuring range limit can use the buttons to adjust, and voice alarm, the sensor can be placed in any part of the pulse of the obvious physical, measuring r
5、esult displayed in digital way, measuring accurate to 2 times/min.Through a large number of experiments, the heart rate meter has been basically all the indicators in meeting the requirements of the subject part.Keywordssingle chip microcomputer;Heart rate meter.LM358目 录第1章 绪论11.1研究背景11.2研究意义21.3研究现
6、状31.3.1国外研究现状31.3.2国内研究现状41.4 研究内容5第2章 方案设计62.1 心电信号产生机理62.2 方案设计与论证82.2.1 传感器的选择与论证82.2.2 信号处理方案选择和论证92.2.3 单片机系统选择102.2.4 显示模块选择和论证112.2.5系统设计框图112.3 元器件选择及功能介绍122.3.1单片机AT89S51122.3.2红外传感器142.3.3双运算放大器LM358N142.3.4 LCD1602显示模块15第3章 硬件系统设计173.1最小系统173.2 信号采集电路193.3信号放大电路193.4信号比较电路203.5 LCD1602显示电
7、路203.5.1 引脚定义213.5.2 指令介绍213.5.3 显示自定义字符223.6 键盘电路23第4章 系统软件设计254.1测量计算原理254.2主程序流程图254.3中断程序流程图264.4定时器T0和T1的中断服务程序26第5章 系统测试与结果分析285.1 测试方法和仪器285.2 测试数据与结果分析285.2.1测量结果与分析285.2.2几种主要系统干扰与影响29总结和展望31参考文献33附录1 系统电路图35附录2 系统原理图36附录3 源程序37IV第1章 绪论1.1研究背景人的心脏比握紧的拳头稍大,平均重量为300g。它是人体内“泵器官”,负责人体血液循环。心脏每天跳
8、动超过10万次,累计使8千多公升的血液,流经约1万9千公里长的动静脉,从而维持血液循环。心脏有四个腔,分别是左心房、右心房、左心室和右心室。右房接受全身各器官回流的含氧低静脉血并输入右室,右室把血液泵入肺脏进行氧气与二氧化碳的气体交换。左房将自肺脏返回的含氧高的动脉血输入左室,左室再将血液输送至全身器官。从我们出生的那一刻起,心脏便24小时不停地工作,为全身输送氧气和养分。随着现代医学的不断发展和进步，人们对各种测量仪器的要求必然越来越高，而心率的测量是一种评价病人生理状况很好的方法。心率不仅是反映心脏功能强弱的重要标志，也是反映人体运动强度的生理指标，很多情况下我们需要及时知道自己的心率。随
9、着国民经济的不断发展，人们生活水平不断提高，健康已成了人们关注的焦点和追求的目标。参加锻炼无疑是保持健康的最佳方法，但很多人急于求成，往往适得其反，达不到锻炼的效果，甚至可能对身体造成一定程度的伤害。目前市场上单纯的跑步计步器不能同时监测人体生理参数并实时显示，反馈给锻炼者。心率监测仪是一种可对跑步者跑步等各种身体运动心率参数进行实时监测的仪器，并能将实时监测的心率参数显示出来。1.2研究意义医疗电子是一个新兴的以健康为目的的产业，越来越受到广大人民群众的关注与青睐。尤其是在我国国民收入水平逐步提高而人口老龄化程度不断加重的复杂背景下，医疗电子市场空间更为广阔。其中数字化、便携化、家用化、廉价
10、化已经变成电子需求的热点，而我国医疗产品精度和功能尚且不能完全不能满足这些市场的需求。由此带给研发人员的启迪就是尽快开发出低功耗、便携式、安全性高、低成本的电子产品。研究认为，受测量仪器的智能化、和数字化发展趋势以及消费电子、4G网络、数字电视、生物医学等市场的迅速发展的带动下，未来几年，通用测量市场会以超高的增长率快速发展，一时也将促进电子测量技术产生新的发展趋势和新概念。更因为节能、降耗、减排的国际大趋势更为电子仪器提供了更为广阔的新的市场。不管是在国际或者国能，电子测量技术将快速发展，步入全新的电子信息的时代。世界上大多数的国家和民族都有通过把脉来诊断疾病。然而通过传统的方法来记录病人的
11、脉搏时大多时通过把脉也就是医生用手按住病人的腕部或者颈部的动脉，根据脉搏的跳动来技术，一般情况下为了节省时间都是测量10秒钟内的跳动次数再通过换算来得到结果。但是如此就出现了精度不高、效率低下、等一系列的问题。心率计是用于测量心率值的的医疗设备，它的应用在心血管疾病的研究和诊断方面也发挥出显著的作用。心率不仅是反映心脏功能强弱的重要标志，也是反映人体运动强度的生理指标，很多情况下我们需要及时知道自己的心率。本文介绍一种基于单片机技术的心率计，单片机的可编程性使其具有较大的适应性和灵活性。起初用于体育测量的心率测试仪主要集中在对接触式传感器的研究，利用此类传感器所研制的指脉、耳脉等测量仪各有其优
12、缺点。人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频弱信号，心率波信号更是低频微弱的非电生理信号，因此必需经过放大和滤波以满足采集的要求。1.3研究现状1.3.1国外研究现状发达国家对电子医疗设备的研发起步较早，最典型的是美国。美国凭借其先进的技术，发达的经济，一直占领全球电子医疗市场的主导地位，在全球电子医疗器械市场所占比重也最大。2007年，美国、西欧、日本这三个发达地区或国家共占全球电子医疗器械市场的83.9%，处于绝对领先地位。其中，日本在全球电子医疗器械市场中所占的比例为12.9%；排名第二的是欧洲地区，占全球电子医疗市场的25.4%；美国以占全球电子医疗市场 45.5%的比例稳居行业龙头地
13、位，推动着世界电子医疗事业的发展。近五年来，全球医疗电子发展迅猛，日本推出高性能新型 CT 机。欧洲等国家成像显示器的需求稳步增长，而德国电子医疗设备进口依赖性仍然较大，远程病人监护仪成为欧洲的新宠。国外著名的医疗电子企业包括，强生公司（JOHNSON&JOHNSON），根据近三年的统计，强生公司医疗设备势头良好；拜耳集团（BAYERGPOUP），拜耳推出的新型免码血糖仪受到消费者的厚爱；GE 公司，GE 公司近三年大举进军中国家用医疗，他们的医用智能化无线传感器使远程医疗变成可能；西门子公司，西门子公司并购美国 DadeBehring 医疗设备公司，将目光投向更广阔的医疗电子市场。1.3.2
14、国内研究现状目前国内较为著名的医疗电子公司包括：山东新华医疗器械股份有限公司，新华医疗医用的电子加速器已经达到国际先进水平；江苏鱼跃医疗设备股份有限公司；深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司；天津九安医疗电子股份有限公司，研发的新产品打破国外垄断的格局，并于2011年研发出打入国际高端医疗市场的CT机。我国医疗电子前景广阔，除了准确度、便携以外，国内消费者更注重于价格。STM32F103VE也比同等性能的16位单片机MP430廉价。同时STM32F103VE具有多个12位的AD通道，采集的AD转换结果直接通过DMA模式传输到单片机的RAM中，加快执行速度。与ARM9、ARM11为内核的芯片相比，S
15、TM32价格低廉，代码更为开放，资源丰富，易操作，可缩短开发周期。根据其优良性能，选择STM32作为监护设备的核心控制器。开发便携式医疗监护仪可在节约成本的前提下完全的利用了STM32的多种片上资源，发挥出STM32的各项优势。1.4 研究内容本次设计的便携式心率检测仪使用人群定位于社区、家庭、户外，要求监护仪拥有功耗低、操作简单、活动时抗干扰能力强等特性。监护仪可以实现远程监测模式与常规测试两种模式之间的切换。当用户需要使用便携式心率检测仪进行心率监护时，需要进行长时间脉搏数据记录，要求仪器可以对该数据进行存储。用户可以通过使用上位机进行波形的回放、进行详细的心率分析，获取用户心脏的运动状态。因此，为了满足仪器的使用要求，在便携式心率检测仪开发设计过程中，需要遵守以下规则：（1）使用适当的微处理器，减少硬件的复杂度的同时，还需要实现对便携式心率检测仪外围模块的控制功能，降低配件成本。（2）将系统通过模块化设计电路，在满足系统的应用要求的同时，适当留有余量，可以方便日后的再次应用扩展。（3）改心率计使用AT89S51作为控
