机械工程测试技术课程设计说明书
课题题目：智能脉搏测试仪设计
专业名称：机械设计制造及其自动化学生班级： xxxxxx 班
学生姓名： xxxxxx 学生学号： xxxxxxxxx 指导教师：
xxxx年x月x日
课程设计任务书
目录
第1章绪论 (2)
技术指标 (2)
1.1 目的及意义 (2)
1.2 检测方法 (2)
第2章智能脉搏测试仪的总体设计 (3)
2.1 拟解决的问题 (3)
2.2 光电传感器检测原理 (3)
2.3 方案1 (3)
2.4 方案2 (4)
第3章硬件电路设计 (5)
3.1 信号采集结构图 (5)
3.2 信号采集电路 (5)
3.3 放大整形电路 (6)
3.4 单片机处理 (7)
3.5 显示模块 (7)
3.6超限报警模块 (7)
第4章软件电路设计 (8)
4.1 主程序流程 (8)
4.2 定时器中断程序流程 (9)
4.3 外部中断程序 (10)
4.4 超限报警程序 (11)
4.5 程序说明 (12)
第5章实验调试及结果 (12)
5.1 测量使用方法 (12)
参考文献 (13)
第1章绪论
技术指标
要求设计一个智能脉搏测试仪，其主要技术指标如下：
（1）心率测量范围：0～300次/分
（2）被测心率达到小于50次/分或大于120次/分时，蜂鸣器工作。

1.1发展趋势
心率是指单位时间内心脏搏动的次数，一般是指每分钟的心跳次数，是临床常规检查的生理指标。

语音心率测试仪是通过红外光电传感器采集手指动脉波信号，经过放大和整形处理后将信号送入单片机进行计算，快速地转换为一分钟心率，结果在液晶显示器是显示，同时会有心率超限检测报警。

目前脉搏测量仪在多个领域被广泛应用，除了应用于医学领域，如无创心血管功能检测、妊高症检测、中医脉象、脉率检测等等，商业应用也不断拓展，如运动、健身器材中的心率测试都用到了技术先进的脉搏测量仪。

1.1目的及意义
制作语音心率测试仪的过程中，我可以充分的将理论知识灵活的运用到实际当中，也学习到专业以外更多的知识，扩展自己的视野。

随着科技的发展，为了提高脉搏测量的精确与速度，多种脉搏测量仪被运用到医学上来，从而开辟了一条全新的医学诊断方法。

1.2检测方法
1.2.1传统
1、通过把脉来进行心跳的计数。

2、使用听诊器计数，一般记下10s左右的心跳数，然后乘以6就可以得到一分钟左右的心率
1.2.2现代
光电容积脉搏波法、液体耦合腔脉搏传感器、压阻式脉搏传感器以及应变式脉搏传感器。

光电检测较之其它的方法具有很大的优势，譬如，光能避开强烈的电磁干扰，可以非侵入地检测病人各种症状信息，具有结构简单、无损伤、精度高、可重复性好等优点。

第2章智能脉搏测试仪的总体设计
2.1拟解决的问题：
采集信号、处理信号、显示测试结
2.2光电传感器检测原理
随着心脏的搏动，人体组织半透明度随之改变。

当血液送到人体组织时，组织的半透明度减小，当血液流回心脏，组织半透明度则增大；这种现象在人体组织较薄的手指尖、耳垂等部位最为明显。

因此本设计将红外发光二极管产生的红外线照射到人体的手指部位，经过手指组织的反射和衰减由装在该部位旁边的光敏三管来接收其透射光并把它转换成电信号。

由于手指动脉血在血液循环过程中呈周期性的脉动变化，所以它对光的反射和衰减也是周期性脉动的, 于是红外接收三极管输出信号的变化也就反映了动脉血的脉动变化。

再将此电信号转换成脉冲并进行整形、计数和显示，即可实时的测出脉搏的次数。

2.3方案1
通过红外发光二极管和光敏三极管来进行信号的采集，经过放大
整形和单片机的处理，最后将结果显示在数码管上。

该方案的优点:结构简单、传感器可重复使用、维修方便、结果显示直观。

硬件流程框图如下：
图2.3
2.4方案2
在方案一的基础上，我增加了语音播报及报警功能，这样更加的方便使用，并且能够清除的知道使用者的心跳数是否处于正常范围。

硬件流程框图如下：
图2.4
经过比较，我最终选择方案二设计。

第3章硬件电路设计
3.1信号采集结构图
本设计采用的是指套式透射式光电传感器，这样可以尽量的较少干扰。

结构图如图所示：
图3.1 透射式光电传感器
3.2信号采集电路
图 3.2是脉搏信号的采集电路,红外二极管和光敏三极管是发射和接收装置。

当手指离开传感器或检测到较强的干扰光线时，输入端的直流电压会出现很大变化,为了使它不致泄露到输入端而造成错误指示，用C8、C9串联组成的双极性耦合电容把它隔断。

但该传感器输出信号的频率很低，因此信号首先经R22、C10滤波以滤除高频干扰，再由耦合电容C8、C9加到线性放大输入端。

3.2 信号采集电路
3.3放大整形电路
由于光电传感器所输出的信号波源强度比较弱，且为类似于正弦波波形，所以对信号进行放大整形处理，使其以较强方波形式输出。

图3.3 放大整形电路
3.4单片机处理
本设计运用89C51单片机作为核心元件，来自传感和整形输出电路的脉冲电平输入单片机89C51的P3.5/T1引脚，单片机设为下降沿中断触发模式，故每次脉冲下降沿到达时触发单片机产生中断并进行计数，来一个脉冲脉搏次数就加一；定时器中断主要完成十秒钟的定时功能。

单片机对十秒钟内的脉冲次数进行累加并进行计算得出所测人一分钟的脉搏次数，通过P0、P2口把测量过程和结果送到数码管显示出来。

图3.4 单片机处理简图
3.5显示模块
本设计采用的是1602型号的液晶显示器，这样能直观的显示心率，便于观察。

3.6超限报警模块
蜂鸣器使用三极管驱动，电路图如下：
图3.6 检测报警电路图
第4章软件电路设计
4.1主程序流程
系统主程序控制单片机系统按预定的操作方式运行, 它是单片机系统程序的框架。

系统上电后,对系统进行初始化。

初始化程序主要完成对单片机内专用寄存器、定时器工作方式及各端口的工作状态的设定。

系统初始化之后, 进行定时器中断、外部中断、显示等工作，
不同的外部硬件控制不同的子程序。

流程如图所示:
图4.1主程序图
4.2定时器中断程序流程
定时器中断服务程序由十秒钟计时、按键检测等部分组成。

当定时器中断开始执行后，对十秒钟开始计时，50ms计时到之后继续检测下50ms，直到10s到了再停止并保存测得的脉搏次数。

同时可以对按键进行检测，只要复位测试值就可以重新开始测试。

主要完成一分钟的定时功能和保存测得的脉搏次数。

流程如图所示:
图4.2定时器中断程序流程图
4.3外部中断程序
外部中断服务程序完成对外部信号的测量和计算。

外部中断采用边沿触发的方式，当处于测量状态的时候，来一个脉冲脉搏次数就加一，由单片机内部定时器控制十秒钟，并通过计算得出一分钟内的脉
搏次数。

流程如图所示：
4.4超限报警程序
图4.4 超限报警程序图
4.5程序说明
本程序采用的是C语言，益于操作。

第5章实验调试及结果
5.1测量使用方法
测量仪通电后，数码管全部显示0。

把手轻轻置于右下角的传感器中，以稍微有压迫感为宜，这时很快就可以看到红色发光二极管会伴随你的脉搏而闪烁，让你直观的看到自己脉搏跳动的速度，按下复位键后单片机和显示部分开始工作，单片机立刻开始计数，同时数码管显示出你的心率，非常方便。

一旦出现超限情况，蜂鸣器会报警。

如果偶尔出现不稳的情况，可按复位键对系统进行复位。

参考文献
【1】欧阳俊，谢定等．基于BL-410 的指端脉搏波采集系统应用研究[J]．实用预防医学，2004，第11卷第2期，2—4．
【2】韩文波，曹维国，张精慧．光电式脉搏波监测系统[J]．长春光学精密机械学院学报，1999，第22卷第4期，2．
【3】朱国富，廖明涛，王博亮．袖珍式脉搏波测量仪[J]．电子技术应用，1998，第1期，1—3．
【4】程咏梅，夏雅琴，尚岚．人体脉搏波信号检测系统[J]．北京生物医学工程，2006，第25卷第5期，1—3．
【5】刘文，杨欣，张铠麟．基于AT89C2051单片机的指脉检测系统的研究[J]．医疗装备，2005，第9期，2—14．。