便携式心率监测仪的设计目录绪论 (1)1 系统统方案设计 (2)1.1 系统功能要求 (2)1.2 医学常识 (2)1.3 系统方框图 (3)2系统硬件设计 (5)2.1 单片机介绍 (5)2.1.1 AT89C2051主要性能 (5)2.1.2 AT89C2051的引脚说明 (6)2.2 传感器与信号处理电路的设计 (7)2.2.1 光电式脉搏波传感器 (7)2.2.2 前置放大与滤波电路 (8)2.3 显示电路 (10)2.3.1 ULN2003的功能 (10)2.3.3 显示电路接口设计 (10)2.4 报警电路 (11)2.5 时钟和复位电路设计 (11)2.5.1 时钟电路设计 (11)2.5.2 复位电路的设计 (12)3 软件设计 (13)3.1 中端程序流程图 (13)3.1.1 定时器中断程序流程图 (13)3.1.2 INT中断程序流程图 (14)3.2 显示程序流程图 (15)4 调试与仿真 (16)4.1 仿真软件 (16)4.2 调试仿真中注意的问题 (16)结论 (17)参考文献 (18)附录A 心率监测仪电气原理图 (19)附录B 部分源程序 (20)致谢 (25)便携式人体心率监测仪的设计摘要多年来，心率监测仪在心血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用，它们所记录的心脏活动时的生物电信号，已成为临床诊断的重要依据。
目前，检测心率的仪器虽然很多，但是能像本文设计的系统一样实现精确测量、便于携带、报警等多种功能的便携式全数字心率测量装置却不多。
本系统以AT89C2051单片机为核心控制芯片，光电式脉搏波传感器采集信号，以七段数码管作为显示系统，经信号处理电路后脉冲送入单片机，由数码管显示心率。
本文设计的人体心率监测仪使用方便，只需将手指端轻轻放在传感器上，即可实时显示出每分钟脉搏次数，特别适合体育训练和外出旅游等场合使用。
采用红外光学检测法，能够在运动的状态下进行心率测量。
该系统运行稳定，实时性强，安全可靠，系统通用性好，移植、扩展方便，同时具有功耗低，体积小，操作简单，便于随身携带等特点，适合家庭和社区医疗保健使用，对心血管疾病的早期诊断具有重要的意义。
【关键词】：心率监测单片机数码显示The Design of Portable Heart Rate MonitorAbstractFor many years, the heart rate monitor has played a significant role in research and diagnoses of cardiovascular diseases. Biological signals of cardiac activity recorded by the heart rate monitor have become important basis of clinical diagnosis. At present, there are a lot of instruments of detecting heart rate, but there is a little portable digital heartbeat measurement device the same as the system in this paper with various functions such as accurate measurement, easy to carry and alarm .The system adopts AT89S52051 microcontroller as core control chip, photoelectric pulse wave sensor for data acquisition, seven-segment digital tubes as the display system. Through signal processing circuitry, the pulse is directed to the microcontroller, displaying heart rate by digital tubes. The human heart rate monitor designed in this paper is easy to use, just lightly putting a finger on the sensor side which can display real-time pulse rate per minute, especially for sports training and travel and so on. The method of infrared optical detection is able to measure the heart rate in motion state. The system is stable, strong real-time, safe and reliable, universal and easy to transplant and expand. Also it has low power consumption, small size, simple operation, easy to carry and so on. It is suitable for family and community medical health care which has the vital significance to early diagnosis of cardiovascular diseases.【Key words】heart rate monitoring MCU digital display绪论心血管疾病是当今发达国家死亡率占第一位的重要疾病，在我国也是死率最高的一类疾病，世界卫生组织已将其列为2l世纪危害人类健康的头号杀手[1]。
随着人们生活水平的提高，工作方式以及膳食结构的变化，源于心脏与循环系统的不健康而导致的心血管疾病已逐渐成为威胁人类健康的主要疾病。
心血管疾病是一种常见病、多发病，而且有极高的死亡率。
据统计，1990年全球大约有1400万人死于心血管疾病，预计到2020年，死于心血管疾病的患者将达到2500万人[2]。
目前我国城市人口中每5个成年人中就有1个人不同程度的患有心血管面的疾病。
中国每年有100万人死于脑卒中，并且有更多的人致残。
特别是在近，中国、日本和新西兰研究人员发现高血压是东方人脑卒中的主要原因[3]。
近来，心血管疾病的发病率逐年提高，患者的年龄却逐年降低，心血管疾病对人类身体健康产生的威胁也越来越大。
人们希望通过早期采取一些积极的防治手段，使自己拥有健康。
同时，中国已经进入了老龄化社会，越来越多的老年人受到慢性疾病的困扰，如高血压、冠心病、慢性支气管炎等。
老年慢性疾病通常是终身性疾病，疼痛和昂贵的医疗费用不仅严重影响病人的生活质量．而且占用了大量医疗卫生资源，带来不堪重负的社会经济负担。
要避免和减少高血压、心脏病这类心血管疾病给人类健康带来的严重危害，有效的早期预防、早期诊断和早期治疗方法和设备，以及快速的发病后的救治手段都是非常重要的，这些也正是目前广大医学界专家正在共同努力研究的重点，改进对心血管疾病的预防及治疗手段已经成为现代医学界的一个重大难题。
目前，现代的医学电子仪器已不仅仅是单纯的医学电子测量仪器硬件系统，而是基于电子技术、计算机技术、数字信号处理技术的生理量检测和分析系统。
以往专门测量心率值的仪器较少，能提供心率变异指标的仪器更是寥寥无几。
人们为了知道自己的运动或劳动强度是否超负荷，尤其是老年人或运动员等，他们都得赶到医院而不能实时测量和预知。
而心电仪的出现，使心电图机进入家庭变成了可能，但基于心电工作站的模式，使个别地区的患者因医院分析诊断系统的不健全，而变得不适用；基于嵌入式及DSP的心电监护仪功能强大，但又因芯片价格的高昂而有悖于我国基本国情，不利于家庭的普及[4]。
因此，一种性能优良，带有自动监测、报警等功能，适合在家庭和社区条件下使用，同时适用于有隐性疾患的亚健康人群及各种作业环境下的劳动者，在其心率变异时，能及时发出警示的安全监护器，而又符合我国人均收入水平不高这一国情的心率监测系统的研制显得尤其重要。
基于这一目的，我设计的课题就是便携式人体心率监测系统的设计。
1 系统统方案设计1.1 系统功能要求要求以AT89C2051单片机为核心控制芯片，光电式脉搏波传感器采集信号，以七段数码管作为显示系统，经信号处理电路后脉冲送入单片机，能够实现报警、数码管显示心率的频率等功能。
1.2 医学常识心率(Heart Rate)：用来描述心动周期的专业术语，是指心脏每分钟跳动的次数,以第一声音为准。
心电信号是一种非常弱且频率较低的信号，一般幅值在0.05～5mV，频率在0.05～100Hz。
结构特征：心脏是一厚壁的肌性器官，由左右2心房和左右2心室4个心腔组成。
心脏的自动节律性收缩，推动血液在循环系统的各种血管中环流，使机体各组织、器官能不断地吐故纳新、新陈代谢。
正常成年人安静时的心率有显著的个体差异，平均在75次/分左右(60—100次/分之间)。
心率可因年龄、性别及其它生理情况而不同。
初生儿的心率很快，可达130次/分以上。
在成年人中，女性的心率一般比男性稍快。
同一个人，在安静或睡眠时心率减慢，运动时或情绪激动时心率加快，在某些药物或神经体液因素的影响下，会使心率发生加快或减慢。
经常进行体力劳动和体育锻炼的人，平时心率较慢。
健康成人的心率为60～100次/分，大多数为60～80次/分，女性稍快；3岁以下的小儿常在100次/分以上；老年人偏慢。
成人每分钟心率超过100次（一般不超过160次/分）或婴幼儿超过150次/分者，称为窦性心动过速。
常见于正常人运动、兴奋、激动、吸烟、饮酒和喝浓茶后。
也可见于发热、休克、贫血、甲亢、心力衰竭及应用阿托品、肾上腺素、麻黄素等。
如果成人的心率在160～220次/分，则称为阵发性心动过速。
心率低于60次/分者（一般在40次/分以上），称为窦性心动过缓[5]。
可见于长期从事重体力劳动和运动员；病理性的见于甲状腺机能低下、颅内压增高、阻塞性黄疸、以及洋地黄、奎尼丁或心得安类药物过量或中毒。
如心率低于40次/分，应考虑有房室传导阻滞。
心率过快超过160次/分，或低于40次/分，大多见于心脏病病人，病人常有心悸、胸闷、心前区不适，应及早进行详细检查，以便针对病因进行治疗。