【毕业设计】项目教学法的应用——快速心率测试仪的设计开题报告

本科生毕业设计开题报告题目项目教学法应用快速心率测试仪的设计姓名高飞学号20110311112指导教师李慧贞班级信工111所在院系职业教育师范学院毕业设计（论文）开题报告表课题名称项目教学法应用快速心率测试仪的设计课题来源生产实际课题类型工程设计类指导教师李慧贞学生姓名高飞学号20110311112专业电子信息工程课题的意义以及国内外发展状况课题意义跨专业课程又称为项目教学法，它是通过“项目”的形式进行教学。为了使学生在解决问题中习惯于一个完整的方式，所设置的“项目”包含多门课程的知识。项目教学法就是在老师的指导下，将一个相对独立的项目交由学生自己处理信息的收集，方案的设计,项目实施及最终评价,都由学生自己负责,学生通过该项目的进行,了解并把握整个过程及每一个环节中的基本要求。随着生物医学工程技术的发展,医学信号测量仪器日新月异。生物医学测量与临床医学和保健医疗的联系日益紧密。通过对人体各种生理信号的检测，能更好的认识人体的生命现象。脉象包含丰富的人体健康状况信息，脉诊技术应客观化、定量化。本设计利用光电式传感器,设计心率信号获取的方法。本设计主要是基于单片机的便携式心率测试仪的具体实现方法，利用光电传感器产生脉冲信号，经过放大整形后，输入单片机内进行相应的控制，从而测量出一分钟内的心率跳动次数，快捷方便。通过观测心率信号，可以对人体的健康进行检查，通常被用于保健中心和医院。本设计所设计的基于单片机的便携式心率测试仪对推进脉诊技术客观化的实现具有积极的促进作用。国内外发展现状项目教学法萌芽于欧洲的劳动教育思想，最早的雏形是18世纪欧洲的工读教育和19世纪美国的合作教育，经过发展到20世纪中后期逐渐趋于完善，并成为一种重要的理论思潮。项目教育模式是建立在工业社会、信息社会基础上的现代教育的一种形式，它以大生产和社会性的统一为内容，以将受教育者社会化，以使受教育者适应现代生产力和生产关系相统一的社会现实与发展为目的，即为社会培养实用型人才为直接目的的一种人才培养模式。随着科学技术的发展，心率测量技术也越来越先进，对心率的测量精度也越来越高，国内外先后研制了不同类型的心率测量仪，心率测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法，心率测量可利用电子仪器测量出精度更就的数据。人体心率信号中包含丰富的生理信息，也逐渐引起了临床医生的很大兴趣，达到了方便、快捷、准确在测量心率的目的。随着电子测量技术的迅速发展，现代电子测量仪器以极快的速度向数字化、自动化的方向发展。制成的心率测量仪器性能良好，结构简单，有较好的应用和推广价值。而其中关键是对心率传感器的研究。起初用于体育测量的心率测试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缺点。指脉测量比较方便、简单，但因为手指上的汗腺较多，指夹常年使用，污染可能会使测量灵敏度下降耳脉测量比较干净，传感器使用环境污染少，容易维护。但因耳脉较弱，尤其是当季节变化时，所测信号受环境温度影响明显，造成测量结果不准确。过去在医院临床监护和日常中老年保健中出现的日常监护仪器，如便携式电子血压计，可以完成心率的测量,但是这种便携式电子血压计利用微型气泵加压橡胶气囊，每次测量都需要一个加压和减压的过程，存在体积庞大、加减压过程会有不适、心率检测的精确度低等缺点。心率测量仪的发展主要向以下几个趋势发展（1）自动测量心率并且对所得到的心率进行自动分析。目前很多心率测量仪都具有检测血氧等其他的功能，但是对这些信号的分析和诊断还需要一些有经验的医生观察，进行分析后才能确认结果，浪费大量的人力，且由人为引入的误差较大。因此，未来心率自动检测的内容将更加详细，自动分析诊断功能也更强大。（2）数字化技术等先进技术的应用。随着数字科学技术的发展，心率测量仪集成度将更高，更便于携带。数字信号处理的运用将使干扰更小，测量更为准确。（3）多功能化越来越明显目前的心率测量仪，一般都具有测试血氧，心电图等等功能，单纯的心率测量仪已经很少见。随着电子技术的发展，心率测量仪必然可以实现更多的功能。人体心率测试仪是用来测量人体心脏跳动频率的电子仪器，也是心电图的主要组成部分。心脏跳动频率通常用每分钟心脏跳动的次数来表示。采用数显式心率计测量心脏跳动的频率不但精确，而且使用方便，显示结果醒目。近年来国内外致力于开发无创非接触式的传感器，这类传感器的重要特征是测量的探测部分不侵入机体，不造成机体创伤，能够自动消除仪表自身系统的误差，测量精度高，通常在体外，尤其是在体表间接测量人体的生理和生化参数。通过查阅资料发现主要的脉率采集有三种方法采用一对红色发光二极管实现、采用反射式的红外管实现和采用压电陶瓷芯片实现。方法一检测的基本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，组织的半透明度增大。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，本脉率计将红外发光二极管产生的红外线照射到人体的上述部位，并用装在该部位另一侧或旁边的红外光电管来检测机体组织的透明程度并把它转换成电信号。由于此信号的频率与人体每分钟的心率次数成正比，故只要把它转换成脉冲并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测心率次数的目的。方法二采用反射式的红外管。现在市场上的脉率计普遍采用这种传感器来采集信号，因为此红外管接收和发射都在手指的同一侧，所以就不用考虑每个人手指情况不同所造成的麻烦了。但是同样的，对红外的知识了解相对匮乏，得到需要的信号也不太容易。方法三采用压电陶瓷片通过心率的跳动采集信号。随着心脏的搏动，人体手腕的心率和颈部的搏动较为明显，采用压电传感器放于上述部位，把压电传感器测得的信号转换成脉冲并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测心率次数的目的。当心率跳动时，压电陶瓷片便会产生相应的信号，虽然这是一种很陈旧的方法，但是却很实用，测试的时候能够明显的观测到信号的变化。人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张，是血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波成为心率波。从心率波中提取人体的心理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。心率波所呈现出的形态波形、强度波幅、速率波速和节律周期等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征,因此对心率波采集和处理具有很高的医学价值和应用前景。但人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频的弱信号,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后级滤波以满足采集的要求。本课题的研究内容、方法、手段及预期成果研究内容心率测量仪的设计，必须是通过采集人体心率变化引起的一些生物信号，然后把生物信号转化为物理信号，使得这些变化的物理信号能够表达人体的心率变化，最后要得出每分钟的心率次数，就需要通过相应的硬件电路及芯片来处理物理变化并存储心率次数。在硬件设计中一般的物理信号就是电压变化。本系统的组成包括传感器、信号处理、单片机电路、显示电路等部分。1硬件设计（1）传感器心率传感器采集心率信息输出电压信号（2）放大与整形电路将输出电压信号经信号放大电路等其进行放大。然后，将放大后的心率信号通过电压基准变化电路和过零比较器转换为单片机易于处理的脉冲信号。（3）心率测定与显示通过单片机编程对脉冲信号进行处理，实现对心率波动频率的测量和计算，最终在LED中直观地显示出来。2软件设计研究方法和手段项目教学的教学设计过程方法。（1）信息收集。（2）制定并计划。（3）实施制作工艺图，实物图，控制电路图，形成产品。（4）检查教师指导学生完成。（5）评价，根据之前确定的进行评价。1硬件电路当手指放在红外线发射二极管和接收三极管中间，随着心脏的跳动，血管中血液的流量将发生变换。由于手指放在光的传递路径中，血管中血液饱和程度的变化将引起光的强度发生变化，因此和心跳的节拍相对应，红外接收三极管的电流也跟着改变，这就导致红外接收三极管输出脉冲信号。该信号经放大、滤波、整形后输出，输出的脉冲信号作为单片机的外部中断信号。单片机电路对输入的脉冲信号进行计算处理后把结果送到液晶显示。脉搏检测传感器低通放大器整形电路单片机数码显示电路报警电路图1心率测量仪硬件框图2软件程序开始系统初始化P32是否为下降沿心率测量子程序LCD显示NY显示结果是否大于120或小于60LCD显示驱动蜂鸣器报警NY图2主程序流程图预期成果通过本次心率测试仪的设计和制作，加强个人的动手解决问题的能力，巩固课本上学到的知识，并从课外资料文献补充我所欠缺的知识和技术。不仅要做到提升实践经验和教训，还要力求制作出准确美观的心率测试仪,传统的教学方法不能满足当代职业教育对职业能力培养的要求项目教学对于培养人的全面发展和综合能力方面起着十分重要和有效的作用,这无疑将对职业教育的发展产生极为深刻而广泛的影响任务完成的阶段安排及时间安排周次设计（论文）任务及要求13下达设计任务、查找相关论文10篇以上、毕业实习4编写开题报告，进行答辩59硬件电路设计11012软件设计11314总体完善15编写设计说明书，进行预答辩16准备答辩参考文献1蔡启明自动心率测试仪的设计J数据采集与处理1995，10（2）2高峰单片机应用系统与使用技术M机械工业出版社，20023程光指动心率动波光电传感器的研制J南京医学院学报，1991，43293304杨家德光电技术实用电路精选M成都成都科技大学出版社，19965项华珍，徐秀平等模拟电子技术基础M武汉华中科技大学出版社，20086徐秀平数字电路与逻辑设计M北京电子工业出版社，20107何桥，段清明单片机原理及应用M北京中国铁道出版社，20088黄继平EDA技术使用教程M北京科学出版社，20059程光，赵崇侃指动心率波光电传感器的研制J南京医学院学报，1991年第11卷第4期，32933010朱国富，廖明涛，王博亮袖珍式心率波测量仪J电子技术应用，1998，第1期，1311韩文波，曹维国，张精慧光电式心率波监测系统J长春光学精密机械学院学报，1999，第22卷第4期，212欧阳俊，谢定等基于BL410的指端心率波采集系统应用研究J实用预防医学，2004，第11卷第2期，2413刘云丽，徐可欣等微功耗光电式心率测量仪J电子测量技术，2005，第2期，2514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，21415程咏梅，夏雅琴，尚岚人体心率波信号检测系统J北京生物医学工程，2006，第25卷第5期，1316李海滨单片机技术课程设计与项目实例M北京中国电力出版社，200917ANALOGDEVICEADUC841_2_3_ADATASHEETMANALOGDEVICE2003，204518JCCANDYANDGCTEMESOVERSAMPLINGMETHODSFORDATACONVERSIONMIEEEPACIFICRIMCONFERENCEONCOMMUNICATIONS，COMPUTERSANDSIGNALPROCESSING，MAY1991，91019OVERSAMPLINGTECHNIQUESUSINGTHETMS320C24XFAMILYMLITERATURENU