便携式人体脉搏信号检测系统设计报告

1、综合实训报告2014 2015 学年第1 学期实训名称：便携式人体脉搏信号检测系统设计指导教师：学院：电气工程及其自动化学院班级：姓名：学号：2014年10月17日便携式人体脉搏信号检测系统设计一综合实训的主要内容设计一种人体脉搏信号检测系统，使得系统能够采集人体脉搏信号，并对信号进行处理，分析每分钟脉搏次数及其他生理指标。人体脉搏信号检测系统能够通过USB 端口与 PC 机通讯，并在 PC 机上对采集数据进行处理，并显示每分钟脉搏跳动的次数和脉搏波形。二硬件方案设计HK-2000B脉搏传感器： HK-2000B集成化脉搏传感器将力敏组件(PVDF压电膜 ) 、灵敏度温度补偿组件、感温组件、信

2、号调理电路集成在传感器内。具有灵敏度高、抗干扰能力强、过载能力大、一致性好、性能稳定可靠、使用寿命长等特点。压电式原理采集信号，能够输出完整的脉搏波电压信号。 它的输出是和脉压对应的01.0v脉动模拟电压信号。AD/DA转换器 PCF8951：8 位 AD/DA转换器。PCF8591是一个单片集成、 单独供电、低功耗、 8-bit CMOS 数据获取器件。它具有4 个模拟输入、 1 个模拟输出和1 个串行 I 2C 总线接口。 PCF8591的 3 个地址引脚 A0, A1 和 A2 可用于硬件地址编程，允许在同个 I 2C 总线上接入 8 个 PCF8591器件，而无需额外的硬件。在PCF8

3、591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I 2C 总线以串行的方式进行传输。 PCF8591的功能包括多路模拟输入、内置跟踪保持、8-bit模数转换和 8-bit数模转换。 PCF8591的最大转化速率由I 2C总线的最大速率决定。STC89C52单片机：与 51 指令兼容。通用型，有总线扩展和较强的位处理功能，其全双工异步串行通信口，所以具有串口通讯功能。作为数据采集和传输的控制器。RS232 转 USB 芯片 PL2303： PL2303 是 Prolific公司生产的一种高度集成的RS232-USB接口转换器，可提供一个 RS232 全双工异步串行通信装置与USB 功能

4、接口便利联接的解决方案。该器件内置USB功能控制器、 USB 收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的UART，只需外接几只电容就可实现USB 信号与 RS232 信号的转换。三软件编程（ 1） 结构框图满足综合实训的内容要求，选择的硬件等，人体的脉搏经过HK-2000B 脉搏传感器测量得到脉搏的模拟信号， 由电路中的放大及滤波电路放大和滤波之后，再由 A/D转换电路转换成数字信号，经过 LabVIEW ，最后在 LabVIEW 的前面板显示 ，设计结构框图如图 1 所示。脉压 变 式放 大 及 滤A/D 转单 片 机 接串行通搏 传感器波电路换电路 口电路信程序A/D 转 换脉 搏 波L

5、abVIEW驱动程序形显示编程图 1 系统结构框图（ 2）程序流程图：满足综合实训的内容要求，选择的硬件等，由程序框图可得，主程序中：先定时初始化和串口波特率初始化，接着判断，最后通过 I2C 总线协议读取PCF8591 的数据，由串口发送读取的数据；中断服务子程序：先重装定时初值，t0_num 的判断，与主程序共同执行，其中在PCF8591 中的程序流程是：启动IIC 总线 -停止 IIC 总线 -应答IIC 总线 -非应答 IIC 总线 -发送一个字节 -读入一个字节并返回。设计程序流程图如图 2 所示。主程序开始定时初始化串口波特率及初始化NFlag_time=1?Y通过 I2C 总线协

6、议读取PCF8591 的数据串口发送读取的数据中断服务子程序重装定时初值t0_num+t0_num1?NYFlag_time=1t0_num=0返回主程序Flag_time=0图 2程序流程图（ 3）主要功能的程序实现：利用 Keil uVision4 来编写和编译代码Keil uVision4 的图标如图 3 所示图 3 Keil uVision4编写 AT89C52 设计数据采集和数据传输的控制程序/*- 读取 AD 模数转换的值，有返回值-*/unsigned char ReadADC(unsigned char Chl)unsigned char Data;Start();/ 写入芯片

7、地址Send(AddWr);Ack();Send(0x40|Chl);/写入选择的通道， 本程序只用单端输入， 差分部分需要自行添加/Chl 的值分别为 0、1、2、3，分别代表 1-4 通道Ack();Start();Send(AddRd);/读入地址Ack();Data=Read();/读数据Scl=0;NoAck();Stop();return Data;/返回值数据采集：调用 ADtemp=ReadADC(0);/ 采集数据传输：SBUF=ADtemp;/ 传输利用 STC_ISP_V480 来烧写目标代码STC_ISP_V480 的图标如图 4 所示图 4STC_ISP_V480利用

8、 LABVIEW 8.5界面来处理和显示上位机数据 基于 LABVIEW 设计 PC 机从 USB 口读取数据的通讯程序先安装 NI-VISA图 5 visa420fullViOpen，打开并指定 VISA resource name的设备的连接。ViProperty， VISA 设备的属性子节点，可以设置端点或传输方式。ViWrite ，向 VISA resource name指定的设备写入数据。ViRead，从 VISA resource name指定的设备读出数据。ViClose，结束设备读写并关闭与指定设备的连接。LabVIEW串口初始化：在 LabVIEW中找到 VISA 放于程序框

9、图中，在VISA 需要初始化的接线口处右键配置其串口、波特率、奇偶校验、数据比特、停止位。最后状态如图6 所示数据采集：在 LabVIEW中找到 Instr放于 VISA 后面，用于数据采集， Instr的特点是，有多少数据就能采集多少数据，没有就不采集。Instr如图 7 所示图 6LabVIEW 串口初始化图 7数据采集基于 LABVIEW 设计数据处理和分析显示程序，计算每分钟脉搏次数，如图 8所示图 8在此循环程序中实现了数据处理。数据采集后直接可以出来脉搏波形，并且经过计算处理得出脉搏次数并在前面板显示，最后的循环程序是为了让脉搏次数在正常范围内显示正常，低于或高于正常范围显示异常。

10、四附（硬件电路图，实物图，实验结果等）电路图基于 STC89C52 和 PL2303 设计 RS232 转 USB 的转换电路，如图9 所示。图 9利用 HK-2000B 脉搏传感器和 8 位 AD/DA 转换器 PCF8951设计人体脉搏信号的模拟量采集和转换电路，如图10 所示。图 10实物图图 11在实物图中，接线方式如图11 所示，我用的单片机开发板是自己买的STC89C52单片机，接线图的原理和要求是一样的，PCF8591和 HK-2000B脉搏传感器是实训中大家共用的。程序图图 12程序图中如图12 所示：大方框左边的是LabVIEW串口初始化，大方框内是一个While 大循环；小

11、方框左边是数据采集和计时，上方时数组模块；在小方框内，上方是数据缓冲区，左边是数据接收处理和脉搏波形，中间是单品测量信号，右边是脉搏次数的判断和测试结果与脉搏次数显示，测试结果显示正常和异常。前面板图 13前面板如图 13 所示：左边是 LabVIEW串口初始化在前面板上显示的 COM端口、波特率、奇偶校验、数据比特、停止位，中间是脉搏波形显示；波形下方是我的班级、姓名、学号；右边是脉搏次数、测试结果的显示，及接收缓冲区的缓存字节。无脉搏（选择合适的COM 端口）图 14HK-2000B脉搏传感器其技术指标如下：电源电压： 56V DC压力量程： -50+300mmHg灵敏度： 2000uV/mmHg灵敏度温度系数： 110-4/精度： 0.5%重复性： 0.5%迟滞： 0.5%过载： 100 倍由 HK-2000B脉搏传感器的灵敏度： 2000uV/mmHg ，灵敏度温度系数： 110-4/ ，精度： 0.5% ，显而易