《基于单片机的脉象信号采集系统设计》12000字

基于单片机的脉象信号采集系统设计TOC\o"1-2"\h\u17986第1章绪论 7164231.1文献综述 7152231.2课题研究背景及意义 8250841.3研究现状 9273261.4本论文的工作 1019068第2章脉象信号采集系统结构 11123922.1脉象信号采集系统的总体设计 11219172.2光电脉象测量仪工作原理 1128092第3章硬件系统 14102633.1控制器 14253633.2光电传感器在脉象信号采集系统中的应用 16239153.3信号放大 17287143.4单片机最小系统 18265003.5显示电路 2050913.6脉搏心率测量仪电路原理图 2113296第4章软件系统 2338344.1程序模块设计 2331324.2脉搏信号采集处理模块的设计 24270074.3显示模块的设计 2446194.4设计实物展示 2622809第5章总结与展望 2731947第6章附录 2913911参考文献 33

第1章绪论随着人类生活水平不断地提高，人口也随之日益增长，身体健康成为人们炙手可热的话题，据查资料显示：医院平均就诊率每年也呈现上升趋势，一年平均就诊率达到72.3%，然而传统中医诊断效率相对较低，高水平的中医人数也相对有限等问题日益凸显，出现医患需求数量失衡的现象，而脉象诊断研究有望解绝此现存问题。，为了响应我们国家为人民服务的宗旨，科学家们不断探索，将传统中医学诊断技术与现代科学技术相互串通、结合，不仅促进了传统中医诊断技术在医学上的发展，而且实现了比人工诊疗更科学、更高效、更客观的诊断。在保证脉象信号采集系统可靠性的情况下，结合脉诊与计算机技术，科学家们和医疗专家将脉象信号采集辅助系统投用到医学诊断领域，实现脉诊成为一件操作简单而且效率较高的设想，促使诊断效率得到明显提高[1]。1.1文献综述目前，在医学临床上使用光电式传感器研制的各类脉象信号检测系统受到专家们的青睐，取得了较为理想的效果。本文设计的脉象信号采集系统采用的是光电式非接触型检测，该设计是通过心室舒张收缩出现血液变化，从而在恒定光源的照射下产生不同的反射信号，将该信号放大等处理后[2]，再由单片机将处理后的数据通过用电子仪表进行测量和显示。其中的STC89C52单片机是一种低功耗、高性能微控制器，利用外部中断对脉搏信号进行计数达到提高测量准确性的目的，为控制脉象信号系统提供了高灵活的测量技术[4]。手指尖轻放光电传感器上，传感器的红外线照射到人体的手指尖部位，经过手指组织的反射和衰减，由光电传感器中的光敏接收三极管来接收其透射光，并把该透射光转换成电信号[5]。其检测实质是血液流动交换含氧血红蛋白与不含氧血红蛋白时对光的反射或透过程度不同，则可利用该特性来用光电传感器对其进行信号的采集转换。据医学说明，人体有两大血液交换场所，一个是心肺，另一个交换场所则是在人体末梢，例如人体手脚指尖以及一些比较薄弱的部位；考虑到透光性以及其他因素，以人手指尖部位来对脉象信号进行检测。由于心脏的跳动使得动脉血的变化呈周期性，红外光发射二极管对动脉血液照射时血液的透过性和折射性也是呈周期性变化的，由红外接收三极管收到的非电量信号经过单片机转换成物理量，便于输出，再把该电信号通过调理电路放大、滤波整形、计数后进行显示。脉搏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)等方面的脉象信号，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,因此对脉象信号采集和处理具有很高的医学价值和应用前景[6]。本文的工作在一定程度上推动脉象信号检测的发展，具有很好的意义。1.2课题研究背景及意义随着网络时代的到来，如今互联网的蓬勃发展带动高科技技术发生着日新月异的变化，社会对科技进步所能带给人类生活的便利提出了越来越高的要求；毫无疑问的是，网络信息时代的生活下，人类将较多不要求主观判断很强的工作交给了智能机械操作，工作效率以及精确度得到大幅度的提升。观察我们周边的生活，可以清楚的感知到信息技术无处不在；像许多的智能家居——语音智能音箱、自动洗碗机、扫地机器人等极大的便利了人们的生活。在新型冠状病毒肺炎疫情防控期间，互联网技术在教学中也扮演了一个重要的角色，线上教学发挥了重要作用，停课不停学，在抗击疫情中大放异彩。脉象诊断从古至今已有悠久的历史，在中医学里沿用至今，证明了脉象诊断在人类医学上的重要地位。古代中医就有“望、闻、问、切”为主要诊断手法，其中的“切”及就是医生用手指放于病人动脉脉搏处按切以查脉象，了解病人的病情。在没有依靠任何仪器的情况下，医生借助多年诊断经验来识别病情，诊断过程缺少客观性，会带来较多的由主观性导致的误诊。在人类对健康日益重视与传统医学治疗手段的矛盾下，人类开始思考，如何能够在保证脉象采集精准的前提下提高效率。为了实现这一想法，人类不断探索各种方法，利用高科技不断完善各个领域的各种辅助工具的功能，使其操作系统化、更简便、更高效。近年来，健康意识在人们心中不断的提升，我们以它为缩影，投射科技变化带来的生活便利。在保证脉象信号采集系统可靠性的情况下，结合脉诊与计算机技术，科学家们和医疗专家将脉象信号采集辅助系统投用到医学诊断领域，让脉诊成为一件操作简单且高效率的事，提高诊断效率。脉象信号的检测和脉率测量对人体健康具有极其重要的监护意义，现代科技技术的突出特点及就是借助计算机实现信息的获取、传递、处理以及信息利用等[6]。这得益于电子科学技术的发展，互联网信息技术在人们的日常生活中得到广泛的应用，为中医脉诊技术的客观化和数字化在技术上提供了保障和支撑，在医学领域已取得了一定的成果。如由上海中医药大学研发的ZM-III智能脉象仪，王殆俊等人设计的MXY-II型脉象仪[7]等，都在一定程度上被应用到医学临床上。但由于其使用需要和计算机配合，成本较高、体积大、携带不方便，产生了仅适用于大型医院等应用场所的局限性；并不适用于个人使用，无法满足慢性疾病患者、老年人等对于家庭日常的健康监测的需求。因此，设计一款体积小、便于携带、成本低、耗能低的脉象信号采集系统，成为了新时代人类文明发展的必然需求。本文设计的脉象信号采集系统及就是在具备这样一些条件的情况下可实现对脉象信息的采集、信号传输以及跟智能手机搭配使用，在智能机上对采集的相应脉象的波形和脉率进行实时显示，适用于家庭日常使用。1.3研究现状随着科学技术的发展，人工智能和大数据的崛起，促进人类整个社会的生产力的同时，也为医学技术探索新的诊治模式提供了契机。将脉象信号信息化、客观化是脉象信号采集系统研究的基础，在根本上消除医生的主观判断。主要通过采集脉搏进行数字化、形象化分析，借助脉象标准判断人体生理的情况[9].经过客观化、严谨化的数据处理，避免了外在因素可能引发的医疗事故。目前，脉搏测量仪已经在多个领域得到广泛应用，不仅在医学上取得显著的研究成果，顺应商业时代的发展，在体育健身中也引入了新进的脉搏测量技术。1.3.1国外脉象信号采集系统研究早在1860年，德国生理学家Vierordt发明了世界上第一台利用压力传感器记录脉搏心率的仪器，脉搏首次以波形图的形式被描记。近年来，国内外前后研究了不同种类型的脉象信号检测仪，研究方向集中在非接触性无创伤式的迈向心率传感器上。其主要的工作原理是通过光电式传感器将采集到的脉搏的脉象信号转化成电信号，然后经过放大电路，利用计算机或是记录仪器对采集到的脉象信息进行归纳分析处理，从而实现对心率波进行统计输出诊断[11]。其中日本对于脉诊仪具有颇多的研究成果。石山仁[11]等研究的触觉检测脉搏计是通过应用于手指部位，从而来达到检测压脉波并作记录的目的，青壮年的六部定位心率波就是以该脉搏仪器测定的。随后，日本医学专家藤田六郎设计的光电管容积脉诊仪，不用接触人体任何部位就能检测出最大脉搏波。根据研究显示，为了适应科学技术不断融入人类各行各业当中的发展趋势，现代医学利用科技技术与医学相结合，逐步实现将人体的一些生理信号转换为可视信号。国内外正逐步趋向于对超声显像方面的研究，不断提升脉象波以及相关仪器的研究和发展。最新兴起的超声探测器，利用声学特性检测作为发展研究的方向，隶属于非接触式传感器的超声波传感器，在无需触头接触动脉的情况下，将脉象的真实性最大限度的呈现出来。1.3.2国内脉象信号采集系统研究自20世纪50年代初，我国开始脉诊的客观化研究，朱颜[11]将脉搏心率仪引用到中医脉诊的客观化研究方面，实现了国内利用脉象仪器进行中医脉诊客观化研究的初次尝试。脉象仪成为中医脉象诊断客观化研究的重要工具，其中的关键其实是对脉搏心率传感器的研究，其次是脉象识别技术。起初科学家以及医学专家们对用于体育测量的脉搏测量技术集中在对接触式传感器的研究，此类传感器研发的测量仪参差不齐。指脉测量仪使用时需要夹在汗腺相对旺盛的手指处，容易造成仪器受到污染从而导致灵敏度下降，造成测量结果不准确；耳脉测量仪是通过对人体耳朵处动脉进行检测，受到的环境污染少，但是由于耳脉信号比较微弱，在冬天测量结果由于受温度因素的影响，容易造成不准确的测量结果。便携式的电子血压监护仪器在过去的医学临床中被常用来测量脉搏心率，由于该测量仪体积庞大，并且是利用压力式的测量方法，在每一次测量前需要对其进行加压或是减压操作，容易造成被测机体不适、检测精确度不高等问题。随着科学技术的发展，医学上对脉象信号检测仪的安全以及可靠性等方面的要求也越来越高，国内市场上不同种类的脉象信号检测仪相继出现，其中对脉象传感器的研发意义重大。1.4本论文的工作本论文的工作是基于传感器的发展历史和目前发展概况的认识，对单片机理论的学习和掌握并将该计算机语言应用于脉象信号采集系统中。从系统来看主要是上层采集系统和底层检测系统两部分的协调配合完成整个采集检测的过程，具体检测主要是需要完成对脉象信号采集系统的设计。即利用光电式传感器来对人体脉象信号进行采集；由于红外线可以透过皮肤、血管并且可以被血液所吸收，单位时间内血管的血容量随着血液流动时刻变化，红外线被吸收量的多少取决于血容量的多少，从而使得脉象信号采集就可以借助光电传感器来测定血容量的变化，再将接收到的光信号转换为电信号的情况下，实现对脉搏信号的实时显示。然后将整个采集系统用C语言编写成代码，通过改变状态量的参数得到最佳输出，并对实验结果进行分析，得出实验结果。最后，总结实验结论，写出本论文的不足以及对脉象信号采集系统未来发展的期望。

第2章脉象信号采集系统的结构2.1脉象信号采集系统的总体设计本文设计的基于单片机的脉象信号采集系统，该系统设计由STC89C52单片机、数码管显示器、光电传感器、LM358放大器、蓝牙等组成；以STC89C52单片机为核心的数据采集模块、数据处理模块、数码管显示模块等模块化思路，组成系统的硬件电路设计。使用非接触式测量的光电传感器作为数据采集器，由LM358放大器组成的电路对传感器采集到的脉冲信号在经过放大、整形滤波处理后，把信号运送到单片机I/O口，利用单片机自身的定时中断、计数等功能实行运算得出心率。2.2光电脉象测量仪工作原理手指尖轻放光电传感器上，人体的手指部位经过红外发光二极管产生的红外线照射，由于人体血液循环流动伴随着心脏跳动变化，血液的透光性和对光的反射程度不一样，导致了光电接收三极管接收到的脉象信号强弱不一样，这样只要将红外光接受三极管获取的数据进行相关的运算处理，连接单片机I/O口，再利用自身单片机外部中断计数的功能对该脉冲信号进行计数，最终用数码管显示出一个成年人一分钟的脉波心率跳动次数。光电脉象心率测量仪与传统的脉象心率测量仪相比，光电式脉象心率测量仪具有较好的稳定性、使用寿命长、采用非接触式测量、测量速度快以及较高的性价比等特点。图2-2脉象信号采集系统工作原理图2.2.1微控制器模块本文设计系统选用的STC89C52单片机作为系统的控制器单片机，其中还包含了电源电路、复位电路、还有晶振电路。由于STC89C系列的单片机的工作电压相对较宽，因此本系统单片机可工作于3.4V~6V的范围，该设计的供电装置采用的是安卓USB充电线连接插头进行供电。单片机通常使用上电复位以及人工按键复位两种方式来确保复位电路的可靠性。晶振电路利用芯片内部振荡电路，在单片机的XTAL1、XTAL2即就是输入、输出端外接定时元件，构成能够产生一个稳定的自激振荡的内部振荡器。2.2.2光电传感器模块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[13]。信号采集部分有红外光发射二极管和红外光接收三极管两个组成部分，它主要将折射回来的非电量信号转换成方便测量的电信号，然后输出。由于血液流动交换含氧血红蛋白与不含氧血红蛋白时对光的反射或透过程度不同，则可利用该色差特点来进行采集脉象信号，于是通过光电传感器检测人体血管里血液流动的时候对光的透过程度或折射程度等指标来检测脉象。2.2.3信号调理模块用来处理由红外光电传感器采集到的低频信号的模拟电路，包括放大、滤波、整形等。本文中系统在单片机控制红外传感器取得原始脉象信号的时候，就开始上述一系列的信号处理。2.2.4蓝牙模块智能手机的出现极大地改变了人类信息传送和接收的方式，其中蓝牙传送功能使得信息的传送和接收迅速而且便捷。因此本文设计的脉象信号采集系统增入蓝牙传输功能，直接与手机端的蓝牙相连接，对脉象心率波进行动态显示。2.2.5显示模块数码管是显示器中的一种，利用对它的各种不同引脚进行电流的输入，即就是用用驱动电路来点亮其相应的位置，进而达到显示我们想要的数字的功能[14]。数码管在生活中极高的采用频率，从侧面反映了其因为价格便宜、操作简单和功耗低等优点而大量的应用在家电领域。例如我们日常生活中常见的冰箱、电子体重称、空调、热水器等等，绝大多数家用电器基本都能看见数码管的身影。动态显示、静态显示都是数码管的显示方式，两者之间的差异在于，静态显示与动态显示相比，会占用较多单片机I/O口，造成不必要的资源浪费，并且动态显示相对而言不仅占用较少单片机I/O口，而且功耗更低，因此我们一般都是采用动态显示驱动，本文显示脉搏跳动的次数采用的便是动态显示驱动的数码管显示器。第3章硬件系统3.1控制器本文所设计的脉象信号采集系统是基于STC系列单片机来实现的。它的功能好、抗干扰性强，并且体积小、价格便宜、使用起来方便，可以灵活的构成各种应用系统，实现数据采集。结合本文设计的需求，我最终选择了比较普遍通用的STC89C52单片机来实现本文系统的设计。3.1.1STC89C52单片机结构和特点STC89C52是STC公司生产的具有8K字节在系统可编程Flash存储器，是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器。STC89C52单片机使用MSC-51内核，与工业80C51产品指令系统完全兼容，但做了许多改进，使该芯片与传统51单片机相比具有更多功能。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在线可编程Flash，使得该芯片为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。利用该单片机的外部中断对脉搏信号进行计数提高准确性，为控制脉象信号检测提供了高灵活的技术[16]。STC89C52的主要功能特点如下表：表3-1-1STC89C52主要特性兼容MCS51指令系统8k字节Flash32位双向I/O口线512字节RAM2个串行中断3个16位定时器/计数器2个外部中断源内置4KBEEPROM，MAX810复位电路2个读写中断口线可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式一个7向量4级中断结构可降致0Hz静态逻辑操作兼容传统51的5向量2级中断结构3级加密位软件设置睡眠和唤醒功能STC89C52单片机芯片的部分I/O口的功能如下：I/O口：包括P0口（P0.7-P0.0引脚）、P1口（P1.7-P1.0引脚）、P2口（P2.7-P2.0引脚）、以及P3口（P3.0-P3.7引脚），其中P0口属于8位漏极开路的双向IO口，作为准双向口程序校验时，需要加上外拉电阻。P1口、P2口以及P3口都可作为8位准双向I/O口，它们I/O口内部本身具有上拉电阻。此外，P1.0、P1.1引脚还有复用功能，如下表2-1所示。另外，P3口为8位多功能双向端口，除了作为准双向I/O口用，还提供非常重要的第二功能，其第二功能定义表如表2-2所示。表3-1-1P1.0和P1.1引脚第二功能引脚第二功能说明P1.0T2定时器/计数器2外部计数输入P1.1T2EX定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制表3-1-2P3口的第二功能定义引脚第二功能说明P3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行输出口P3.2外部中断0P3.3外部中断1P3.4T0定时器0外部计数输入P3.5T1定时器1外部计数输入P3.6外部数据存储器写选通输出P3.7外部数据存储器读选通输出3.1.2STC89C52的标准功能STC89C52还具有以下标准功能，处于空闲模式时，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。在掉电保护方式下，自动保存RAM内容、冻结振荡器，单片机停止一切工作，等到下一个中断或是硬件复位为止。STC89C52双列直插封装方式的引脚图3.2光电传感器在脉象信号采集系统中的应用近年来脉象测量仪的广泛应用成为中医教学上的重点，传感器的种类和方案选择与应用是脉象诊断客观化研究的关键环节。不同传感器决定了脉象测量仪不同的工作方式。据了解多种类型传感器的出现使得目前检测脉象心率的方式也多种多样。例如光电式脉搏测量仪、压力式脉搏测量仪、超声波脉象测量仪等多种接触式或非接触式测量。机械式传感器是应用最早的接触式传感器，由于其在自动控制方面存在明显的瑕疵，使得其在后来的研究和发展中受到了限制。近年来，由于光电式传感器的出现，其利用光的投射性和折射性，实现不需要侵入机体就能达到对所需信号进行获取的目的，并且，光具有良好的绝缘性能够有效的排除强烈的电磁干扰，加上其简单的结构和较高的精度等优点使得它在临床医学检测上迅速发展，光电式传感器投入到医学临床上成为众多学者和专家们的重点研究方向。本文选取的便是红外光电传感器采集人体脉象信号，其采用非接触式测量，具有稳定性好、可重复使用并且灵敏度高等优点。3.2.1信号采集电路本次设计中用来对脉象信号进行获取的是ST188型号的光电传感器，其主要将采集到的脉象信号转化成相应的电信号。由于传感器转换成的电信号往往非常微弱，据查资料显示，对于非电量的微小变化，最小的信号几乎只有毫伏级，因此为了能将转化的微弱信号有效准确的识别出来，我们需要对采集到的微弱的信号进行放大、运算处理，因为放大后的信号存在一定的干扰，因此需要对其进行整形、滤波处理后，得到相对规则的脉冲信号，然后，利用单片机内部定时计数功能对该脉冲信号进行计数。非接触检测模式的ST188传感器，主要组成分为光电发射二极管、红外光接收三极管两部分，其检测距离在4-13mm可用，调整范围大，。下图是脉象信号的采集电路，红外发射和接收装置用U2表示，由于红外光发射二极管的电流大小与发射角大小成反比，及就是电流越大，发射角就越小，产生的发射强度也就越大，因此对电阻R10的选取十分重要。如果R10过大，经过红外光发射二极管的电流就会偏小，则会造成红外接收三极管无法准确的辨别是否有脉象信号。相反，如果R10过小，结果亦是如此。最后基于对红外接收三极管感应红外光灵敏度的考虑，最终选择R10的电阻值为470Ω。当手指离开传感器或者出现干扰情况时，为了防止它致泄露到LM358输入端造成错误指示，采用C4耦合电容把它隔断。在检测时一般出现以下两种情况：一个是高灵敏晶体三极管中存在的暗电流影响因素，使得输出电压偏低造成无脉期。另一个是有脉期；当有跳动的脉搏出现时，手指的透光性降低，虽然三极管中的暗电流减小，输出电压增大，但是由于光电采集到的脉象信号很微弱，因此采集到的信号首先经过C4耦合，由电阻R5、电容C5滤波以消除掉高频干扰后，再加到线性放大输入端。图3-2-1信号采集电路图3.3信号放大3.3.1放大器的介绍LM358属于双运算放大器。内部包含两个独立的高增益运算放大器。可实行单、双电源工作方式，在特定的条件下，电源电流与电源电压的大小无关。它的应用范围包括传感放大器、直流增益部件和所有其他的可用单电源供电的运算放大电路。LM358运算放大器的引脚排列图如下图所示。其中，输出端是1、7引脚；作为反相输入端的2、6引脚；同相输入端分别是3、5引脚；4引脚在双电源工作时为负电源，单电源工作时接地；8引脚是正电源；1、2、3引脚和5、6、7引脚分别为两个运放通道。图3-3-1LM358引脚排列图由于LM358二运放电路功耗低、可双电源工作、电源电压范围宽、价格便宜，因而被广泛应用在各种电路中。3.3.2信号调理电路由于本文系统采用的是通过光电传感器来采集脉象信号，光电模式对外界的干扰信号不具有很强的抗干扰能力，其中，一个尤为重要的问题是其传输的信号非常的小，因此，为了解决这个问题，会对放大电路有较多一些的要求。本此设计选择一款型号为LM358的放大器，如下图所示。由于光电采集到的脉象信号很微弱，因此采集到的信号首先经过耦合电容C4耦合，由R5、C5滤波消除高频干扰，LM358将信号进行放大。LM358放大器的内部包含了两个相互独立的带有频率补偿的双运算放大器，可用范围非常广泛。LM358在电路中还作电压比较器。当输入信号时，在比较器输入信号的每个后沿到来的时候输出低电平，脉搏心率测量状态用发光二极管进行直观地显示，测量时可以看到发光二极管随着脉搏心率的跳动而闪烁。同时，单片机/INTO脚接收到该脉冲电平信号，开始对心率的计算和显示。图3-3-2信号调理电路图3.4单片机最小系统3.4.1单片机复位电路由外部的复位电路实现STC89C52单片机的复位。上电自动复位和人工按键复位为单片机复位电路的两种方式：通过Vcc对外部复位电路的电容C充电实现复位的方式即就是上电自动复位,给RST引脚一个短暂的高电平信号，该信号随着电源对电容的充电过程逐渐回落，就可实现自动上电复位，及接通电源就完成了对系统的复位操作。按键复位电路是通过利用复位端经电阻与电源接通而实现的。本设计复位电路采用上述两种复位方式。如下图所示。图3-4-1按键复位电路3.4.2时钟电路时钟电路由晶体振荡、晶振控制芯片和电容组成。由于时钟信号的控制，STC89C52单片机的内部电路严格按照时序执行指令进行工作。常用的时钟电路分为内部时钟方式和外部时钟方式两种。引脚XTAL1和引脚XTAL2分别为STC89C51单片机内部用于构成振荡器的高增益反相放大器的输入端和输出端。引脚XTAL1和XTAL2上外接定时元件，内部振荡器就形成一个稳定的自激振荡器，下图所示为stc89c52单片机内部时钟方式的电路。通过使用现成的外部时钟振荡器产生时钟脉冲信号是外部时钟电路；其常用于多个单片机同时工作，以便于它们之间的同步。3-4-2内部时钟方式电路图3.4.3单片机的处理电路如下图所示，本系统的核心元件采用的STC89C52单片机，STC系列的单片机抗干扰性强、运作速度快、功耗低。在这里运用STC89C51单片机能快速、准确地进行采集和运算，由STC89C52的INTO引脚接收来自红外光电传感器和整形输出电路的脉冲电平，将单片机设为负跳变中断触发的方式，下降沿触发单片机产生中断并进行计时，每来一个下降沿，脉搏心率次数就增一；利用定时器中断完成一分钟的定时功能，单片机对一分钟内的脉冲次数进行累加。最后送到数码管进行实时显示。图3-4-3单片机处理电路图3.5显示电路3.5.1LED动态显示本设计采用LED数码管对脉搏跳动次数进行动态显示；单片机的P2.0-P2.3作为数码管动态扫描位驱动输出，P0口与数码管端口连接，控制显示器进行显示；由于单片机端口输出电流能力弱，不能直接驱动数码管，因此增加了三极管来驱动数码管工作。并且数码管价格低廉、稳定性高等。显示电路如图：图3-5-1LED数码管动态显示图3.5.2移动终端显示本文设计的脉象信号采集系统在显示部分增设了蓝牙模块，用来对心率波进行显示。开启后直接与手机端的蓝牙相连接，并结合一款专门用于显示心率波的app进行显示，以便我们能够直观的读取脉象心率信息。图3-5-2蓝牙模块3.6脉搏心率测量仪电路原理图图3-6电路原理图

第4章软件系统4.1程序模块设计系统的主程序作为单片机系统程序的框架，主要负责控制单片机按照预先的操作方式运行。系统上电后进行系统的初始化，完成对单片机内部寄存器、定时器和单片机的各端口工作状态的设定；唤醒单片机内部各小系统进行定时中断、外部中断以及显示等工作。图4-1主程序流程图4.2脉搏信号采集处理模块的设计此部分程序设计包含了定时器中断和外部中断等部分系统首先进行初始化。定时器中断服务程序主要进行计数、扫描、有无信号的工作；定时器完成一分钟的定时工作，单片机对一分钟内测得的数据进行统计。同时对按键进行检测，检测到有复位键按下就可以重新开始测试。外部中断服务程序主要进行脉象信号的测量、计算和读数。将单片机设为负跳变中断触发的方式，下降沿触发单片机产生中断并进行计时，每来一个下降沿，脉搏心率次数就加一；单片机内部定时器完成一分钟计时，最后计算出一分钟内的脉搏心率次数。图4-2外部中断流程图4.3显示模块的设计本文采用的LED数码管显示数字，该设计采用的动态扫描显示方式对测量中的脉搏心率跳动次数进行实时显示，从定时服务程序取得结果后，显示所测得的脉搏数；并通过蓝牙连接，在移动终端显示出脉象心率信息。图4-3数码管显示流程图

4.4设计实物展示图4-4实物展示

第5章总结与展望随着工业时代的发展，单片机现如今的应用已然是越来越广泛，俨然已成为计算机发展以及在生活中应用的方方面面，渗透在人们生活和工作的各个范畴，无论在哪个领域几乎都能找到单片机的踪迹。比如，我们生活中常见的全自动洗衣机、程控玩具、录像机、摄影机飞机的仪器仪表等各种智能仪器，都离不开单片机技术。放眼望去整个科技时代，单片机技术被应用到我们的生活就是一个跨时代的影响，它让老旧的控制系统设计思想和方法从根本上得以改变。传统上必须由数字电路或者模拟电路实现的，如今应用单片机软件技术方法即就可以实现大部分功能。这种微控制技术是对传统控制技术的一次革新，通过利用软件来代替硬件。单片机软件控制技术越发受到人们的青睐。本论文的工作重点主要向大家介绍单片机是如何被应用在脉象信号采集系统当中，以及光电式脉象检测又是如何在医学上发挥作用的。本文设计程序采用的C语言进行编程，程序的可读性较好。程序中对前一次测量的脉搏心率数据进行了自动保存，并利用数码管以及移动终端app分别对心率跳动次数和心率波进行实时显示。执行过程中如若出现干扰，则忽略该干扰而不显示，从而降低读入数据的误差。此设计是分别从各个硬件系统对光电式脉象检测进行设计分析，利用单片机最小系统实现了脉搏心率的测量，其实现过程是由光电传感器采集脉冲信号转化为电信号，经过信号放大、滤波和整形电路，然后通过单片机的外部中断获取输出的信号并将心率的跳动次数在数码管上进行显示，再经过蓝牙模块与移动终端的连接，在手机上实现对心率波的显示。该设计主要利用单片机自身的外部中断、定时中断、计数等功能，不仅实现对此次脉搏心率测量的次数的显示，存储这个数据，还能显示脉搏心率波动情况；另外增设了蓝牙与智能手机端完成连接显示心率图。本次所设计的脉搏信号采集系统结构简单、操作方便、采集迅速，具有实际应用意义。在此次毕设过程中，首先，特别感谢我的导师在我毕业设计期间不厌其烦的精心辅导，孜孜不倦的回答我不懂得的问题，谢谢王老师的耐心和温和让我得以顺利地完成此次设计。由于本人的学习时间相对有限以及目前所掌握的知识不够充分，本次设计虽然得以完成，但其中定有许多不足之处，例如：此外本次设计的脉象信号采集仪的功能相对来说比较单一，程序编写得不是足够简练，电路板焊接得不够美观，采用的光电传感器灵敏度不够高等等；其次，本文中对脉象信号采集要求不高，如若抗干扰程度提高后，脉象信号采集系统的整个控制系统将被要求更好。不仅其反应速度要做到更敏捷，其执行速度也要提高，与此同时还要求其稳定性得到升华。因此，若往后的研究中脉象信号采集系统设计的环境信息变得更加真实和复杂，需要对脉象信号采集系统的抗干扰性以及精确性进一步提高。并且本人相信科技的进步势必会使测量仪的功能日益完善，其应用领域也将会随着科技技术的发展不断扩大，将会给我们的生活带来更大更多的便利。

第6章附录#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitwei1=P2^0;sbitwei2=P2^1;sbitwei3=P2^2;sbitwei4=P2^3;unsignedchari=0,timecount=0,displayOK=0,rate=0,aa=0;unsignedinttime[6]={0};ucharcodetable[]={0xc0,0xcf,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};voidSendByte(uchardat){SBUF=dat;while(!TI);TI=0;}voidDelayMs(unsignedintz){unsignedintx;for(;z>0;z--)for(x=110;x>0;x--);}voiddisplay(ucharbai,ucharshi,ucharge){ wei1=0; P0=bai; DelayMs(1); wei1=1; P0=0xff; wei2=0; P0=shi; DelayMs(1); wei2=1; P0=0xff; wei3=0; P0=ge; DelayMs(1); wei3=1; P0=0xff;} voidmain(){ TCON=0x01; EX0=1; TMOD=0x21; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; ET0=1; TR0=0; EA=1; SCON=0x50;TH1=0xfd;TL1=0xfd;TCON=0x40;TR1=1;ES=1; while(1) { if(displayOK==1) { rate=60000/(time[1]/5+time[2]/5+time[3]/5+time[4]/5+time[5]/5); while(1) { SendByte(rate); display(table[rate/100],table[rate/10%10],table[rate%10]); } } DelayMs(300); }}voidex0()interrupt0{ EX0=0; if(timecount<8) { TR0=1; } else { time[i]=timecount*50+TH0*0.256+TL0/1000; TL0=(65536-50000)%256; TH0=(65536-50000)/256; timecount=0; i++; if(i==6) { i=1; displayOK=1; } } EX0=1;}voidet0()interrupt1{ TL0=(65536-50000)%256; TH0=(65536-50000)/256; timecount++; if(timecount>25) { i=0; timecount=0; displayOK=0; TR0=0; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; }}voidRSINTR()interrupt4using2{ if(RI==1) { RI=0;