基于单片机的心率监控系统Word文档格式.docx
- 文档编号:16167866
- 上传时间:2022-11-21
- 格式:DOCX
- 页数:19
- 大小:168.99KB
基于单片机的心率监控系统Word文档格式.docx
《基于单片机的心率监控系统Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机的心率监控系统Word文档格式.docx(19页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
在医学上,通过测量人的心率,便可初步判断人的健康状况。
本课题设计完成了一个基于51单片机的心率监测系统。
系统以AT89C51单片机为核心,以红外发光二极管和光敏三极管为传感器,利用单片机系统内部定时器来计算时间,由光敏三极管感应心跳脉冲,单片机通过脉冲累加得到心脏跳动次数,在数码管上显示心跳次数和时间。
系统实现了心率的实时监测与显示、定时测量以及报警提醒等功能。
实验结果表明,系统工作正常,测量灵敏度高,实现了设计功能。
关键词:
心率监测;
AT89C51单片机;
光电传感器
Abstract
Heartrategenerallyreferstothenumberofheartbeatsperminute.Itisoneofthephysiologicalindexesinclinicalroutineexamination.Theheartratemonitoringsystemhasbeenwidelyusedinourdailylife.Inmedicine,itcanpreliminarilydeterminethehealthstatusbymeasuringheartrate.Thispaperproposesanewsystembasedonasingle-chipmicrocomputerandtwosensorsofaninfraredlightemittingdiodeandaphototransistor.Thesensorsdetectheartbeatingandthesingle-chipmicrocomputergetsthefrequencybyaccumulatingthetimesofheartbeating.Thetimeisobtainedbytheinnertimerofthesingle-chipmicrocomputer.Thissystemcannotonlydisplaytheheartrate,thetesttimeonline,butalsogivealarmingasaremindingwhentheheartrateisnotnormal.Thetestresultshowsthatthesystemworkswellwithhighsensitivityandshortdelay.Ithasrealizedthefunctionsofdesign.
朗读
显示对应的拉丁字符的拼音
字典
Keywords:
Heartingratemonitoring;
AT89C51single-chipmicrocomputer;
Photoelectricsensor
第一章概述
1.1选题背景和意义
心率(HeartRate)是用来描述心跳周期的专业术语,是指心脏每分钟跳动的次数,它不仅是反映心脏功能强弱的重要标志,也是反映人体运动强度的生理指标。
心率携带有丰富的人体健康状况信息。
进入21世纪以来,科技不断的发展,电子产品越来越多,系统的价格越来越便宜;
产品的科技含量比例也越来越大,性能越来越可靠。
人们日常的生产、生活都在慢慢走向高度自动化和智能化。
医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟心跳数,方法是用听诊器放在胸口处,根据心脏的跳动进行计数。
为了节省时间,一般不会作1分钟的测量,通常是测量10秒内的心跳数,再把结果乘以6得到每分钟的心跳数,这样做还是比较费时,而且精度也不高。
为了提高心率测量的精确性与速度,多种心率监测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。
随着国民经济的不断发展,人们生活水平不断提高,健康已成了人们关注的焦点和追求的目标。
目前心率监测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心率监控仪。
1.2心率监测系统的发展与应用
随着科学技术的发展,心率监测技术也越来越先进,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监测系统,其关键在于对心率传感器的研究。
起初用于体育测量的心率测试仪主要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。
过去在医院临床监护和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、加减压过程造成不适、心率检测的精确度低等缺点。
近年来国内外致力于开发无创非接触式传感器,这类传感器的重要特征是测量探测部分不侵入机体,不会造成机体创伤,能够自动消除系统误差,测量精度高,通常在体表间接测量人体的生理和生化参数。
人体心室周期性的收缩和舒张引起主动脉的收缩和舒张,是血压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病理信息作为临床诊断和治疗的依据,历来都受到了中外医学界的重视。
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滤波以满足采集的要求。
第二章心率监测系统工作原理
本设计采用单片机AT89C51为控制核心,实现心率监测系统的基本测量功能。
该系统的硬件框图如下图所示:
当手指放在红外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,血管中血液饱和度的变化会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,这就使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之后把结果送到数码管显示。
第三章硬件系统设计
3.1光电传感器结构
传感器由红外发光二级管和接收三极管组成。
采用GaAs红外发光二极管作为光源时,可基本抑制由呼吸运动造成的心率波曲线的漂移。
红外接收三极管在红外光照射下能产生电能,它的特性是将光信号转换为电信号。
在本设计中,红外接收三极管和红外发射二极管相对摆放以获得最佳的指向特性。
从光源发出的光除了被手指组织吸收以外,一部分由血液漫反射返回,其余部分透射出来。
光电式心率传感器[8]按照光的接收方式可分为透射式和反射式两种。
其中透射式的发射光源与光敏接收器件的距离相等并且对称布置,这种方法可较好地反映出心律的时间关系。
因此本系统采用了指套式的透射型光电传感器,实现了光电隔离,减少了对后级模拟电路的干扰。
结构如图3.2所示。
图3.1透射式光电传感器
3.2信号取样电路
硬件电路中,关键部分在于心率信号的检测。
系统采用红色发光二极管和硫化镉光敏电阻组成透射遮光指套式光电传感器。
红色发光二极管稳定性好,遮光指套式的装置减少了外界光的干扰,只需将待测手指插入,便可进行测量.测试时,被测手指正好处在发光二极管和光敏电阻之间,这样一来,光敏电阻的阻值便将随着手指的血容量的变化而变化。
心率信号取样电路如图3.2所示,U4是红外发射和接收装置,由于红外发射二极管中的电流越大,发射角度越小,产生的发射强度就越大,所以对R17阻值的选取要求较高。
R17选择270Ω同时也是基于红外接收三极管感应红外光灵敏度考虑的。
R17过大,通过红外发射二极管的电流偏小,红外接收三极管无法区别有心跳和无心跳时的信号。
反之,R17过小,通过的电流偏大,红外接收三极管也不能准确地辨别有心跳和无心跳时的信号。
硬件系统是通过检测指尖来采取脉搏信号,从而得到心率信号。
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U3A输入端而造成错误指示,用C8、C10串联组成的双极性耦合电容把它隔断。
图3.2信号采集电路
3.3信号放大电路
LM324是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装.它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运放相互独立。
每一组运算放大器可用图3.3所示符号来表示,它有5个引出脚,其中“+”、“-”为两个信号输入端,“V+”、“V-”为正、负电源端,“Vo”为输出端。
两个信号输入端中,Vi-(-)为反相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反;
Vi+(+)为同相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。
LM324的引脚排列见图3.4。
图3.3运算放大器图3.4引脚排列
由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽,静态功耗小,价格低廉等优点,被广泛应用在各种电路中。
3.4低通放大电路
由于通过光电传感器接收到的信号极其微弱,容易被其外围电路所干扰,因此系统必须为信号处理电路提供电源。
检测到的信号经过LM324放大器放大后仍存在较大的偏置电压,因此必须在信号输入端加滤波电容,将电路中的直流成份滤掉并保证不影响交流信号的传递。
该系统按人体心率在运动后跳动次数达200次/分钟的计算来设计低通放大器,如图3.5所示。
R24、C6组成低通滤波器以进一步滤除残留的干扰,截止频率由R24、C6决定,运放U3A将信号放大,放大倍数由R22和R24的比值决定。
经过低通放大后输出的信号是叠加有噪声的脉动正弦波。
图3.5信号低通放大电路
根据一阶有源滤波电路的传递函数,可得:
(3.1)
放大倍数为:
()(3.2)
截止频率为:
(3.3)
按人体心率跳动为200次/分钟时的频率是3.3Hz考虑,低频特性是令人满意的。
波形如图3.6所示。
图3.6脉动正弦波
3.5单片机控制电路
本设计采用单片机最小系统作为信号的处理电路,如图3.7所示,来自取样和整形输出电路的脉冲电平输入单片机AT89C51的/INTO脚,单片机设为负跳变中断触发模式,每次脉冲下降沿到达时触发单片机产生中断并进行计时,来一个脉冲心跳次数就加一;
定时器中断主要完成一分钟的定时功能。
图3.7单片机处理电路
3.6LED显示电路
本设计采用LED数码管动态扫描来显示数据。
两个4位的共阳极LED数码管组成8位显示,其中0、1两位显示测量中的时间,3、4两位显示测量中的心跳次数,6、7两位用来显示上次测量的数据,如图3.8所示。
单片机P0口控制显示字型,P2口控制显示字位。
图3.8单片机处理电路
3.7报警电路
报警电路部分如图3.9所示,它使用的是一个蜂鸣器,其一端接P1.1,另外一端接地。
当P1.1为高电平是就发出嘟的声音,为报警提示音。
在系统初始化完成时会“嘟、嘟、嘟”连响三声,系统正常运行后在出现生理参数超出正常阈值时,报警电路会嘟嘟嘟的报警到生理参数回到正常
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 心率 监控 系统
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)