基于-单片机脉搏测量仪设计.docx
意义：医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数，方法是用手按在病人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进展计数。为了节省时间，一般不会作1分钟的测量，通常是测量10秒钟时间心跳的数，再把结果乘以6即得到每分钟的心跳数，即使这样做还是比拟费时，而且精度也不高。而该系统以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，并利用单片机系统部定时器来计算时间，由光敏三极管感应产生脉冲，单片机通过对脉冲累加得到脉搏跳动次数，时间由定时器定时而得。系统运行中能显示脉搏次数和时间，系统停顿运行时，能够显示总的脉搏次数和时间。目的:实现脉搏波的实时存储并可实现与上位机（PC机）的实时通讯,作为多参数病人中心监护系统的一个模块完成心率检测和脉搏波形显示。2.1光电脉搏测量仪的构造光电脉搏测量仪是利用光电传感器作为变换原件，把采集到的用于检测脉搏跳动的红外光转换成电信号，用电子仪表进展测量和显示的装置。本系统的组成包括光电传感器、信号处理、单片机电路、数码显示、电源等局部。1 .光电传感器即将非电量（红外光）转换成电量的转换元件，它由红外发射二极管和接收三极管组成，它可以将接收到的红外光按一定的函数关系（通常是线性关系）转换成便于测量的物理量（如电压、电流或频率等）输出。2 .信号处理即处理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）。3 .单片机电路即利用单片机自身的定时中断计数功能对输入的脉冲电平进展运算得出心率（包括T89C51.外部晶振、外部中断等）。4 .数码显示即把单片机计算得出的结果用8位1ED数码管静态扫描来显示，便于直接准确无误的读出数据。5 .电源即向光电传感器、信号处理、单片机提供的电源，可以是5V-9V的交流或直流的稳压电源。2. 2工作原理本设计采用单片机AT89C51为控制核心，实现脉搏测量仪的根本测量功能。脉搏测量仪硬件框图如下列图1.1所示：图1.1脉搏测量仪的工作原理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。单片机电路时输入的脉冲信号进展计算处理后把结果送到数码管显示。硬件：第三章根本元器件介绍3. 1T89C51简介AT89C51是美国ATME1公司生产的低电压、高性能的CMoS8位单片机，片含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATME1公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统,片置通用8位中央处理器(CPU)和F1ash存储单元，功能强大AT89CS1单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。3.1.1AT89C51的主要性能AT89C2051是ATME1公司生产的带2K字节闪速可编程可擦除只读存储器(EEPRoM)的8位单片机，它具有如下主要特性，如图1.2所示:(1)和MCS-51产品的兼容(2)2K字节可重编程闪速存储器(3)耐久性：1,000写/擦除周期2.7V6V的操作围UCP17P16P15P14P13P12P11(INDP1O(AW)Ri7(5)全静态RST操作：OHZ24WI祝6)P3.0 两级加密程序除艇田1VTf1O 128X8位部RAM八HXI71 根可编程r强舸2 两个16位定上聊粗微电 六个中断源(1©F3.4 可编程串行UAR两盥5(N) 直接1ED驱动输出 片模拟比拟器图12AT89C2051的构造框图 低功耗空载和掉电方式 和MCS-51产品的兼容 2K字节可重编程闪速存储器 耐久性：1,000写/擦除周期 2.7V6V的操作围 全静秘傕OHz-24MHz 两级加密程序存储器 128X8位部RAM 15根可编程I/O引线 两个16位定时器/计数器 六个中断源 可编程串行UART通道 直接1ED驱动输出 片模拟比拟器 低功耗空载和掉电方式 和MCS-51产品的兼容 2K字节可重编程闪速存储器 耐久性：1oOO写/擦除周期 2.7Y6V的操作围 全静态操作：OHZ24MHZ 两级加密程序存储器 128X8位部RAM 15根可编程I/O引线 两个16位定时器/计数器 六个中断源 可编程串行UART通道 直接1ED驱动输出 片模拟比拟器 低功耗空载和掉电方式。3.1.2AT89C2051的构造框图AT89C2051是一带有2K字节闪速可编程可擦除只读存储体（EEPROM）的低电压，高性能8位CMOS微型计算机。如图1.3所示。它采用ATME1的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS-51指令集和引脚构造兼容。通过在单块芯片上组合通用的CP11和闪速存储器，ATME1AT89C2051是一强劲的微型计算机,它对许多嵌入式控制应用提供一高度灵活和本钱低的解决方法。构造根本一致（除模拟比拟器外），引脚RST、*TA11.*TA12的特性和外部连接电路也完全与51系列单片机相应引脚一致,但P1口、P3口有其独特之处。3. 1.3AT89C2051的引脚说明AT89C2051是一个有20个引脚的芯片，与8051部构造进展比照可发现，AT89C2051减少了两个对外端口（即P0、P2口），使它最大可能地减少了对外引脚，因而芯片尺寸有所减少。如表11所示：AT89C2051芯片的主要引脚功能为：1. Vcc：电源电压。2. GND：地。3. P1口：P1口是一8位双向I/O口。口引脚P12P17提供部上拉电阻。P1O和P1.1要求外部上拉电阻。P1O和P1.1还分别作为片精细模拟比拟器的同相输入（A1NO）和反相输入（A1N1）。P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动1ED显示。当P1口引脚写入“1"时,其可用作输入端。当引脚P12P17用作输入并被外部拉低时,它们将因部的上拉电阻而流出电流（II1）。P1口还在闪速编程和程序校验期间接收代码数据。4. P3口：P3口的P3.0P3.5、P3.7是带有部上拉电阻的七个双向I/O引脚。P3.6用于固定输入片比拟器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可。P3口缓冲器可吸收20v电流。当P3口引脚写入I"时，它们被部上拉电阻拉高并可用作输入端。用作输入时,被外部拉低的P3口引脚将用上拉电阻而流出电流（II1）OP3口还用于实现AT89C2051的各种功能,如下表IOT所示。P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。5. RST：复位输入。RST一旦变成高电平,所有的I/O引脚就复位到"1"。当振荡器正在运行时，持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。6. *TA11:作为振荡器反相放大器的输入和部时钟发生器的输入。7. *T12:作为振荡器反相放大器的输出。表1.1P3口的功能端口引脚功能P3.0R*D（串行输入端口）P3.1T*D（串行输出端口）P3.2INT0（外中断0）P3.3INT1（外中断1）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）从上述引脚说明可看出，AT89C2051没有提供外部扩展存储器与I/O设备所需的地址、数据、控制信号,因此利用AT89C2051构成的单片机应用系统不能在AT89C2051之外扩展存储器或I/O设备，也即AT89C2051本身即构成了最小单片机系统。路工作后，在加两个机器周芯片部开场进如图1.4所3.1.4复位电时钟电路REST管脚上期的高电平，展初始复位，7Jo图1.5振荡电路图振选择频率为选择30pF如图算得单片机工为：12M)=IuSo感器简介方法具有精度3.1.5振荡电路本设计晶12MHz,电容1.5所示。经计作胡机器周期12×(1÷3.2光电传光电检测高、反响快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的构造简单，形式灵活多样,因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号(红外、可见及紫外光辐射)转变成为电信号的器件。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、外表粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。在此次设计中我们采用的是光电传感器中最常见普遍的光敏二极管做红外接收二极管和光面三极管做红外发送三极管。光敏二极管光敏二极管是最常见的光传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小(<µA),称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。3.2.2光敏三极管光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。光敏三级管的外型与一般三极管相差不大，一般光敏三极管只引出两个极一一发射极和集电极，基极不引出，管壳同样开窗口，以便光线射入。为增大光照，基区面积做得很大，发射区较小，入射光主要被基区吸收。工作时集电结反偏，发射结正偏。在无光照时管子流过的电流为暗电流ICeO=(1+)Icbo(很小)，比一般三极管的穿透电流还小；当有光照时，激发大量的电子-空穴对，使得基极产生的电流Ib增大，此刻流过管子的电流称为光电流，集电极电流IC=(1+)Ib,可见光电三极管要比光电二极管具有更高的灵敏度。光电传感器检测原理检测原理是：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，组织半透明度则增大；这种现象在人体组织较薄的手指尖、耳垂等部位最为明显。因此本设计将光敏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。由于手指动脉血在血液循环过程中呈周期性的脉动变化，所以它对光的反射和衰减也是周期性脉动的，于是光敏接收三极管输出信号的变化也就反映了动脉血的脉动变化。故只要把此电信号转换成脉冲并进展整形、计数和显示，即可实时的测出脉搏的次数。3. 31ED的综述在单片机的应用系统中，为了便于人们观察和监视单片机的运行情况，常常需要用显示器显示运行的中间结果、状态等信息，因此显示器也是不可缺少的外部
