论文总字数：16874字

目 录

1.课题研究现状和意义 1

1.1课题研究现状 1

1.2课题研究意义 1

2.设计任务要求及设计难点分析 2

2.1设计任务 2

2.2设计要求 2

2.3设计难点和考察的知识技能 2

3.系统方案的论证与选择 2

3.1主控芯片的选择 2

3.2传感器的选择 3

3.3低通滤波器的选择 5

3.4比较器芯片的选择 6

3.5捕获脉搏的方式 7

3.6显示模块的选择 7

3.7无线传输模块的选择 9

4.系统设计 10

4.1系统总体设计 10

4.2硬件电路设计 11

4.2.1低通滤波电路 11

4.2.2电压比较器电路 12

4.2.3 LCD12864原理图 12

4.2.4 MSP430最小系统原理图 13

4.2.5复位电路原理图 14

4.2.6 HC05芯片管脚使用说明 14

4.2.7 OP07芯片部分参数 14

4.2.8 LM339芯片部分参数 15

4.3软件设计 15

4.3.1软件总体设计流程图 15

4.3.2蓝牙串口模块初始化程序流程图 16

5.抗市电干扰的措施 17

6.测试方法与测试结果 18

6.1测试方法 18

6.2测量仪器 18

6.3测试中遇到的各种问题和解决方法 18

6.4测试结果 19

6.5系统实物图 19

6.6手机蓝牙串口APP显示图 19

6.7单片机LCD12864显示效果图 20

结论： 21

参考文献： 22

致谢 23

一种数字脉搏测量仪设计

于步云

, China

Abstract: Pulse is signal of the arterial pulse, a reflection of the body's internal health and an important signal. Pulse measurement system can capture the pulse wave in the extraction of human physiological information. Use pulse data as a basis for clinical diagnosis and treatment, can timely detect and prevent diseases.This system uses MSP430F149 as the core and uses ST168 photoelectric sensor to capture signal. After filtering, amplification, shaping and other processing, the signal can be collected by microcontrollers. Signals are processed and calculated by microcontrollers, and display on the LCD12864.MSP430F149 microcontrollers send the information of signals to mobile phone by HC05 bluetooth module.

Keywords: Pulse measurement Filter circuit. Shaping circuit. Bluetooth communication.

1.课题研究现状和意义

1.1课题研究现状

随着现代科技水平的发展和人民生活质量的提高，人们对于医疗水平的要求越来越高，新兴的检测手段和医疗仪器层出不穷。对于人体各项生物指标参数的测量，以及生物数据用于衡量人体健康，越来越成为研究的热点领域。虽然新技术新手段不断出现，然而中医传统的脉诊依然对于医学临床治疗有着极为重要的意义。中医脉诊传统的诊断方法属于人为的主观诊断，医生的判断很容易受到各种各样的因素影响，这就使得诊断的准确度大大降低。如果将传统的中医脉诊和现代的科学仪器测量结合起来，势必会大幅度提高人体脉搏的测量精度，对医生的诊断起到很大的帮助。

随着现代科技的发展进步，各种测量设备也在不断升级优化，测量仪器越来越便携、可靠。脉搏是人体重要的健康参数指标，为了获得脉搏波的信息，必须设计一种可靠便携的脉搏测量设备。脉搏波形的强度、频率周期等信息，反映出了人体的血流特性，可以推断出人体的健康水平，所以脉搏测量系统具有很高的生物医学价值。但是脉搏信号是微弱的人体信号，频率很低，而且在很强的环境噪声下，必须经过放大电路、滤波电路、比较器电路进行信号处理，在满足采集要求后，还要对波形信号进行采集、计算处理、输出显示和数据传输，才是一个完整的脉搏测量仪器。设计一个优秀可靠的脉搏测量仪器是非常困难的，因为脉搏信号微弱且掺杂有大量干扰信号，信号处理工作要求比较苛刻，必须得进行反复测试和优化电路，现在很多脉搏测量仪，测量结果并不是很精准，且功能太过于单一，往往只有数码管显示和声音报警功能，这在科技迅速发展的今天显然是不够的。

1.2课题研究意义

在科技发展的今天，新型技术设备层出不穷，基于谷歌公司开发的安卓操作系统设备出货量早已突破每年十亿台，如果能开发出一种能够将脉搏数据无线传送至安卓设备的脉搏测量系，无疑会让脉搏测量的灵活性极大提高。

Android（安卓）是一种由Google公司开发的基于Linux的自由开发的操作系统，开放了源代码，主要在各种移动设备上应用，如安卓智能手机。安卓平台的自由度极高，可以进行很多的自由编程，在各种各样的设备广泛应用。现在安卓系统的手机和平板正在迅速普及，产品价格低廉且性能良好可靠，若设计一种可以将脉搏波形信号无线传输给安卓智能设备的便携式数字脉搏测量仪，在安卓设备上进行脉搏信号显示和储存，那么将大大降低医疗成本。正规的医疗仪器昂贵且难以携带，采用这种便携式的数字脉搏测量仪，可以将波形信号数据存储到安卓手机或者平板中，即可以当作医疗仪器使用，也可以当作波形数据存储仪器，将波形数据存储下来传输到正规医疗仪器上，可以大大提高脉搏测量的灵活度。

现在脉搏测量传感器研究已经比较成熟，然而后续的脉搏信号处理、显示、存储研究却很匮乏。很多的测量仪器仅仅就是简单的声光电显示，对于波形的整体测量和显示工作非常不足，而且也极少有传输功能。在高度信息化的现代社会，各种仪器之间的数据传输、存储是不可避免的，如果只是对脉搏进行频率和强度的测量，是不能满足现代医学设备要求的。而且现在安卓平台飞速发展，很多的智能设备都是基于安卓平台，如果设计一种能将脉搏波形信号数据传输到安卓设备的数字脉搏测量仪，将极大的提高脉搏测量的灵活性。本脉搏数字测量仪不仅进行脉搏信号的测量处理，完成基础功能的同时，更主要的是进行数据的无线传输功能，而且在安卓设备上进行显示。

2.设计任务要求及设计难点分析

2.1设计任务

本课题要求利用压电传感器对脉搏信号进行采集，设计制作后级滤波电路、整形电路等，将波形变换为适合单片机测量的矩形波或者脉冲波，单片机采集脉搏信号实时显示测量结果，并通过蓝牙将脉搏数据传输到安卓平台设备上。

2.2设计要求

（1）实现脉搏的可穿带采集。

（2）脉搏信号的滤波处理。

（3）脉搏信号测量数据实时显示，脉搏测量精度：≤±3次/分钟。

（4）基于安卓平台和蓝牙的脉博信息传输及处理和显示。

2.3设计难点和考察的知识技能

（1）压电传感器的使用（A/D转换），并且需要将脉搏波形处理成MSP430单片机

能够接收的合适的信号。

（2）正常人的脉博平均为60-80次/分钟，也就是频率范围为0.5-1Hz，所以需要对高频信号进行数字滤波处理。需要设计一个低通滤波器，将干扰测量结果的高频率波滤除。

（3）目前常用的电子设备使用频率为50HZ的市电电压，这种电磁辐射会对脉搏检测系统产生很大干扰，使测量结果产生异常，这就是工频干扰。需要进行电源滤波电路设计将此干扰减弱。

（4）蓝牙通讯，由于脉搏频率低，蓝牙传输速率完全满足要求，所以串口设置蓝牙通讯频率不需要太苛刻。

（5）基于安卓平台的软件界面设计。

3.系统方案的论证与选择

3.1主控芯片的选择

方案一：AT89C52是一个低电压，高性能8位单片机，是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。虽然52系列单片机功耗非常低，但是在目前的运算量下8位单片机的性能已经很难满足要求，可靠性也非常一般，并且单片机资源上也不是很够，不适合作为该设计的主控芯片。

方案二：MSP430系列单片机是一种以超低功耗为卖点的单片机。这是一种16位单片机，其处理能力强，运算速度较快。这种单片机的一大特点是采用了精简指令集（RISC）结构，片内资源较为丰富，比起C51（52）系列单片机运算能力强上很多^[6]。MSP430系列单片机拥有较多的中断源，中断可以互相嵌套，应用非常自由灵活^[1]。系统还拥有超低功耗模式，在这种模式下中断唤醒时间也极短^[8]。使用MSP430系列单片机，功能完全可以满足本设计的要求，并且编程非常灵活简便，所以选择了这种单片机作为主控芯片。

方案三：STM32F103是一种性能高、成本较低、低功耗的32位单片机，运算速度比C51（52）系列单片机和MSP430系列单片机都快。STM32F103的性能非常强大，完全满足该设计的运算要求，且单片机资源非常丰富。但是使用STM32F103比使用MSP430F149单片机成本高出很多，且MSP430F149完全能够满足该设计要求，故不必选择该芯片作为主控芯片。

综上所述，针对这个课题要求，我选择了MSP430F149作为主控芯片。这种单片机编程灵活方便，功能强大，完全可以满足该设计的各项指标要求。

3.2传感器的选择

方案一：压电传感器

一次性心电电极是一种常见的脉搏传感器，在医院、社区等各种场所都能看到这种传感器的身影。这种传感器使用的接扣与敏感区是分离的，使用这种测量方法，能够有效抑制外界干扰。传感器的核心部件是电极，电极的质量直接决定了传感器采集数据的精确程度。使用的电极必须有以下优点：（1）电极的吸附力必须较强，能吸附在人体表面不脱落，并且佩戴较为舒适。（2）极化电压较低（3）导电性必须较好等优点。当选用这种电极传感器时,需要在人体表面构成标准导连，即为需要3个电极分别置于左右手和左腿。这种方法人体身上佩戴的传感器较多和线缆较多，非常繁琐且非常不舒适，不太适合作为本设计的传感器。

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