摘 要

很长一段时间里，对于人体的脉搏的测量，无论是中国医生，还是国外医生都非常看重。尤其是在中医中，脉搏波形显示了血流的速度，血液波动强度和节奏等，这些往往反映出人体的心血管系统中的许多生理病理。通过传感器将人体的脉搏波转换成电信号，然后测量和分析这个电信号，便可以对人的机体有一个大体把握，提供给疾病的预防和治疗一定的参考。光电传感器可以捕捉到人体的脉搏信号，本文就是通过光电传感器获取脉搏，然后在单片机中可以完成脉搏次数的计量，并且将其进行存储，在数码管上呈现出来。脉搏测试仪在我们的生活中有着极其重要的作用，并且它的精度和准确性都在不断地提高。

关键词：脉搏测量仪 光电检测 单片机

Abstract

For a long time, the pulse measurement of the human body is highly valued by Chinese doctors and abroad. In traditional Chinese medicine, pulse waveform shows the speed of blood flow, the intensity and rhythm of blood fluctuation, which often reflect many physiological and pathological changes in the cardiovascular system of the human body. The pulse wave of the human body is converted into an electrical signal by a sensor, and then the measurement and analysis of the signal can provide a general grasp of the human body and provide a certain reference for the prevention and treatment of the disease. The photoelectric sensor can capture the pulse signal of the human body. In this paper, the pulse is obtained through the photoelectric sensor, and then the pulse number can be measured in the single chip computer, and it is stored and presented on the digital tube. Pulse tester plays an extremely important role in our life, and its accuracy and accuracy are constantly improving.

Key words: pulse measuring instrument photoelectric detection singlechip

目录

第1章 绪论 1

1.1 脉搏 1

1.2 背景和意义 1

1.3 脉搏测试仪的发展 2

第2章 脉搏测量仪方案设计 4

2.1 传感器的选用 4

2.2 整形电路设计 6

2.3 整体电路设计 7

第3章 电路与软件设计 8

3.1 单片机控制系统 8

3.1.1 晶振电路 8

3.1.2 电源电路 8

3.1.3 复位电路 9

3.2 脉搏采集电路 10

3.3 放大电路 11

3.4 整形电路 12

3.5 数码管显示电路 13

3.6 控制软件设计 14

3.6.1 系统初始化 14

3.6.2 计数器程序 15

3.6.3 显示程序 15

3.7 整体电路仿真 16

第4章 电路器件的选用 18

4.1 光电传感器 18

4.2 单片机 18

4.3 数码管 18

4.4 集成运算放大器 19

第5章 数据采集和误差分析 21

5.1 实物图片 21

5.2 整体系统调试 22

5.3 结果误差分析 23

5.4 电路提高 23

第6章 分析与总结 25

参考文献 26

附录 27

致谢 28

第1章 绪论

1.1 脉搏

英语单词Pulse，就是我们常说的脉搏。它指的是人类皮表可以感受到的血夜脉动。人类的循环系统主要完成氧气、二氧化碳、营养及垃圾的运输，由心脏血液以及流经的管道所组成。血管中的液体经过人体心脏的心室泵出流入主要动脉血管，然后流经到整个身体的所有血管。充满弹性的结缔组织与肌肉所形成通道组成了人体动脉。充沛的血液进入动脉将会使动脉血压变大而导致管径膨胀，我们在身体表皮非常浅的血管就可已感觉到此膨胀，这就是我们称作的脉搏^[1]。脉搏就是动脉的搏动，脉搏频率即脉率。普通人脉率有规律，不会出现脉搏跳动时间长短不同的情况。一般人脉搏强度相差不大，不会出现强弱波动的现象。一般来讲，一个成年的男人每分钟一般跳动搏动60～80次；而成年的女人是7O～90次每分钟；3岁以下孩子超过100次每分钟；另外刚出生的小孩每分钟大约是140次；体育运动比较多的人每分钟则为45～6O次。

脉搏和心率是一致的，测量脉搏可以了解基本的生命特征和心跳频率的情况测量脉搏可以了解心率的快慢，需要结合其它的症状和表现来判断是否有异常脉搏是由心脏的收缩使血液通过动脉所产生的节律性波动。

1.2 背景和意义

在我国古代中医的行医方法中，“望、闻、问、切”是看病的重要方法，这让“查脉”成为知晓患者身体情况的重要方法，在人体脉搏信号中所蕴藏的丰富信息能够成为医生替患者的诊疗和开药提供了重要参考^[2]。

因为脉搏的重要意义，我们通过采集和获取人体准确的脉搏信号，就能得到大量的机体信息。医疗使用的脉搏检测仪有许多优点，首先利用传感器获得患者的脉搏信号和信息，通常对个人的身体是不会造成不利影响的。其次脉搏采集属于检测有没有脉博的测量，有脉搏时挡住光线，没有脉搏时光线可以更好穿过，所采用的传感器是红外线接收的二极管和红外线发射的二极管。它的使用方法和步骤非常容易，这也让其的使用非常方便，受到消费者和各位医学专家教授的普遍欢迎。

纵观整个发展过程，通过脉搏的获取，来了解人类的机体健康信息已经渐渐成为一种常态，同时由于脉搏采集仪具有许多的优点，它在市场应用方面的前景非常广泛，也具有非常大的实际应用意义。我想，未来的医学中，脉搏必定是科研探究的一个火热话题。我们将如今快速进步的电子技术应用于脉搏的医用检测，在极大地推动医学医疗仪器的发展与生产的同时，还会带来高技术脉搏电子检测仪在医学产品领域占据重要位置，巨大的消费市场大门会慢慢拓宽。

今天，在国际医学研究领域中，有大量国家的医生和学者都有着各自的脉搏信号采集的设计方法和研究思路，许多有着高效和精确的测量设备和测量装置存在，不过它们的设备和仪器难免会有这种或这那种的缺陷^[3]。最后，原有的设计思想和解决方案并没有用于大规模的工业产品的生产，因此不适用于医学检测。例如，一些医疗测量仪器虽然效率高、准确，但价格昂贵，无法被普通消费者所覆盖。或者一些电子医疗测量产品可以收集精确的脉搏信号，因为测量需要精确地固定。这就导致操作环境要求太理想，在正常情况下不能正确测量。此外，一些仪器设备过于复杂，无法操作，不具备广泛推广的条件。因此，它们不能被推销为产品销售。还有许多医疗器械只不过是存在于理论化的研究实践里。综上所述，在当前的市场上，即使有这许多的血液医疗测量仪器。但是都有着各自的利弊。一些测量不是非常准确，一些测量过程尤为繁琐，有些可能是过于昂贵。有的则可能被诊断，但是在这个过程中可能有些小风险。根据不同的群体和消费者，人们也可以各取所需。因此，市场上迫切需要一种操作简单、测量更精确、有效、适合于价格促销、诊断过程安全有效、最常用的智能脉冲测量的电子医疗测量仪器。

在本次设计中，我的脉搏测量是利用了光电二极管的传感器来获取血液脉动信号，然后经过许多的部分处理，如先信号的放大，之后通过RC无源滤波和电压波形变换，这样就把模拟的电信号转化为可处理的数字脉冲信号了，我们的单片机负责采集的脉搏信号的处理，并能够在数码管上进行显示次数，如果可以的话还可以附加报警电路进行报警，这将会使得功能更加齐全，使用方法更加简单。

1.3 脉搏测试仪的发展

对于脉搏测试仪的发展前景，我认为主要是两个方面的发展。我在脉搏测试仪设计思路方面没有太多想法，但是测量的精度和使用的方便性两个方面却是可以继续提高的。

首先用于体育测量的脉搏获取器大致有指部测量和耳部测量两种。然而二种测量方式有着独自的好处和坏处，对于手指提取的话，使用虽然方便、简单，但是因为手部的汗液腺体较多，指盖一直在使用，它的污染将会导致测量仪敏捷度的降低；而对于耳部提取来讲，它环境清洁，测量仪工作条件佳，使得它的维护十分简单。不过因耳朵脉脉不是很强，并且在在季节更替时，我们所测的变量受周围气温影响十分显著，这将会造成测量结果误差较大。所以有此可以看出，在测量精度和使用维护方便性方面，二者暂时还不可兼得，需要进一步的发展。

电子与科学技术的不断发展也使医用产品逐渐成熟，在智能化，简单化和便利化方面有了长足进步。尤其当计算机科学对于控制领域的大量掌控，各类医疗电子产品变得更加智能化，这就在许多方面使人们的生活质量得到提高。智能脉搏测量仪的研制和生产使医生更加方便，准确地掌握病人的情况。这也使患者早期发现疾病，并在初期就清除心脏疾病。我们的患者和医生将会大大得到好处。我们的电子器件设备，其研制，生产，出售和使用具有巨大的经济和社会效益，同时也为人们带来便利。

其次，对于光电传感器的灵敏度的提高，将会大大有利于脉搏测量的精度提高，所以脉搏测试仪的组成原件的发展将会关系到它的精度提高。

第2章 脉搏测量仪方案设计

在前文中，我们探究了脉搏提取仪的研发的背景资料和它的未来发展，而且我们也简单提到了如今一种比较普遍的脉搏测量仪的整体架构。那就是首先通过一种传感器来获取人体脉搏信号，人体的脉搏就是一种脉搏波，它是一种非电信号，传感器可以将非电信号变成电信号，然后就是将电信号输入到51单片机中进行处理，计量次数并且存储，最后通过数码晶体管将其显示出来。那么，（1）关于传感器的选择是一方面的问题；（2）单片机处理的信号一般是脉冲信号或者数字信号，然而获取到的脉搏电信号是模拟信号，这就涉及到从模拟信号到数字信号或者说数字脉冲的转换；（3）人体的动脉有许多，而我们获取脉搏一般是从耳脉或者指脉获取，二者各有优缺点。这对于以上这几个基本点的讨论，将关系到我们本次脉搏测量仪的设计成功与否，那么接下来我将会就提到的几点一一讨论，最后选出一种最适合本次设计的方案。

2.1 传感器的选用

对于传感器，市面上广泛使用到的是压力传感器和光电传感器两种。

第一个先就压力传感器来谈一谈。我们都知道，人体脉搏是由于血液被心脏周期性传送到人体各处，血管壁的收缩和扩张引起的。在血管壁的收缩和扩张中，会在血管外表面产生一股压力，我们可以通过将压力传感附着在皮肤表面，去获取这个压力。这样在用压力传感器进行测量时，人体心脏的跳动将会通过压力传感器将压力转变为我们所需要的电信号，这个电信号就对应了人体的脉搏信号，处理这个信号就可以对人体脉搏有一个掌握了。

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