光电心率测量仪
目录
1 技术指标 (1)
2 基本原理 (1)
3 方案论证 (2)
3.1 光电传感探头的选择 (3)
3.2 传感器驱动电路方案 (3)
3.3 电源供电及运放工作方式 (3)
3.4 模拟到数字转换电路 (3)
4 硬件电路设计 (4)
4.1 红外发射管驱动电路 (4)
4.2 红外接收管电路 (4)
4.3 信号调理电路 (5)
4.4 模拟—数字信号转换电路 (6)
4.5 电源电路 (6)
4.6 单片机最小系统 (7)
4.7 人机交互部分 (7)
5 软件设计 (8)
6 测试报告 (8)
7 结论 (10)
8 心得体会 (10)
9 参考文献 (11)
10 附录 (11)
摘要：心率是反映人体健康状况的一种重要参数。本文介绍了一种以C8051F310单片机为核心的人体心率测试装置。系统采用反射式光电传感器ST168感应人体的心率信号，经过放大、滤波、施密特触发等电路，将其转换为脉冲电压信号，再利用单片机对脉冲信号计数、处理并显示。实验证明，本装置具有信噪比高、精确、低成本等特点，完成了微弱信号放大，并有显示、报警等功能，具备良好的实际应用价值。
关键字：心率测试 ST168 小信号放大 C8051F310
1 技术指标
①自制的光电传感头灵敏度高，信号峰峰值最高可达100mV。
②光电传感头只要按要求放好即可开始测量，不需要多次调整。
③信号调理电路的同频带为0.16Hz到6.6Hz，增益可达1000以上。
④以最少数量的的芯片、最低的成本为设计准则。
⑤外接9V电源适配器，硬件电路稳定可靠，可以长时间工作。
⑥采用算法对采集到的心率信号进行优化，并能够实时测量。
⑦具备模式控制、显示、报警功能。
2 基本原理
据朗伯比尔（Lamber Beer）定律, 物质在一定波长处的吸光度和它的浓度成正比。当恒定波长的光照射到人体组织上时, 通过人体组织吸收、反射衰减后测量到的光强将在一定程度上反映出被照射部位组织的结构特征。
心率和脉搏是同步的，故测量人体心率即测量脉搏。脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生, 在人体指尖, 组织中的动脉成分含量较高, 而且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄, 透过手指后检测到的光强相对较大,因此光电式脉搏传感器的测量部位通常在人体指尖。手指光吸收量变化如图1所示。
图1 手指光吸收量变化示意图
在血液中, 静脉血的搏动相对于动脉血是十分微弱的, 可以忽略, 因此可以认为光透过手指后的变化仅由动脉血的充盈而引起的, 那么在恒定波长的光源的照射下, 通过检测透过手指的光强将可以间接测量到人体的脉搏信号。
从光源发出的光除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，故光电式脉搏传感器按照光的接收方式可分为透射式和反射式两种, 如图2所示。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,接收的是透射光，这种方法可较好地反映出心率的时间关系；反射式的发射光源和光敏器件位于同一侧, 接收的是血液漫反射回来的光，也可以反映出光强与心率的对应关系。本装置采用的是反射式红外光电传感器ST168，它集成了一个红外发射管和一个红外接收管，使用十分方便。
图2 透射式光电传感器和反射式光电传感器
3 方案论证
系统整体方案如图3所示。
红外发射红外接收放大、滤
波电路
模拟到数字
脉冲转换
MCU
输入
显示、报警
电路图3 系统整体结构
如图3所示，红外接收为反射式接收法，接收到的信号比较微弱，且包含较广的频谱分量，故要经过放大、滤波电路进行信号调理，然后将模拟信号转换为数字脉冲信号，微处理器采集脉冲信号并对心率信号进行算法处理，然后实时显示出来，以下为系统中几个部分的方案论证。
3.1 光电传感探头的选择
方案一：使用红外对管，此方法为透射式传感。红外对管的发射管和接收管光谱响应范围一致，故光电转换效率高。但是两个分离的管子在安装时比较困难，可能会因为探头的安装稳定性问题影响测量结果；同时，透射式传感接收到的光信号非常微弱，对后级的小信号放大电路要求很高。
方案二：使用集成光敏器件OPT101。OPT101在芯片内部集成了光敏器和一级放大电路，有效地抑制了外界电磁信号对原始脉搏信号的干扰，输出的光强具有良好的线性关系，可以大大简化后级放大电路的设计，但是成本比较高，官方报价为3美元。
方案三：使用反射式光电传感器ST168。ST168集成了一个红外发射管和接收管，二者的光谱响应匹配，光电转换效率高，可以方便地用于反射式测量，而且反射式感应到的光强比透射式更大，简化放大电路设计。此外，ST168成本低，安装固定较为方便，故采用此种方案。
3.2 传感器驱动电路方案
这里主要针对发射管驱动电路。发射管的电路模型和LED类似，即光强和通过的电流成正比，有以下两种方案。
方案一：采用电源、电阻、发射管串联的电路。这种电路结构简单，通过发射管的电流主要由限流电阻决定。但是电源的波动以及温度引起的发射管压降变化会改变通过发射管的电流，从而导致红外光源的光强波动，进而引起接收的信号波动，影响测量结果。
方案二：利用三极管、稳压源组成红外发射管恒流驱动电路。此种方案稳定了发射管中的电流，从而减弱了光源波动，提高了接收信号的稳定性。因此采用这种方案。
3.3 电源供电及运放工作方式
方案一：采用+5V、-5V供电。这种情况下，运算放大器可以在正负电源下供电，工作的线性度好，电路更容易设计。同时，也只需使用一个线性稳压器来给在3.3V工作的单片机供电，简化设计。但是，正负供电需要专业的电源如稳压电源、开关电源模块，市面上一般的电源适配器无法完成，这就无疑增加了电源的成本，故不采用此方案。
方案二：采用+5V供电。+5V的电源适配器很常见，成本低，也只需使用一个稳压器来给在3.3V工作的单片机供电。但是，运算放大器要能够较好地线性工作，需要实现“虚拟地“+2.5V，这样“信号轨”很小，小于2.5V，必须使用成本相对较高的低电压工作、“轨到轨”输出运算放大器，增加了电路设计的成本和难度，故不采用此方案。
方案三：采用+9V供电。+9V的电源适配器也比较常见，但是需要采用线性稳压器提供+5V、+3.3V的电源，分别为显示部分、单片机供电。此时，“虚拟地”为+4.5V，“信号轨”可达到的范围也更大，可以使用普通的通用型运放LM324来完成，简化了信号调理电路的难度。综合优缺点，采用此方案。
3.4 模拟到数字转换电路
经过调理后的信号仍为模拟信号，而单片机只能处理数字信号，故需要设计
模拟到数字转换电路，有以下三种方案。
方案一：将通过调理后的信号通过AD 转换后，单片机处理数字信号来对心率进行计数。由于只需要知道信号的频率，不需要信号更多的信息，采用AD 转换有些“大材小用”，增加了软件的复杂度，故不采用此方案。
方案二：通过比较器LM393将模拟信号转换为脉冲信号（9V ）,再通过电阻分压将其转换为3.3V 的脉冲，接到单片机的引脚。此方案需要多使用一块芯片LM393，同时电阻分压式的电平转换也不稳定，故不采用此方案。
方案三：由于LM324有四路运算放大器，信号调理使用了三路，可将最后一路运放设计为施密特触发器，将脉冲信号转换为脉冲信号（9V ）。电平转换采用三极管的开关电路，增加了电路的稳定性，故采用此方案。
4 硬件电路设计
4.1 红外发射管驱动电路
如方案3.2所示，采用恒流源驱动方式，可以减小光源的波动，如图4所示。
图4 红外发射管驱动电路
如图4，D1为ST168的发射管部分，DZ 为的稳压管，故通过发射管的电流
为1
R V V I BE Z D -=，Z V 为稳压管电压，BE V 为三极管b 、e 极压降。取V V Z 3.3=，V V BE 7.0=，Ω=821R ，故mA I D 32=，小于ST168发射管的最大电流50mA ，可使红外光源的光强稳定，减小背景噪声。
4.2 红外接收管电路
红外接收管实现了光—电信号的转换，电路如图5所示。
图5 红外接收电路
由于光电三极管为电流型器件，故接收电路采用图5中这种简单的电流—电压转换电路，注意R2的取值一定要恰当，过大会使电路工作非线性，过小则检测到的信号幅值过小，这里取
47。
k
将传感器ST168、红外发射电路、接收电路以及相应的机械夹持装置制作成光电探头，而将系统的其他部分设计在另一块电路板上，这样更容易使用且便于扩展。但由于接收电路输出的电压幅值很小，很容易受到空间电磁辐射的干扰，故探头和电路板之间应采用屏蔽线相连接。
4.3 信号调理电路
此部分电路的功能是抑制信号中的直流分量和高频噪声，并实现小信号放大。由生活常识可知，正常人的心率范围为60至200，换成频率即1Hz至3.4Hz，也就是有用信号的通频带。对于此频带以外的信号，均为噪声，要将其抑制。对于低频噪声，主要是信号中的直流分量，而高频噪声则有热噪声、电流噪声（在低频电路中比较明显）、50Hz工频干扰等。电路如图6、图7所示。
图6 “虚地”电路
图7 信号调理电路
图6为信号调理电路提供了“虚拟地”——4.5V，使得运算放大器工作在双电源模式下，具有更好的线性度，也能更好地抑制直流分量，实现交流放大。图6中采用低成本的通用型运放uA741，该运放在低频的性能非常优良。C1、C20
的作用是提高“虚拟地”的稳定性。
图7为信号调理电路，使用的运算放大器为LM324，LM324为四路运放，此电路中为前三路。图中可知，信号输入以及前后级运放电路的耦合均采用交流耦
合，如C2、R3所示，可计算出电路的下限频率为Hz C R f 16.02123211==?=π
π，通过此设计来抑制信号中的直流分量以及运放的失调电压引起的直流偏置（实测发现在较大增益时，LM324的输出的直流偏置较大）。低通滤波采用最基本的RC
滤波器，如R5和C3、R11和C5，电路的上限频率Hz C R f 6.6048.0135212==?=π
π。 此电路实现了1600倍的放大，而且可以通过改变电阻阻值来调节增益，具有很好的灵活性。
4.4 模拟—数字信号转换电路
单片机只能对数字脉冲信号进行计数，故需要将模拟的心率信号转换为脉冲信号，电路如图8所示。
图8 模拟—数字信号转换电路
运放LM324的第四路及R12、R13组成了施密特触发器电路。可知施密特触
发器的下门限电压为V V V R R R V T 35.450
1001005.4_131213=?+=+=-，上门限电压为V V V V VCC R R R V R R R V T 6950
100505.4501001009_1312125.4_131213=?++?+=+++=+。通过施密特触发器后，模拟信号变为9V 的脉冲电压信号，但此信号电平过高，是无法直接连入单片机的，故通过Q5组成的三极管反相器电路完成电平转换，这样接到P1.0管脚的数字信号电平就为3.3V 了。
4.5 电源电路
本系统要实现三级电源供电，即运算放大器的+9V 供电，数码管的+5V 供电，以及单片机最小系统的+3.3V 供电，电源部分的电路如图9所示。
图9 电源电路
电源适配器输入为+9V；LM7805是三端线性集成稳压电路，能稳定输出+5V，小于1A的电流；AMS1117_3.3V芯片是低压差三端集成稳压器，能稳定输出3.3V，小于1A的电流。图中C17、C18为电源去耦电容，在绘制PCB的时候将其放置在运放uA741和LM324的电源脚附近，用来使运放的供电电压更稳定。
4.6 单片机最小系统
系统采用的单片机为Silicon Labs公司的C8051F310系列。C8051F单片机采用的是经典的8051单片机内核，但其机器周期和时钟周期是相等的（8051单片机的机器周期为时钟周期的12倍），故运算速度更快；此外，C8051F单片机的内部程序存储器和数据存储器也大大扩充了，外设功能也更强大了，是一款性价比非常高的单片机。单片机最小系统如图10所示，K1为复位按键，P1为JTAG 烧写口，其他的外围电路非常简单，均参考datasheet中的电路而设计。
图10 单片机最小系统
4.7 人机交互部分
人机交互部由输入按键、数码管、LED指示灯、蜂鸣器组成，如图11所示。图中，锁存器74HC573的作用是为四位八段共阴极数码管提供较大的驱动电流，三极管Q0—Q3作为开关来控制数码管中每一位的显示与否；蜂鸣器采用三极管集电极驱动方式。
图11 人机交互部分电路
5 软件设计
软件部分完成心率信号的计数、显示、报警、模式切换等作用。输入到单片机引脚的是数字脉冲信号，计数采用中断计数方式（即在数字脉冲信号的下降沿进入中断，将心率值加1）。同时为了避免手指的机械抖动对测试结果带来影响，若检测到一个非常短的脉冲（远远小于人的心脏收缩与舒张周期），即将此脉冲信号丢弃。
系统有两种工作模式，计数模式和实时测量模式。计数模式下，当开始键按下后，单片机对心率计数并显示当前总的数值，直到计数的时间达到一分钟时停止。实时测量模式下，单片机记录相邻两次中断的时间，并对最近十次中断间隔时间取平均值，再通过此平均值计算出人体的实时心率，并显示出来。实时测量模式反映了心率的变化过程，应用价值更大。此外，系统通过软件控制和蜂鸣器实现了报警功能。在实时测量模式下，当测得的实时心率大于180次/分时，便视为不正常，单片机控制蜂鸣器发声，完成报警功能。
程序在Keil C环境下完成编译，在编写程序时，特别要注意的是：C8051F310单片机的机器周期和时钟周期是相等的，故在给脉冲计时的时侯，用定时器产生一个5ms的基准时间，单片机采用11.0592M的外部晶振，故定时器的初值为：T=62256-5000/（1/11.0592）=6960，故TH0=27，TL0=48。
软件部分很好地兼顾了系统的各种外设资源，程序流程图见附录，在此不再赘述。
6 测试报告
测试的重点是模拟电路部分，即光电探头、信号调理电路以及软件部分。图12为光电探头探测到的心率信号,从图中可以看出，此信号含有较大的噪声，而且有较大的直流分量。此外，信号的峰峰值小于100mV，需要后级电路进行放大、滤波处理。
图12 探头探测到的心率信号
图13为一级放大滤波后的信号波形。可以看出，信号幅值得到了放大，峰峰值达到了2V，而且信号平滑，高频噪声得到了明显抑制，起到了较好的滤波效果。
图13 一级放大滤波后的波形
图14为经过模拟—数字转换后，输入到单片机的信号。模拟信号成功地转化为了同频率的数字脉冲信号，而且数字脉冲的高电平为3.3V左右，说明4.3中一个简单的三极管开关电路就能成功完成电平转换功能。
图14 输入到单片机的信号
图15为整个系统的照片。探头与PCB板分开，提高了测试的稳定性。关于软件部分，测试结果表明，系统成功实现了心率测试的两种模式（计数模式和实时测量模式），操作友好方便，程序基本上无BUG。
图15 系统照片
7 结论
本系统经过电路原理图设计、PCB绘制、PCB加工、元件安装、软件调试几个工序之后，成功完成了题目中要求的全部指标，且实现了低成本的预期目标。总之，系统完成较好。
此光电心率测试仪仍然有一些缺点，即测量出的心率比实际值偏高。这是因为，反射式光电传感器对位置的要求比较高，当被测量的手指有一些抖动时，便会导致接收管收到的光强信号发生突变，故偶尔会将手指的抖动信号当作心率进行计数，故测得的心率值比实际值偏高。
为了解决这个问题，在硬件部分，要注重光电探头的设计，使手指与探测器的相对位置尽量保持稳定（采用夹持法）；在软件部分，若检测到一个非常短的脉冲（远远小于人的心脏收缩与舒张周期），即将此脉冲信号丢弃，减少测量的误差，提高准确度。
8 心得体会
在此次光电系统课程设计中，我负责的是硬件电路的设计以及PCB的绘制，以及最后的电路板的调试。从中，我巩固了以前学习的电子技术知识，学会了PCB的绘制方法，提高了系统设计的能力，同时也锻炼了团队合作能力，体会到了团队合作的重要性。
在设计电路时，最大的难点是如何选择方案。通过查阅各种文献资料以及个人的深入思考后，我提出了一系列方案来完成心率的测量。在不容易选择方案时，我就以“最少数量的芯片、最低的成本”为指导思想，敲定方案。此外，在设计信号调理电路之前，我先用通用板搭了一个简单的信号采集电路，在了解信号的具体特点后再设计电路。同时用电路仿真工具pSpice进行仿真后，才最终确定了信号调理电路的方案，这一切都是在“摸索中”前进着。
绘制PCB时，我先把一些器件买回来，然后根据器件的实际大小选择封装以
及绘制封装，这样可以减小出错的概率。但是最后还是出现了错误：①AMS1117的引脚对应出错，焊接的时候不得不采用飞线；②蜂鸣器的封装画小了，最终不得不引线出去焊接；③安装孔画小了，无法安装。绘制PCB我的心得体会是：一定要心思缜密，不能忽视任何一个元件，同时元件封装一定能够要与实际情况对应，不能凭空猜想。
调试电路是个细活儿，首先要保】证测试条件良好：示波器的探头线不能引入工频干扰，信号源要先测试好，电源要先用万用表测试过，等等。然后在调试的时候，要一级级地来调试，有问题时先判断是不是因为没接好，再去找其他原因。
最后，谈谈我对与测试时候出现的一个问题的看法：实测的心率比实际情况偏高。除了结论中提到的原因外，在测试结束后，我想到了另一个问题：图13中可以看出，正常的心率信号的旁边还有一个较小的“旁瓣”，而放大电路的增益是根据选择方案时搭建的信号采集电路来确定的。当时我测得的心率信号只有10mV左右，故给放大电路设计了1000倍的增益。当最后探头做好后，发现采集的信号峰值可以达到100mV，故电路的增益过大，有时将那些较小的“旁瓣”也放大成为了一个数字脉冲，使得计数过多了。正确的做法应该是修改放大电路中的反馈电阻，减小电路总增益。
最后谈一下我对此课程的一个建议：希望PCB绘制软件能够与时俱进，采用Protel公司最新版的Altium Designer或者Candence，因为Protel 99se操作不方便，而且兼容性不好，功能也没有新版的强大。
9 参考文献
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[5] 胡乾斌，李光斌，李玲，喻红. 单片微型计算机原理与应用（第二版）[M] .
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[6] 瞿安连. 电子电路—分析与设计[M] . 武汉:华中科技大学出版社, 2010.
10 附录
程序流程图
电路原理图
PCB图（所有层）
PCB图（顶层）
PCB图（底层）
PCB图（丝印层）
元器件清单
光电传感器在人体脉搏信号采集系统中的应用 姓名：时劭科 专业：核工程与核技术 班级：080211 学号：08021117 2011年12月5日
摘要：脉搏是人类对自身生理特征认识非常早的一项指标，人类对脉搏的采集也是和社会技术发展同步的，从机械到电子发展到近代的光学。目前医疗产品中临床上的脉搏采集基本以光电传感器采集脉搏方法为主。光电传感器种类也比较多，大多都可用于对脉搏采集。各种光电传感器各有自己的特点，可用于不同情况下的脉搏采集。 一、引言 中医脉象诊断技术是脉搏测量技术在中医诊断上的卓有成效的应用。古代就有“切之以九脏之动，微妙在脉，不可不察”之说。脉诊是医生运用手指的触觉切按病人动脉脉搏以探查脉象、了解病情的诊断方法，通过诊脉可以了解气血的变化、阴阳的盛衰，对分析病理、推断疾病的变化、识别病情的真假、判断疾病的预后，都具有重要的临床意义。然而由于受到人为等多方面因素的干扰，使得传统的中医诊脉缺乏客观性，医家往往是“心中易了，指下难明”，因此，近代的许多学者便致力于脉诊的客观化研究，希望借助现代科学技术及成果实现脉诊的客观化。 目前我们常见的脉搏采集方法有：压力传感器法、超声脉图法、光电容积法、电容传感器法、电声传感器法等。以上这些方法中，超声脉图法和光电传感器法在目前临床应用中比较普遍。而电容、电声和压力传感器法多用于无创血压测量中的脉搏测量，其中光电式脉搏传感器是根据光电容积法制成的脉搏传感器，通过对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号。光电式脉搏传感器具有结构简单、无损伤、可重复好等优点。 目前医疗产品中临床上的脉搏采集发展到光电传感器采集脉搏方法为主。光电传感器种类也比较多，大多都可用于对脉搏采集。它们有光敏电阻、光敏电池、光敏二极管等。以上几种光电传感器各有自己的特点，可用于不同情况下的脉搏采集。 (1)光敏电阻，它的特点是价格低廉，输出电流大、受温度的影响小、抗干扰能力比较强、可靠性好、器件本身不容易发生故障，它的缺点是响应时间慢。 (2)光电二极管和光电三极管它的特点是灵敏度高，响应时间快、但它受温度影响比较大、受光面小、而且有非常强的方向性、抗干扰能力弱、它的另一个特点是不同型号的管子对光谱响应有很大不同。 (3)光敏电池传感器它的特点是受光面积大、输出电流小、灵敏度高、响应速度快、光谱比较宽、受温度影响比较小，抗干扰能力一般。 二、脉搏的形成和生理特点 动脉管壁随着心动周期周而复始、一起一伏的搏动，称为动脉搏动，简称脉搏。当心室收缩时，血液冲开主动脉瓣，并把血液射入主动脉中，主动脉内压突然增高，迫使血管壁迅速膨大，当心室舒张时，主动脉压降低，主动脉壁因其具有弹性而回缩，这样，动脉管壁就随心室的收缩出现周期性的起伏搏动，形成脉搏，它存在于身体的每个部位，中医学的切脉，就是用手指的触觉和压觉分析桡动脉脉搏的频率、深浅、强弱及其他特征，作为诊断疾病的重要指标之一。 就容积式脉搏波的探测而言，指尖是较理想的部位，因为它位于肢体前端，容易实现非接触检测；其次，由手指的解剖结构可知，每个指尖的血液都是经指总动脉分两路从指干两侧通向指尖，再经丰富的冠状小动脉弥散至毛细血管，然
数字人体心率检测仪的设计 1.设计思路 本课题研究的是数字人体心率监测仪的设计，我所设计的检测仪，它使用方便，只需将手指端轻轻放在传感器上，即可实时显示出你的每分钟脉搏次数，特别适合体育训练和外出旅游等场合使用。采用红外光学检测法，摒弃了不便于运动状态下测量脉搏的听诊器和吸附在人体上的电极等老式测量方法。检测的基本原理是：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，组织则半透明度增大。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，本心率检测仪将红外发光二极管产生的红外线照射到人体的上述部位，并用装在该部位的另一侧或旁边的红外光电管来检测机体组织的透明程度并把它转换成电信号。由于此信号的频率与人体每分钟的脉搏次数成正比，故只要把它转换成脉冲并进行整形，计数和显示，即可实时的测出脉搏的次数。 心率与脉搏的联系：心率与脉搏在身体正常的时候是相等的。在房颤等心脏疾病时候可出现不等。因此心率测量问题可以转化为脉搏的测量，而脉搏的测量有更容易实现的特点，在实际应用中得到更广泛的运用。 本检测仪的有效测量范围为50次—199次/分钟。 2 方案设计 2.1 心率采集处理电路 心率采集处理电路如图1-1所示。该部分电路主要由脉搏次数红外检测采集电路模块、信号抗干扰电路模块、信号整形电路模块等三个主要的电路模块组成。其中，红外线发射管D1和红外线接收管Q1组成了红外检测采集电路：R2与C1、C2与C3、R4与C4和ICA共同工程了信号抗干扰电路组，他们分别承担了对信号的低通滤波、干扰光
线的光电隔离、参与高频干扰的滤除等任务。另外，I CB、C5与R10、ICC则共同组成了信号整形电路模块。 图1 光电式脉搏波传感器的原理 其原理是利用光电信号来测量脉搏容量的变化。当血管内容量变化时，组织对光的吸收程度相对发生变化，利用光电传感器可测出这种变化，该变化反映出血液动脉的基本参数情况。根据朗伯特—比尔（lambert—beer）定律，物质在一定波长处的吸光度和他的浓度成正比，当恒定波长的光照射到人体组织上时，通过人体组织吸收、反射衰减后测量到的光强在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征。 光源和光敏元件分别处于被测部位的两侧，光源发出的光线可以经指尖部组织投射到光敏元件所在的窗口，从而有光敏元件检测出脉搏的波动信号，这样纪录的波也有将其作为指尖容积波处理，通常称这种传感器为透射型光电式脉搏波传感器。 本次设计原用的透射型光电式脉搏波传感器，其电路如图2 所示。
SRTP结题论文 论文题目心率测试仪设计方案学院信息科学与工程学院专业信息工程 年级班级040113 姓名王晨 指导教师高翔
目录 论文题目心率测试仪设计方案 (1) 摘要、关键词........................................................................................................................................ ２ 第一章绪论................................................................................................................................... ３ 1.1 医学常识 1.2 心率测试的意义 1.3 心率测试仪的组成框图 1.4 心率测试的基本过程 第二章基础知识介绍..................................................................................................................... ５ 2.1 SC0073微型动态脉搏微压传感器 2.2单片机介绍 2.3 RS232协议串口通信 第三章电路设计方案................................................................................................................. １１ 3.1 传感器模块方案选择 3.2 滤波放大电路设计 3.3 比较整形电路设计 3.4 匹配电路设计 3.5 下位机的设计 第四章上位机设计方案............................................................................................................. １８ 4.1 上位机设计目的 4.2 功能及要求 4.3 系统框图 4.4 系统主界面设计 4.5 图表分析功能 4.6 数据库存储功能 4.7 健康报告提示 第五章参考文献......................................................................................................................... ２６第六章附录................................................................................................................................. ２６
五邑大学 电子系统设计开题报告题目：便携式心率测试仪 院系信息工程学院 专业电子信息工程 学号 学生姓名 指导教师 开题报告日期
一、课题来源、国内外研究现状与水平及研究意义、目的。 1．课题来源 便携式心率测试仪 2．国内外研究现状与水平 便携式医疗设备正不断改进数以百万计患者的医疗保健条件。现在外国的先进运动手表甚至能够无线记录用户的心率。未来，还将有众多能显著改善医疗实施及其效果的创新型医疗应用产品。 满足便携式医疗领域的微处理器需求给半导体企业带来了挑战。虽然工程设计无外乎是在相对立的功能、规范以及空间限制条件之间进行取舍，但是这种平衡取舍在便携式医疗领域往往非常棘手。医疗市场的相关需求往往很难协调，如小尺寸与高功能性、低功耗与高性能模拟，以及超长电池使用寿命与高处理能力等。这些产品需要模数转换器 (ADC)、可调节增益、电源管理以及液晶显示屏 (LCD) 等。这些都将是需要我们更多的去研究和发展。 3．研究意义和目的 以往专门测量心率值的仪器较少，人们为了知道自己的运动或者劳动强度是否超负荷，尤其是老年人或运动员等，他们都得赶到医院而不能实时测量和预知。为了观测“预防为主”的方针，为了实现人人能享受基本医疗保健的目标，把过去的以医院为轴心的医疗服务体系过度到以家庭为基础的社区卫生服务体系已成为必 然趋势。所以便携式医疗仪器已相继问世。便携式心率测试仪属于一种集轻型化、一体化、可视化等优点的测试仪；同时它适合在家庭和社区条件下使用。心电诊断仪、心率计的应用在心血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用，它们所记录的心脏活动时的生物电信号，已成为临床诊断的重要依据。该心率仪可用于临床心率监护；并为体力劳动者劳动强度测定、运动员及士兵训练强度测定等提供确凿的和必不可少的生理指标。 二、研究内容，拟采取的研究方法、实验过程、预期成果。（附主要参考文献）1．研究内容 将脉搏通过传感器转为电压信号，再通过不同的集成芯片将电压信号完成放大、滤波、整流等一系列工作，然后利用单片机进行处理计算。实现在任何地点任何时间都能快速检测出人体的心率，达到集轻型化、一体化、可视化等优点于一身的系统。 2．拟采取的研究方法 了解课题所需知识点，然后翻阅相关资料和教材，通过网页搜索查找相关资料，计算各参数，了解各元器件的功能作用，设计电路图，用相关的仿真软件进行仿真，最后进行实物调试。
光电脉搏检测电路设计报告 天津大学精仪学院生物医学工程一班 张静翀3004202334 脉搏波的概述 1.脉搏波的定义 脉搏波是以心脏搏动为动力源, 通过血管系的传导而产生的容积变化和振动现象。当心脏收缩时, 有相当数量的血液进入原已充满血液的主动脉内, 使得该处的弹性管壁被撑开,此时心脏推动血液所作的功转化为血管的弹性势能; 心脏停止收缩时, 扩张了的那部分血管也跟着收缩, 驱使血液向前流动, 结果又使前面血管的管壁跟着扩张, 如此类推。这种过程和波动在弹性介质中的传播有些类似, 因此称为脉搏波(pulse wave) 。 2.脉搏信息 血液在人体内循环流动过程中，经历过心脏的舒张、内脏流量的涨落、血管各端点的阻滞、血管内波的折一反射以及血管壁的黏弹等过程。脉搏波不仅受到心脏状况的影响，同时要受到内环境调控功能器官(脏器) 状态所需血液参数以及系统状态参数等的影响。所以脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息，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。 3.脉搏测量的意义 脉搏是临床检查和生理研究中常见的生理现象，包含了反映心脏和血管状态的重要生理信息。人体内各器官的健康状态、病变等信息将以某种方式显现在脉搏中即在脉象中。人体脉象中富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息。通过对脉搏波检测得到的脉波图含有出许多有诊断价值的信息，可以用来预测人体某些器脏结构和功能的变换趋势，如:血管几何形态和力学性质的变异会引起脉搏波波形和波速等性质的改变，而脉搏的病理生理性改变常引发各种心血管事件，脉搏生理性能的改变可以先于疾病临床症状出现，通过对脉搏的检测可以对如高血压和糖尿病等引起的血管病变进行评估。同时脉搏测量还为血压测量，血流测量及其他某些生理检测技术提供了一种生理参考信号。 设计目的与意义 目的 应用光电式传感器、放大滤波电路组成的脉搏测量电路 通过示波器显示人体指端动脉脉搏信息 意义 通过观测到的脉搏的次数、跳动的波形为临床提供部分 诊断价值的信息，为人体某些器脏结构和功能的变换趋势提供生理参考信号
................. 摘要 作为反映人体健康状况的重要生理信息，脉搏波在临床诊断和疾病治疗中,受到广泛重视。目前，"摸脉"方法仍然是医生诊断疾病所采用的一种普遍技术手段。脉搏波所呈现出的综合信息，如形态（波形）、强度（波幅）、速率（波速）和节律（周期）等，在很大程度上反映了人体心血管系统中的生理和病理的血流特性，其医学价值重大。无创血氧浓度和无袖带血压测量技术就是在脉搏波的波形分析基础上实现的。由于人体的生物信号处于强噪声背景下, 脉搏波作为一种低频微弱的非电生理信号，必需经过放大和后级滤波处理，才能满足进行采集和观察的要求。 本文在广泛查阅国内外有关光电容积脉搏波扫描法的研究和应用情况的基础上，设计并制作完成了基于光电容积脉搏波扫描法的透射式光电脉搏波传感放大器电路，并对其在使用中的问题及应用前景进行了深入探讨 关键词：脉搏波光电容积脉搏波扫描法放大器滤波器传感器
目录 摘要 (1) 绪论 (3) 第一章. 动脉脉搏波的相关理论 (4) 1.1 动脉脉搏波的产生及波形特点 (4) 1.2 脉搏波的传播速度 (5) 1.3 脉搏波的研究意义 (8) 第二章.血压测量技术的研究方法 (9) 2.1 无创血压测量方法综述 (9) 2.1.1 柯氏音听诊法 (9) 2.1.2 示波法 (10) 2.1.3 扁平张力法 (11) 2.1.4 超声波法 (11) 2.2 弱信号测量相关知识 (12) 2.2.1 电气设备干扰 (12) 2.2.2 常规小信号检测方法 (13) 第三章．系统设计及实现 (14) 3.1 系统总体设计与框图 (14) 3.2 PPG传感器设计 (15) 3.2.1 光源的驱动电路 (15) 3.2.2 光电接收及前置放大 (17) 3.3 二阶低通滤波电路 (18) 3.4 二阶高通滤波电路 (22) 3.5 二级放大及电平提升电路 (25) 第四章. 系统运行结果测试 (26) 4.1采集电路测试 (26) 4.2 初级放大和滤波电路功能测试 (27) 4.3系统总体测试 (28) 结论 (29) 参考文献 (30)
江西工业贸易职业技术学院毕业设计 摘要 随着生物医学工程技术的发展, 医学信号测量仪器日新月异。生物医学测量与临床医学和保健医疗的联系日益紧密。通过对人体各种生理信号的检测，能更好的认识人体的生命现象。脉象包含丰富的人体健康状况信息, 脉诊技术应客观化、定量化。本设计利用光电式传感器, 设计脉搏信号获取的方法。本设计主要是基于单片机的便携式脉搏测试仪的具体实现方法，利用光电传感器产生脉冲信号，经过放大整形后，输入单片机内进行相应的控制，从而测量出一分钟内的脉搏跳动次数，快捷方便。通过观测脉搏信号，可以对人体的健康进行检查，通常被用于保健中心和医院。本设计所设计的基于单片机的便携式心率测试仪对推进脉诊技术客观化的实现具有积极的促进作用。 脉搏；单片机；光电传感器；脉冲信号；便携式关键词： I 江西工业贸易职业技术学院毕业设计 目录 摘要I........................................................................................................................................ .第1章引言....................................................................................................................... 11.1概述. (1)
1.2基于单片机的心率测试仪的发展与应用 (2) 1.3本设计的主要内容 (3) 第2章整体方案分析.................................................................................................... 4. 2.1任务 (4) 2.2要求 (4) 2.3系统的整体方案 (4) 2.4 方案的对比和论证 (4) 2.4.1脉搏检测传感器的选择 (4) 2.4.2单片机的选择 (6) 2.4.3显示部分的选择 (6) 2.5设计时要考虑的问题 (7) 2.5.1环境光对脉搏传感器测量的影响 (7) 2.5.2电磁干扰对脉搏传感器的影响 (7) 2.5.3测量过程中运动噪声的影响 (8) 2.6本章小结 (8) 第3章硬件电路设计分析........................................................................................... 93.1控制 器 (9) 3.1.1AT89S52 (9) 3.1.2AT89S52的特点 (9) 3.1.3AT89S52的结构 (9) 3.2脉搏信号采集....................................................................................................... 12 3.2.1光电传感器的结构及原理 (12) 3.2.2信号采集电路 (13) 3.3信号放大电路....................................................................................................... 13
光电脉搏检测电路设计报告 脉搏波的概述 1.脉搏波的定义 脉搏波是以心脏搏动为动力源, 通过血管系的传导而产生的容积变化和振动现象。当心脏收缩时, 有相当数量的血液进入原已充满血液的主动脉内, 使得该处的弹性管壁被撑开,此时心脏推动血液所作的功转化为血管的弹性势能; 心脏停止收缩时, 扩张了的那部分血管也跟着收缩, 驱使血液向前流动, 结果又使前面血管的管壁跟着扩张, 如此类推。这种过程和波动在弹性介质中的传播有些类似, 因此称为脉搏波(pulse wave) 。 2.脉搏信息 血液在人体内循环流动过程中，经历过心脏的舒张、内脏流量的涨落、血管各端点的阻滞、血管内波的折一反射以及血管壁的黏弹等过程。脉搏波不仅受到心脏状况的影响，同时要受到内环境调控功能器官(脏器) 状态所需血液参数以及系统状态参数等的影响。所以脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息，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。 3.脉搏测量的意义 脉搏是临床检查和生理研究中常见的生理现象，包含了反映心脏和血管状态的重要生理信息。人体内各器官的健康状态、病变等信息将以某种方式显现在脉搏中即在脉象中。人体脉象中富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息。通过对脉搏波检测得到的脉波图含有出许多有诊断价值的信息，可以用来预测人体某些器脏结构和功能的变换趋势，如:血管几何形态和力学性质的变异会引起脉搏波波形和波速等性质的改变，而脉搏的病理生理性改变常引发各种心血管事件，脉搏生理性能的改变可以先于疾病临床症状出现，通过对脉搏的检测可以对如高血压和糖尿病等引起的血管病变进行评估。同时脉搏测量还为血压测量，血流测量及其他某些生理检测技术提供了一种生理参考信号。 设计目的与意义 ?目的 应用光电式传感器、放大滤波电路组成的脉搏测量电路 通过示波器显示人体指端动脉脉搏信息 ?意义 通过观测到的脉搏的次数、跳动的波形为临床提供部分 诊断价值的信息，为人体某些器脏结构和功能的变换趋势提供生理参考信号 系统设计 1.测量信号的特征
五邑大学 电子系统设计结题报告题目：便携式心率测试仪 院系信息工程学院 专业电子信息工程 学号 学生姓名 指导教师 报告日期2012.12.18
目录 1、摘要 (2) 2、课题研究意义 (2) 2.1.背景 (2) 2.2 设计任务与要求 (2) 3、方案设计说明 (2) 3.1硬件电路原理分析说明 (2) 3.1.1信号放大电路 (2) 3.1.2滤波电路 (3) 3.1.3整形电路 (4) 3.1.4单片机信号处理电路 (4) 3.1.5数码管显示电路 (5) 3.2软件设计 (6) 3.2.1编程环境与开发工具 (6) 3.2.2源程序及注解 (7) 4、调试过程遇到的问题与解决的方法 (9) 5、5、设计总结及体会 (9) 6、参考文献 (9) 7、附录 (10)
1、摘要 本文设计了一种基于STC89C51单片机实现的便携式心率测试仪.接受心率测试检测模块发送的信号并对信号进行检测分析并显示，从而实现心率测试功能。该系统的硬件单元包括信号放大电路、滤波电路、整形电路、单片机控制电路和数码管显示电路。采用了放大电路后，使得采集的脉搏信号放大到整形电路要求的电压幅度。滤波电路消除了干扰，得到特定频率的低频信号。整形电路把模拟信号转换成单片机能够处理的数字信号。单片机内的处理程序将接收到的信号进行监测分析，得出心率值，经单片机I/O口发送给由数码管组成的显示模块显示。 2、课题研究意义 2.1背景 1）健康的重要性不言而喻，越来越多的研究表明心率是健康极其重要的指标。一般人们为了知道 自己的运动或者劳动强度是否超负荷，尤其是老年人、运动员等，他们都得赶到医院而不能实时 测量和预知。为了贯彻党和国家“预防为主”的医疗方针，满足人们能享受基本医疗保健的愿望， 便携式心率测试仪应运而生，也极具市场潜力。 2）心脏病人往往需要经常去医院定期心脏检测，此仪器可以随时将病人的心脏情况记录和保存， 并发送给医生，从而给病人带来便捷也有助于治疗；当心脏类疾病突发时，也可以提前将心脏情 况发送给医生，从而缩短救援时间，提高救援成功率。 2.2设计任务与要求 2.2.1设计任务：设计基于C51单片机的便携式心率测试仪。 2.2.2要求：（1）设计脉搏波放大、滤波、整形电路，实现所采集的脉搏信号的放大、滤波、 整形。 （2）设计单片机电路及处理程序与数码管显示电路，实现心率信号的处理与正 确显示。 3、方案设计说明 3.1硬件电路原理分析说明 3.1.1信号放大电路 作用：将采集的幅度值过小的心率信号放大到足够大的幅值。 原理：电路如图所示:利用运算放大器实现反向比例放大电路。运算放大器在深度负反馈的条件下 工作于线性区，根据“虚短”和“虚断”的概念对以上电路进行分析，可得： 放大器增益Ua=-R17/R16=20 电路采用LM324双极型线性集成放大器，有直流电压增益高(约
医学光电检测技术论文 光电型脉搏传感器的原理及其应用The principle of type photoelectric pulse sensor and its application 学生姓名：张先绪 专业：生物医学工 学号：110811117 指导教师：庞春颖 学院：生命科学技术学院 二〇一四年十二月
摘要: 介绍了光电式脉搏传感器的原理和设计方案,采用集成光敏部件和放大器的光敏芯片代替传统的分立光敏器件实现对脉搏的测量。芯片的集成化能够有效减小器件间匹配引起的干扰,提高脉搏测量精度。在实验测试过程中,采用该光电式脉搏传感器对人体的脉搏进行实时测量,对脉搏信号测量可能引起的噪声来源做了分析,并做相应的抗干扰处理,得到比较理想的脉搏波形,为脉搏信息的提取和分析提供了良好的数据。 关键词:脉搏信号;光电容积法;脉搏传感器;噪声分析 Abstract: The PPG pulse sensor is attached to the finger base for monitoring beat to beat https://www.wendangku.net/doc/e618498101.html,paring with the traditional design,the pulse sensoruses a new integrated chip,which is integrated the photosensitive unit and the signal amplifier.This design can efficiently remove the system noise and improve the precision of measure.In the experiment,using the newPPG pulse sensor can measure the pulse directly from the pulse in real time.At the same time,making the noise analysis and dealing with the measure noise,and getting a good pulse wave. Keywords:pulse signal;photoplethymograph;pulse sensor;noise anylsis
基于51单片机的脉搏测量仪 摘要：脉搏心率测量仪在我们的日常生活中已经得到了非常广泛的应用。为了提高脉搏心率测量仪的简便性和精确度，本课题设计了一种基于51单片机的脉搏心率测量仪。系统以STC89C51单片机为核心，以红外反射式传感器ST188为检测原件，并利用单片机系统部定时器来计算时间，由红外反射式传感器 ST188感应产生脉冲，单片机通过对脉冲累加得到脉搏心率跳动次数，时间由定时器定时而得。系统运行中能显示脉搏心率次数和时间，系统停止运行时，能够显示总的脉搏心率次数和时间。经测试，系统工作正常，达到设计要求。 关键词：脉搏心率测量仪；STC89C51单片机；红外反射式传感器 一脉搏心率测量仪系统结构 脉搏心率测量仪的设计，必须是通过采集人体脉搏心率变化引起的一些生物信号，然后把生物信号转化为物理信号，使得这些变化的物理信号能够表达人体的脉搏心率变化，最后要得出每分钟的脉搏心率次数，就需要通过相应的硬件电路及芯片来处理物理变化并存储脉搏心率次数。在硬件设计中一般的物理信号就是电压变化。 1.1 光电脉搏心率测量仪的结构 光电脉搏心率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心率跳动的红外光转换成电信号，用电子仪表进行测量和显示的装置。本系统的组成包括光电传感器、信号处理、单片机电路、数码管显示电路、电源等部
分。 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红外接收三极管组成，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行运算得出心率（包括STC89C51、外部晶振、外部中断等）。 4．数码管显示电路 即把单片机计算得出的结果用四位一体数码管显示出来。 5. 电源 即向光电传感器、信号处理、单片机提供的电源，采用直流5V电源供电。 1.2工作原理 本设计采用单片机STC89C51为控制核心，实现脉搏心率测量仪的基本测量功能。脉搏心率测量仪硬件框图如下图2.1 所示：
光电脉搏测量仪设计报告 一、设计意义 从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临Array床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的 重视。目前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秒钟时间内心跳的数，再把结果乘以6即得 到每分钟的心跳数，即使这样做还是比较费时， 而且精度也不高，因此，需要有使用更加方便， 测量精度更高的设备。 二、关键技术 脉搏检测中关键技术是传感器的设计与传感 器输出的微弱信号提取问题, 本文设计的脉搏波 检测系统以光电检测技术为基础，并采用了脉冲振幅光调制技术消除周围杂散光、暗电流等各种干扰的影响。并利用过采样技术和数字滤波等数字信号处理方法，代替实现模拟电路中的放大滤波电路的功能。本系统模拟电路简单，由ADC841芯片实现脉搏信号采集，信号处理和脉搏次数的计算等功能，因此体积小，功耗低，系统稳定性高。本系统可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, 因此可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。 三、硬件设计 3.1 设计框图 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，用电子仪表进行测量和显示的装置。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、电源等部分。脉搏测量仪硬件框图如图1所示。 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。单片机电路对输入的脉冲信号进行计算处理后把结果送到数码管显示。 3.2脉搏信号采集与放大整形 目前脉搏波检测系统有以下几种检测方法：光电容积脉搏波法、液体耦合腔脉搏传感器、压阻式 脉搏传感器以及应变式脉搏传感器。近年来, 光电检测技术在临床医学应用中发展很快, 这主要是由 于光能避开强烈的电磁干扰, 具有很高的绝缘性, 且可非侵入地检测病人各种症状信息,具有结构简
脉搏测试仪设计报告 摘要：本系统以ST12C5A60S2单片机为核心，利用红外线发射二极管和接收二极管作为信号检测传感器，通过LM324信号放大电路，最终使用四位一体数码管作为显示器件。系统利用红外对管将人体心脏跳动使血管中血液饱和程度的变化将引起光的强度发生的变化，红外接收二极管的电流也跟着改变，导致红外发射管输出脉冲信号，经过由LM324构成的放大电路将脉冲信号放大整形，传送至单片机进行信号计算处理，最后将数据结果送到数码管进行显示。由此来对人体心率的数据进行测量。 关键词：ST12C5A60S2、红外线发射二极管、接收二极管、LM324、MY3641AH
Abstract：The system is based on the ST12C5A60S2 single-chip microcomputer as the core, with the infrared emitting diode and receive diode as sensor, signal amplifier circuit with LM324 as the core device, with 2MY3641AH four in one as a digital control display device. Through infrared to control the human beating heart vascular blood saturation degree of change will cause the light intensity changes, the infrared receiving diode current also change, resulting in the infrared emission tube output pulse signal, after which is composed of LM3243stage amplifying circuit amplifies the pulse signal is transmitted to the single chip microcomputer, signal processing, finally the data sent to the digital tube display. According to the data measured on human heart rate. Key words: ST12C5A60S2, infrared emitting diode, receiving diode, LM324, MY3641AH 目录
光电式脉搏传感器的原理 根据郎伯－比尔（lamber－beer）定律,物质在一定波长处的吸光度和他的浓度成正比,当恒定波长的光照射到人体组织上时,通过人体组织吸收、反射衰减后测量到的光强在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征。 脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生的,在人体指尖,组织中的动脉成分含量高,而且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄,透过手指后检测到的光强相对较大,因此光电式脉搏传感器的测量部位通常在人体指尖。 手指组织可以分成皮肤、肌肉、骨骼等非血液组织和血液组织,其中非血液组织的光吸收量是恒定的,而在血液中,静脉血的搏动相对于动脉血是十分微弱的,可以忽略,因此可以认为光透过手指后的变化仅由动脉血的充盈而引起的,那么在恒定波长的光源的照射下,通过检测透过手指的光强可以间接测量到人体的脉搏信号。 一、光电式脉搏传感器的结构 从光源发出的光除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。光电式脉搏传感器按照光的接收方式可分为透射形式和反射式2种[2],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,接收的是透射光,这种方法可较好地反映出心律的时间关系,但不能精确测量出血液容积量的变化;反射式的发射光源和光敏器件位于同一侧,接收的是血液漫反射回来的光,此信号可以精确地测得血管内容积变化。本文讨论的是透射式脉搏传感器,侧重于脉搏信号的测量。 二、光电式脉搏传感器的制作 1、光敏器件 光电式脉搏传感器由于采用不同的光敏元件有着多种实现方法,其中光敏元件主要有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管和硅光电池,在传统的光电式脉搏传感器设计中,通常采用的是独立光敏元件,利用半导体和光电效应改变输出的电流,通常光敏元器件输出的电流极低,容易受到外界干扰,而且对后续的放大器的要求比较严格,需要放大器空载时的电流输出较小,避免放大器空载输出电流对脉搏信号测量的干扰,这样对于普通的放大器就不能直接应用在光敏元件的后端。
摘要 脉搏心率测量仪在我们的日常生活中已经得到了非常广泛的应用。为了提高脉搏心率测量仪的简便性和精确度，本课题设计了一种基于52单片机的脉搏心率测量仪。系统以STC89C52单片机为核心，以红外反射式传感器ST188为检测原件，并利用单片机系统内部定时器来计算时间，由红外反射式传感器ST188感应产生脉冲，单片机通过对脉冲累加得到脉搏心率跳动次数，时间由定时器定时而得。系统运行中能显示脉搏心率次数和时间，系统停止运行时，能够显示总的脉搏心率次数和时间。经测试，系统工作正常，达到设计要求。 关键词：脉搏心率测量仪；STC89C52单片机；红外反射式传感器
Abstract Pulse meter in our daily life have got the very extensive application.In order to improve the simplicity and accuracy of the apparatus used to measure the pulse, this topic has designed a pulse measuring instrument based on 52 microcontroller.System with STC89C52 single-chip microcomputer as the core, with original ST188 infrared reflection type sensor for the detection, and use the single chip microcomputer system internal timer to measure time, pulse generated by the reflecting type of infrared sensor ST188 induction, microcontroller pulse is obtained by the pulse accumulation number, time by the timer timing.System can display the pulse frequency and time, the system stops running, can display the total pulse frequency and time.After the test, the system works well, to meet the design requirements. Keywords：The pulse measuring instrument;STC89C52 single-chip microcomputer;The infrared reflection type sensor
简单好玩的心率测量仪 将你的食指轻轻地放在传感器上，就能看到LED指示灯随着你的心跳而闪动，15秒钟以后，还能在数码管上显示你当前的心率。 核心部分在传感器上，这里用的是一套红外对管。
人体指尖的动脉比较发达，当动脉血管随心脏周期性收缩与舒张时，血管中的血液容积也会发生变化。这时红外接收探头便能采集到的相应的光脉冲信号，经过去噪和放大后送到单片机，进行运算处理，便得到了心率数据。 采集部分的原理图
运算与显示部分的原理图 单片机代码 /* Project: Measuring heart rate through fingertip Copyright @ Rajendra Bhatt January 18, 2011 PIC16F628A at 4.0 MHz external clock, MCLR enabled */ sbit IR_Tx at RA3_bit; sbit DD0_Set at RA2_bit; sbit DD1_Set at RA1_bit; sbit DD2_Set at RA0_bit; sbit start at RB7_bit; unsigned short j, DD0, DD1, DD2, DD3; unsigned short pulserate, pulsecount; unsigned int i;
//-------------- Function to Return mask for common anode 7-seg. display unsigned short mask(unsigned short num) { switch (num) { case 0 : return 0xC0; case 1 : return 0xF9; case 2 : return 0xA4; case 3 : return 0xB0; case 4 : return 0x99; case 5 : return 0x92; case 6 : return 0x82; case 7 : return 0xF8; case 8 : return 0x80; case 9 : return 0x90; } //case end } void delay_debounce(){ Delay_ms(300); } void delay_refresh(){ Delay_ms(5); } void countpulse(){ IR_Tx = 1; delay_debounce(); delay_debounce(); TMR0=0; Delay_ms(15000); // Delay 1 Sec IR_Tx = 0; pulsecount = TMR0;
便携式心率测试仪(开题报告) 五邑大学 电子系统设计开题报告 题目：便携式心率测试仪 院系信息工程学院专业电子信息工程学号学生姓名指导教师开题报告日期 一、课题、国内外研究现状与水平及研究意义、目的。 1．课题 便携式心率测试仪 2．国内外研究现状与水平 便携式医疗设备正不断改进数以百万计患者的医疗保健条件。现在外国的先进运动手表甚至能够无线记录用户的心率。未来，还将有众多能显著改善医疗实施及其效果的创新型医疗应用产品。 满足便携式医疗领域的微处理器需求给半导体企业带来了挑战。虽然工程设计无外乎是在相对立的功能、规范以及空间限制条件之间进行取舍，但是这种平衡取舍在便携式医疗领域往往非常棘手。医疗市场的相关需求往往很难协调，如小尺寸与高功能性、低功耗与高性能模拟，以及超长电池使用寿命与高处理能力等。这些产品需要模数转换器
(ADC)、可调节增益、电源管理以及液晶显示屏 (LCD) 等。这些都将是需要我们更多的去研究和发展。 3．研究意义和目的 以往专门测量心率值的仪器较少，人们为了知道自己的运动或者劳动强度是否超负荷，尤其是老年人或运动员等，他们都得赶到医院而不能实时测量和预知。为了观测“预防为主”的方针，为了实现人人能享受基本医疗保健的目标，把过去的以医院为轴心的医疗服务体系过度到以家庭为基础的社区卫生服务体系已成为必然趋势。所以便携式医疗仪器已相继问世。便携式心率测试仪属于一种集轻型化、一体化、可视化等优点的测试仪；同时它适合在家庭和社区条件下使用。心电诊断仪、心率计的应用在心血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用，它们所记录的心脏活动时的生物电信号，已成为临床诊断的重要依据。该心率仪可用于临床心率监护；并为体力劳动者劳动强度测定、运动员及士兵训练强度测定等提供确凿的和必不可少的生理指标。 二、研究内容，拟采取的研究方法、实验过程、预期成果。（附主要
目录 摘要 (1) 引言 (1) 1.设计要求 (2) 2.设计过程 (2) 2.1 总体方案设计 (2) 2.2 单元电路设计 (3) 2.3 总体电路及工作原理 (10) 3.装调与测试 (11) 3.1 电路板的制作 (11) 3.2 电路板的焊接 (11) 3.3 测试 (11) 总结 (12) 参考文献 (12)
数字式心率测量仪设计 姓名：吴贺学号：20075042067 单位：物理电子工程学院专业：电子信息工程 指导老师：周胜海职称：副教授 摘要：对于医院的危重病人，或者在其他一些特殊场合，需对人的心率进行连续检测。本设计针对这一需求，设计了一台简易的数字心率测试仪。设计的思路是用压力传感器检测病人手腕部的脉搏跳动，把脉搏信号转化为电信号，压力传感器的输出信号经一系列电路处理，形成了可用于检测的脉冲信号。再经电路处理，最终由数码管显示其数值。 关键词：心率；计数器；放大器；传感器；显示电路；译码器。 Design of a Digital Heart Rate Meter Abstract:For some serious patients in hospital, or in some special occasions, heart rate is needed for continuous detection. this design according to the requirements, design a simple digital heartbeat tester. The thought of the design is to use a pressure sensor to detect the pulse flop of the patients, the pulse signals are converted to electrical signals, the output signal of pressure sensor is dealed with a series of circuit processing, the pulse signal which can be used to test is formed. After dealing with the circuit, finally the digital tube shows its value. Key Words:heart rate; counter;amplifier ; sensor;show circuit ; decoder. 引言 心率是用来描述心动周期的专业术语，是指心脏每分钟跳动的次数，以第一声音为准。一分钟时间内脉搏次数与心率是一致的，可以通过测量人在不同运动状态和安静状态下的脉搏，脉搏波所呈现出来的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，能反映出人体心血管系统中许多生理疾病的血流特征。 过去人们测量脉搏时常用的方法是使用测量脉搏的听诊器，或者使用吸附在人体上的电极等老式测量方法，这些方法操作不方便且计数也不准确。随着电子技术飞速发展，数字化时代给人们生产生活带来了极大的方便，数字式心率测量仪的研究及其应用也不例外。采用压电传感器检测采集人体的脉搏，检测的部位为被检测人的任意