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查看网站的外链,佛山网站设计中心,企业网站推广的渠道,做网站用什么云服务器摘 要 在我们现在的日常生活中脉搏心率测量仪器的使用已经越来越广泛了。为了使脉搏心率测量仪在简便性和精度方面有所提高#xff0c;本课题的目的是设计一种基于52单片机的脉搏心率测量仪。系统以STC89C52单片机中央处理单元#xff0c;以红外反射式传感器ST188为检测原件本课题的目的是设计一种基于52单片机的脉搏心率测量仪。系统以STC89C52单片机中央处理单元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第2章 心电信号分析及采集心脏每次收缩之前心肌细胞发生兴奋在兴奋的过程中所产生的微生物电流即心电信号。通过人体组织传导到体表在经过一定的导联方式经过采集、放大、处理、显示或打印出波形这就是心电图。现在社会心血管疾病是死亡率最高、发病率最高最大威胁着人类的生命。心电信号检测处理的目的可以根据所提取的心电图的特征数据分析出心血管系统的状态进而作为医学决策的依据。目前心电图机已经比较普及但仍然依赖于人工读图而且对相关人员的专业知识水平要求较高ECG计算机自动识别技术尚有待开发完善。2 心电信号波形介绍每个心脏运动的收缩和舒张叫做一个心动周期[2]对应心跳周期包括除及和复极叫做一个心电周期。以6个连续字母P、Q、R、S、T、U不同代表6个持续最大值和最小值在一个心电周期的心电图里如图2.1所示。图2.1 正常的心电图一般心电图形按先后产生的是P波、QRS波T波U波他的图形间的间期包括P-R间期、R-R间期、Q-T间期研究很多波的振幅和各种波的频率和各波形间间期的改变可为治疗一些心脏疾病和全身疾病提供资料[3]。P波首先发生的偏离基线的波就是P波它代表心房消极化过程中电压变化代表两个心房的去极QRS波心室产生最大的波反应心室除极化过程QRS波一般持续0.08-0.12s。它大多是三个连在一起的波QRS代表心室除极波不过不是所有QRS波总有Q、R、S三个波构成一个直流的负QRS波称为QS波下面对QRS波加以详细分析T波表示心脏复极化时候的电压变化方向和QRS波群的主波方向一样波的最大值0.1-0.8Mv时间0.05-0.25s。U波在T波后面0.02-0.04s可能出现的一个低而宽的波方向与T波一致至今还不太清楚其意义与成因。P-R时段表示P波末尾到QRS波开头中间的图形大多与基线一个水平。PR段由电活动经房室交界传给心室所形成的电位变化很弱在体表无法记录出。心电波形的数据和形态主要包括时间、时限、幅度、波形形态等几个方面当这些参量发生异常时也能反应心血管生理状态的异常。像P波的时限太长表示心房内传输阻滞QRS波时限太长就表示心室内传导阻滞RR间期过长表示心动太慢。2.2 心电信号的特点(1)信号弱信噪比低。由于电信号是一种微弱信号所以它的幅度非常小通常为0.05mV-5mV属于毫伏级的电信号。要想把它显示出来至少需要放大1000倍左右。而且因其信噪比低心电信号的放大曾是一个比较困难的问题。(2)信号源阻抗大因为心电信号由皮肤电极从人体表面采集所以信号源内阻很大大约100。再者由于不同人体或者同一人体自身的差异皮肤与电极之间的阻抗会有很大的不同从而放大器的输出结果也会有很大的不稳定因素。(3)电磁干扰大人体周围存在极大的电磁干扰如50HZ的工频干扰和空中的其他电磁干扰其干扰信号比起信号源要强的多从而使有用信号被干扰信号淹没。(4)信号频率低心电信号的频率成分主要集中在0.05-100HZ(5)随机性肌肉的信号是经过人的心电信号反应就是整个人体系统重要组成。可是身体的不匀称性和多通道性和可采集多通道输入电压会因外界干扰变化。2.3 心电信号干扰(1)工频干扰因为供电网络到处都有导致50Hz的工频干扰是到处存在他是心电信号的主要干扰原因。它大多经过体表和采集系统的链接导线的电容性耦合参入以位移电流的方式 大小完全可有用的心电信号覆盖。(2)高频电磁场干扰由于无线电行业的成长各类频段的无线电设备、电视广播台、手机设备、卫星等的使用让周围的电磁波一直存在。这些高频电波杂质也能经过采集电路和患者接触的导线进来有时导致采集结果会有变化严重时导致采集系统无法运行。(3)呼吸引起的基线漂移和ECG幅度改变[4]呼吸引发的信号变化能够看作是一个由呼吸的频率掺入心电信号的杂志部分(正弦曲线)。这个正弦杂质最大值和频率是变化的。呼吸所产生的心电电压最大值的变化可能达到15。基线变化的频率范围从0.1Hz-0.3Hz。(4)电极极化干扰心电的获得是经过在人体皮肤放有电极来采集的。和电极碰触的是电解质液体(导电物、汗水或组织液等)此时会组成一个金属一电解质溶液平面因电化学的作用在二者之间会产生一定的电位差称之为极化电压。极化电压的幅度正常较大从几毫伏到几百毫伏之内。当两电极状态无法满足对称时极化电压就能制造干扰尤其是在采集端和体表接触不好导致掉落的时候就会更加严重。(5)肌电干扰刺激和反射是肌肉的最原始能力由神经系统对他控制肌肉机械性运动同时还有生物电动作。产生生物电运动存在的电压差因时间改变的图形就是肌电图。肌电常常是一类很快变化的电压他频率大小为20-5000Hz。(6)设备产生的高频噪声很多手术用具高频率信号会严重干扰心电信号。采集信号在250-1000HZ范围干扰频率估计在100KHZ到1MHZ范围杂波幅度几乎是心电最大值的200倍保持1s到10s时间。2.4光电传感器的结构传感器由红外发光二级管和红外接收三极管组成。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脉搏心率波曲线的漂移。红外接收三极管在红外光的照射下能产生电能它的特性是将光信号转换为电信号。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。光电式脉搏心率传感器按照光的接收方式可分为透射式和反射式2种[8]。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。反射式的发射光源与光敏接收器件。因此本系统采用了反射式光电传感器。结构如图3.2所示。图3.2 反射式光电传感器2.5 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[5]。因此本设计将红外发光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, 于是红外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行整形、计数和显示[9]即可实时的测出脉搏心率的次数。第3章 硬件设计说明3.1 总设计方案前面对心电信号额特点做出了详细的分析此次设计主要通过脉搏对心电信号进行采集脉搏产生的信号同样十分微弱为了去除电路中存在的杂质以及周围存在的工频干扰我查阅了相关的资料了解了小信号放的相关设计这里我选取了一款整形放大芯片来设计此次的心率采集装置在这里我使用的中央处理单元是STC89C52它的作用是对信号进行处理并且将心率的大小在显示屏幕上显示为了方便设计我对各模块电路进行了分步设计设计的总模块框图见(3.1)图3.1 总设计框图3.2 面临的问题(1)放大的问题心电信号是比较微弱的生物信号电压最大也就0.5mV到2.5mv而且信号中存在这直流信号它是皮肤和电极接触的时候产生的在这里直流信号是不能放大的。(2)噪声问题人体本身存在干扰50HZ工频干扰电磁场存在干扰其中较为严重的就是50Hz的工频干扰为了使结果的精良准确必须消除上面所提到的干扰。在临床中带宽一般为0.05-100Hz。3.3 各系统模块的功能描述3.3.1 信号采集电路脉搏心率信号的采集电路主要有红外发射和接收装置组成图中对R10的要求比较严格因为他对二极管电流的影响很大考虑到红外接收三极管感应红外光灵敏度在这里选择470K的电阻。当手指不在二极管之间时或者传感器或检测到强的光线时输入端会出现比较大的直流电压这里用C4耦合电容把电路隔断目的是为了不让直流电压通过对LM358芯片造成影响。当测量手指脉搏的时候也会出现不一样的情况第一种情况就是手指虽然遮挡了红外发射二极管发射的红外光但是因为红外接收三极管中有暗电流存在使得输出的电压小。第二种情况就是测试到脉搏的时候手指的透光性会因为血液变差红外接收三极管中的暗电流变小输出电压变大。采集到的信号频率还是不大有时候只有50次/分钟时只有0.78Hz200次/分钟时也只有3.33Hz因此信号首先经耦合电容C4耦合再由R5、C5滤波以滤除高频干扰后加到线性放大输入端。采集电路的原理图如图3.2所示图3.2 红外发射和接收电路3.4.5 陷波电路尽管有前面的高通滤波电路以及LM358对噪声的抑制作用及其后的放大部分具有不少共模干扰信号得到了有效的抑制。但是由于皮肤电极与人体接触的质量加上人体、导线与周围导体的电容或感性耦合和输入阻抗的不平等因素其中工频干扰影响最大。在我们周围50Hz工频干扰较为普遍所以在信号处理的过成中工频干扰是不容忽视的问题。本设计重点是心电信号的采集和处理采用硬件电路的方式来解决其干扰。图3.9 构成一陷波电路,这是一典型的有源双T网络。图3.9双T陷波电路第5章 系统调试5.1 系统调试根据系统设计方案本系统的调试可分为两大部分模拟部分和纯MCU部分。由于在系统设计中采用模块化设计所以方便了对各电路功能模块的逐级测试。断开两部分的连接点先调试MCU部分。试着输入一系列脉冲用适当的电阻接正极间断性地输入观察MCU部分能是否能显示模拟部分用不透明的笔在红外发射二极管和接收三级管之间摇摆借助示波器观察波形效果如何。单片机软件先在最小系统板上调试确保工作正常之后再与硬件系统联调。最后将各模块组合后进行整体测试使系统的功能得以实现。1.放大倍数的增加传感器的输出端经示波器观察有幅度很小的正弦波但经整形输出后检测到的脉冲还是很弱在确定电路没有问题的情况下加强信号的放大倍数调整电阻R12和R13的阻值。2. 时钟的调试根据晶体振荡频率计算出内部定时器的基本参数通过运行一段时间可通过秒表来校正后,看时间误差的量,以这个量为依据改变程序中的内部定时器基本参数,就可使时钟调准确。3. 开机后无显示首先检查交流电源部分有无交流若无则可能保险管或变压器烧坏如有继续查直流有无如无则电源已烧坏可更换解决。4. 显示正常但经适当运动后测量脉搏心率次数没有增加可能是前置放大级有问题可采用更换的办法判断并排除。5. 进人测量状态, 但测量值不稳定主要是光电传感器受到电磁波等干扰其次是损坏或有虚焊。6. 开机后显示不正常或按键失灵可查手指摆放的位置或按键电路若无故障则是硬件损坏。文章底部可以获取博主的联系方式获取源码、查看详细的视频演示或者了解其他版本的信息。所有项目都经过了严格的测试和完善。对于本系统我们提供全方位的支持包括修改时间和标题以及完整的安装、部署、运行和调试服务确保系统能在你的电脑上顺利运行。