单片机的人体脉搏指示仪毕业设计(编辑修改稿)

单片机的人体脉搏指示仪毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

性和 可维护性得到极大的改善。 在数据分析、处理、记忆、通讯等方面表现相当出色。 根据题目提出的要求，单片机控制当为首选。 以单片机为主外设显示器、键盘、通讯、打印接口等硬件电路，完成脉波计数、数据运算、显示、通讯、记忆等功能。 根据以上方案比较，本课题决定采用以红外传感器为传感器，以单片机为主控芯片外辅少量硬件电路完成数据处理、记忆、显示、通讯等功能。 硬件框图如图 23 所示。 图 23 单片机心率计 浙江科技学院毕业设计 6 单片机系统选择 AT89C205 AT89C51 单片机是最常用的单片机，是一种 高性能、低损耗、 CMOS 八位微处理器。 AT89C2051 与 MCS51 系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容，而且能使系统具有许多新的功能，功能强、灵活性高而且价格低廉。 AT89S52 可构成真正的单片机最小应用系统，增加系统可靠性，缩小系统体积，降低了系统成本。 程序长度只要不大于 4K，四个 I/O 口全部提供给用户。 系统运行中需要存放的中间变量较少，可不必再扩充外部 RAM。 采用 AT89S52 单片机，其内部有 8KB 单元的程序存储器。 而且具有三个定时器，正好满足系统多机通信时所用。 比较以上方案，综合考虑单片机的各 部分资源，因此此次设计选用 AT89S52。 显示模块选择 和论证 (1)液晶显示器 (LCD) 液晶单元是一个电容性负载，液晶在大多数情况下的阻力可以忽略，非极性，即正压和负压的影响是相同的。 液晶显示装置的作用下会发生电解直流电压，所以必须使用 ac驱动器，和有限的直流分量的交流组件不超过几十个 mv；由于电场下液晶光学性能的变化取决于液晶作为弹性连续介质的弹性形变，响应时间很长，所以交流驱动电压的影响并不取决于峰值，在低于 1000赫兹频率的情况下，液晶透光率的变化只与外部电压有效值。 液晶显示器 (LCD)信息量大，寿命长，低电压驱动程序等。 (2)LED动态显示 数码管是一种显示通过不同销输入相对于其电流，将使其发光，从而显示数字可以显示时间、日期、温度等所有可用的数据显示，参数。 因为它的价格便宜易于使用电器特别是在家电领域的应用非常广泛，空调、热水器、冰箱等等。 大部分的热水器用数码管，其他电器液晶显示屏和屏幕。 动态数码管显示界面是最广泛使用的方法之一，在单片机中显示 ,动态驱动程序将所有 8个数码管显示中风“ a,b,c,d,e,f,g,dp”相同的名称在一起，除了每个数码管公共大大增加 COM门控制电路， 一个门是由一个单独的 I / O控制线路，当单片机字形代码输出，数码管接收相同的字体大小。 反过来通过分时控制的所有 COM端口数码管，数码管使得每个控制，根据这个是一个动态的驱动器。 在每个数码管动态显示的过程，光时间是 1 2毫秒，因为发光二极管的余辉效应和视觉暂留现象。 事实上尽管数码管不同时点燃，但只要扫描速度很快，给人的印象是稳定的显示数据，不会有感觉闪烁，动态显示和静态显示的效果是相同的，可以节省大量的 I / O端口，以及更低的能耗 [12]。 根据以上两种方案比较，液晶显示具有其独特的优越性，显示效果好， 控制简单等优点。 所以就选择液晶来实现显示功能。 浙江科技学院毕业设计 7 元器件选择及功能介绍 单片机 AT89S52 (1)主要性能： 8KB 可改编程序 Flash 存储器（可经受 1000 次的写入 /擦除周期） 全静态工作： 0Hz～ 24MHz 三级程序存储器保密 128 8 字节内部 RAM 32 条可编程 I/O 线 2 个 16 位定时器 /计数器 6 个中断源 可编程串行通道 片内时钟振荡器 (2)功能特性描述： AT89C51 是一种低功耗 ,高性能 CMOS8 单片机 ,在系统可编程闪存 8 k。 使用 Atmel 公司生产高密度非易失性内存技术 ,和行业是与 80 c51 单片机产品说明和销完全兼容。 芯片上的 Flash 允许应用程序在系统可编程的内存 ,也适合传统的程序员。 在单个芯片上 ,具有灵活的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash,使得以 AT89C52 为许多嵌入式控制应用程序高灵活和有效的解决方案。 法具有以下功能 :标准 8 k 字节 Flash,256 字节的内存 ,32 个 I / O 端口线 ,看门狗定时器 ,两个数据指针 ,三个 16 位定时器 /计数器 ,一个 6 级向量 2 中断结构、全双工串口 ,芯片晶体及时钟电路。 以 AT89C52,此外 ,静态逻 辑操作可以减少到 0 赫兹 ,支持两种类型的软件可以选择节电模式。 空闲模式下 ,CPU 停止工作 ,允许内存 ,定时器 /计数器 ,一个串行端口 ,继续工作。 掉电保护 ,RAM的内容保存 ,振荡器是冻的 ,单片机停止所有工作 ,直到下一个中断或硬件复位。 以 AT89S52 销结构如图 2 4 所示。 红外传感器 红外技术是近几十年来开发的一项新技术。 在科技、国防和工农业生产等领域得到了广泛的应用，特别是在科学研究、军事工程和医学中发挥着极其重要的作用。 例如，在红外制导火箭、红外成像、红外遥感等。 红外辐射技术的重要工具是红外传感器 、红外传感器在现代生产实践起到了很大的作用。 特别是在实现远程温度监测和控制方面，红外温度传感器以其优越的性能，可以满足各种需求，从而发挥突出的作用在产品传感器。 因此红外传感器的发展前景是不可估量的。 心率计的设计传感器使用一对 5 毫米红外辅助管电路外的红外传感器，红外线是一种红外光敏接浙江科技学院毕业设计 8 收管，光敏接收管或红外接收管，红外线接收头配合一起使用时。 图 24 AT89S52 的引脚结构 红外发射管在包装行业，主要有三个常用的乐队 850 纳米以下， 875 nm、 940 nm。 根据波长使用该 产品的特征也有很大差异， 850 nm 波长主要用于红外监测设备， 875 nm 主要用于医疗设备、 940 nm 带主要用于红外控制设备。 如 :红外遥控控制器、光电开关、光电设备，如数字的读法。 光敏接收管是一种光敏 PN 结的特点，属于光敏三极管，单向导电性，因此在工作中需要添加反向电压。 没有光，反向漏电流小，饱和 (暗电流 )。 光导管不导电。 当光饱和立即反向漏电流增加，形成光电流，在一定的范围内增加入射光强度的变化。 双运算放大器 LM358N LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器， 适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。 它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有使用运算放大器的可用单电源供电的场合。 1 低输入偏流 2 内部频率补偿 3 直流电压增益高 (约 100dB) 4 单位增益频带宽 (约 1MHz) 5 电源电压范围宽：单电源 (3— 30V)；双电源 (177。 一177。 15V) 浙江科技学院毕业设计 9 6 低功耗电流，适合于电池供电 7 低输入失调电压和失调电流 8 共模输入电压范围宽，包括接 地 9 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 10 输出电压摆幅大 (0至 ) LM358 的引脚结构如图 25 所示。 图 25 LM358的引脚结构 LCD1602显示模块 1602 LCD是指显示的内容为 16X2,即可以显示两行，每行 16个字符液晶模块（显示字符和数字）。 图 26 LCD显示模块引脚图 管脚功能 1602采用标准的 16脚 接口，其中： 第 1脚： VSS为 电源地 浙江科技学院毕业设计 10 第 2脚： VCC接 5V电源正极 第 3脚 :V0液晶显示器对比度调整 ,积极的力量对比最弱 ,接地时力量对比最大 (对比度太高会产生“鬼影” ,当使用的电位器调整 10 k)的对比。 第 4脚 :RS注册选择 ,而高一级的数据寄存器 ,低级别 0选择指令寄存器。 第 5脚 :RW读写信号线路 ,高水平 (1)读操作时 ,低水平 (0)写作。 第 6脚 :E(EN)或结束启用 (激活 ),高级别 (1)读取信息 ,当负面的跳时执行指令。 第 7~14脚 :D0~D7 8位双向数据。 第 15~16脚 :空脚或光 功率。 15脚背光积极、背光负 16脚。 浙江科技学院毕业设计 11 3 硬件系统设计 系统设计框图 心率测量仪总体设计的电路图如图 3 1所示 ,主要包括信号采集电路、放大电路、比较电路、信号处理电路和单片机液晶显示电路。 利用红外传感器来收集第一次心跳频率信号，当人体组织半透明值大，红外发射管 Dl发出通过身体的组织光强度很弱，光敏三极管导通，输出高水平，当人体的组织和半透明度值很小，红外发射管发出 Dl通过身体的组织，强烈的光强光敏三极管导通，输出低电平。 因此形成的脉冲频率成正比低频信号 ,它类似于 正弦波。 当脉搏为 40次 /分时，检测到的频率是 ，当脉搏为 40次 /分时，检测到的频率是 ，从传感器过来的是低频信号。 该低频信号首先经 RC振荡器滤波以消除高频干扰，经无极性隔直流电容 C C5加到线性放大器的输入端。 运算放大器将此信号放大 100倍，并与 R R C6组成的低通 T型滤波器滤除残留的干扰。 正弦信号经微分形成尖脉冲信号，单稳态振荡电路将尖脉冲信号转化为同频率的长脉冲信号，该脉冲信号通过 R12送到单片机后，经过软件对信号的处理，最后在以数值形式显示在液晶上。 图 31 系统设计原理框图 信号采集电路 信号采集电路如图 32 所示。 5MM 红外对管 D1与 D3 组成红外传感器。 因红外传感器输出的脉冲信号是非常微弱的信号，而且频率很低（如脉搏 50次 /分钟为 ， 200次 /分钟为 ），并且还伴有各种噪声干扰，故该信号要经过 R C5 低通滤波，去除高频干扰。 当传感器检测到较强的干扰噪音时，其输出端的直流电压信号会有很大变化。 浙江科技学院毕业设计 12 图 32 信号采集电路 信号放大电路 如图 33 所示， R3 与 R8 的电阻之比为放大器的放大倍数，经过计算所得该放大器的理 论值为 200 倍，但由于 8 号接口上 5V 供压不足再加上材料限制和人为的因素，该放大倍数只有 20 倍左右。 图中 C7 为耦合电容，作用为隔直流通交流，之所以使用 1uF 的电容，是为了让所有的信号通过。 信号放大电路仿真图如图 34 所示。 图 33 信号放大电路 浙江科技学院毕业设计 13 信号比较电路 电压比较器是一种常用的集成电路。 它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于 V/F 变换电路、 A/D 变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。 我们主要介绍其基本概念、工作原理及典型工作电路，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小并判断出其中哪一个电压高， 接到的信号电压小于该值时显示 0V，当大于该值时显示 5V，这就形成了 0和 5V的方波。 如图 34 所示。 图 34 电压比较器电路图 LCD1602显示电路 LCD1602与单片机接口电路如下： 图 35 LCD1602与单片机接口 浙江科技学院毕业设计 14 键盘电路 因为 I/O 口足够用，键盘设计采用线性 键盘。 三个引脚通过按键接地。 有程序控制扫描。 3个按键分别接到 CPU 的 P P3 P32 上，正常心率范围的设置，以便在超出限制时报警提示。 图 36 键盘电路 浙江科技学院毕业设计 15 4 系统软件设计 测量计算原理 设 K个连续的动脉搏动所用时间为 t（秒），在时间 t 内心率的平均值为 n（次 /分），则： n = 60K/t (41) 为了能够控制用 单片机计算机测定 t值，我们利用脉动信号控制（在 K个连续的脉搏周期内）单片机的定时 /计数器 T0定时（定时 1ms中断一次），工作寄存器对中断次数进行计数，然后读取计数值。 设该计数值为 N，于是有： t = (42) 把 (2)带入 (1)得到： n = 60k/。