基于单片机红外式脉搏检测仪的设计
【摘 要】脉搏测量仪在我们的日常生活中已经得到了非常广泛的应用，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。为了提高脉搏测量仪的简便性和精确度，本文设计了一种基于我国宏晶公司的STC89C52单片机的脉搏检测仪。该系统以STC89C52单片机为核心，利用ST188红外光电传感器产生电压信号，利用单片机系统内部定时器来计算时间，由单片机通过对信号累加得到脉搏跳动次数。当系统停止运行时，能够显示总的脉搏次数和时间。经测试，系统工作正常，达到设计要求。
【关键词】STC89C52单片机;LCD显示器;脉搏测量仪;ST188光电传感器
引言
从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。而几乎世界上所有的民族都用过“摸脉”作为诊断疾病的手段。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息，在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脉搏测量在有脉搏时遮挡光线。
本系统以STC89C52单片机为核心，利用脉搏检测仪在测量时，有脉搏时遮挡光线弱，无脉搏时透光强的特点设计，所采用的传感器是红外对管反射式传感器ST188。利用单片机系统内部定时器来计算时间，由光电传感器感应产生信号，单片机通过对信号累加得到脉搏跳动次数，时间由定时器定时而得。系统运行中可以通过观察指示灯闪烁，若均匀闪烁说明测量值准确。但人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频的弱信号， 脉搏波信号更是低频微弱的非电生理信号， 必需经过放大和滤波以满足采集的要求。
1、系统总体方案设计
系统总体设计由单片机STC89C52、按键、LCD1602、ST188光电传感器、运算放大器、滤波电路等模块构成，总体方案框图如图1所示。当脉搏测量的时候，需要人把手轻轻的按在ST188光电传感器上面，由于人脉搏跳动的时候，血液的透光性不一样会导致接收器那边接收的信号强弱不一样，间接的把人的脉搏信号传回，通过运放对其进行放大、整形、滤波后连接到单片机的I/O口，单片机利用外部中断对其进行计数，最终换算成人一分钟脉搏的跳动次数，最终显示在LCD液晶屏上。
2、脉搏检测仪硬件电路设计
2.1 单片机主控电路与LCD显示电路
脉搏检测仪主控电路在整个系统中起着统筹的作用，需要检测传感器输出电压等各种参数，同时驱动液晶显示相关参数，在这里我们选用了我国宏晶公司单片机中的STC89C52单片机作为系统的主控芯片。
该单片机最小系统有STC89C52单片机、晶振电路、复位电路组成，晶振电路选用了12MHZ的晶振提供时钟，以给单片机提供一个时间基准，其中执行一条基本指令需要的时间为一个机器周期，单片机的复位电路按下复位按键之后使单片机进入刚上电的起始状态。
由于本设计中要求显示界面显示一些参数，因此这里选用了LCD1602作为界面显示。该电路用STC89C52的P0口作为DB0～DB7的8位数据线，用P1.2、P1.1、P1.0分别作为LCD的EN、R/W、RS。其中EN是下降沿触发的片选信号，R/W是读写信号，RS是寄存器选择信号，只要按照LCD1602产品说明文档的方法与单片机引脚连接即可。
2.2信号采集电路
此部分电路的功能是由ST188红外光电反射式传感器采集脉搏信号，通过红外光照射人的手指的血脉流动情况，把脉搏跳动转换为电信号，由于光电传感器输出的电压一般为几十毫伏，所以必须加以放大，以达到整形电路所需的电压，一般为几伏。放大后的信号波形仍是不规则的脉冲信号，因此必须加以滤波整形，经整形电路后输出的`电压应满足计数器的要求。其原理电路如图2所示。
上图中，红外反射式对管采用ST188。用+5V电源供电，R4取330Ω，R5取20kΩ，当人把手指放在发光二极管和光电二极管之间的时候，光电二极管接收到的信号会随人脉搏强度的变化而变化。由于脉搏信号输出的信号十分微弱，一般在毫伏级别，而且输出的信号一般会伴随很大的噪声干扰，因此在这里用电阻和电容搭建起一个RC滤波电路用于消除噪声。
2.3 运算放大电路整形电路
由于经过滤波后的脉搏信号仍是不规则的脉冲信号，且有低频干扰，仍不满足计数器的要求，必须采用整形电路。这里选用了集成运算放大器LM358，由于该芯片有两个运算放大器，故此为了提高抗干扰能力，其中一个集成运放用作放大光电传感器电压信号，另一个运放用作电压比较器，以输出直流方波信号给单片机。除此外LM358还接上了一个LED用作指示脉搏跳动的状态。放大整形电路如图3所示：
3、系统软件程序设计
单片机上电后先进行初始化，清楚一些参数的初值，然后等待用户施加外部中断，当进入外部中断服务程序后，单片机定时器启动，之后单片机通过定时器定时15s，然后再换算出对应的真实的脉搏次数，经过4倍乘后变为1min再在液晶LCD1602屏幕上显示。主程序流程图如图4所示。
4、系统测试与结束语
本文将STC89C52的红外脉搏检测仪测得的脉搏次数与医用听诊器测出的脉搏次数经过五组比较，每组分为5次，其对比结果满足误差要求，验证了该设计的可靠性。本文基于宏晶公司的STC89C52单片机设计了一种红外反射式脉搏检测仪，该检测仪利用红外反射式光电传感器产生脉冲信号，经过滤波放大整形后，输入STC89C52单片机内进行相应的信号采集控制，最终经单片机采集数据后并将数据在LCD1602液晶屏上显示，从而测量出一分钟内的脉搏跳动次数，该设备使用快捷方便，具有较好的实用价值。
参考文献：
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