CN202981987U

CN202981987U - 基于单片机的脉搏测量仪

Info

Publication number: CN202981987U
Application number: CN 201220707823
Authority: CN
Inventors: 杨镇博; 张加宏; 张思俊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2022-12-20

Abstract

本实用新型涉及脉搏测量仪，尤其是基于单片机的脉搏测量仪。所述基于单片机的脉搏测量仪包括封装在壳体内的单片机、信号采集电路、数码显示器、复位电路、电源电路、报警电路；信号采集电路、数码显示器、复位电路、电源电路、报警电路分别与单片机连接；信号采集电路包括依次连接的光电传感器、放大电路、滤波电路。本实用新型所涉及的基于单片机的脉搏测量仪使用时，探测器部分不倾入人体，对人体不造成损伤；同时因为避免了接触人体被污染而提高了精度。

Description

基于单片机的脉搏测量仪

技术领域

本实用新型涉及脉搏测量仪，尤其是基于单片机的脉搏测量仪。

背景技术

现在脉诊作为“绿色无创”的诊断手法，得到中外医学界的极大关注和认可。但是切脉仅仅依靠医生手指的感觉辨别脉象的特征受到感觉的限制，难免会存在一些主观臆断，影响脉搏获取的准确性，最后脉搏无法记录和保存，会影响后续的治疗，以上因素大大制约的中医的发展和推广。脉搏测量仪的研究主要是停留在接触式的传感器上的研究。利用此内传感器所研究设计的指脉，耳脉各有优点和缺点。指脉的测量比较的方便和快捷，但是由于指脉的汗腺比较多，所以如果常年使用，难免污染严重，指脉测量就会有误差；耳脉的测量相对比较卫生同时污染情况也比较小，容易维护。但是耳脉的信号比较微弱，同时受到季节影响比较严重，造成测量结果不准确的情况。过去在以前中老年保健器材和医院临床测量的过程中使用过便携式的电子血压计，这种便携式的电子血压计每次测量的时候都会有一个加压减压的过程。在这过程中会有不适，存在脉搏检测精确低等不可避免的缺点。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了基于单片机的脉搏测量仪。

本实用新型为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

基于单片机的脉搏测量仪，其特征在于包括封装在壳体内的单片机、信号采集电路、数码显示器、复位电路、电源电路、报警电路；所述信号采集电路、数码显示器、复位电路、电源电路、报警电路分别与单片机连接。信号采集电路包括依次连接的光电传感器、放大电路、滤波电路，所述光电传感器的光接收部位与人体接触，所述滤波电路输出端接单片机。

进一步的，所述基于单片机的脉搏测量仪还包括倒向电路；所述倒向电路的输入端接滤波电路的输出端，输出端接单片机。

进一步的，所述基于单片机的脉搏测量仪中，单片机为STC89C52芯片。

进一步的，所述基于单片机的脉搏测量仪中，数码显示器为LCD1602芯片。

本实用新型采用上述技术方案，具有以下有益效果：本实用新型所涉及的基于单片机的脉搏测量仪使用时，探测器部分不倾入人体，对人体不造成损伤；同时因为避免了接触人体被污染而提高了精度。

附图说明

图1是基于单片机的脉搏测量仪的模块示意图。

图2是由TCRT5000构成的信号采集电路。

图3是由LM741构成的信号第一级放大电路。

图4是第二级放大电路。

图5是由LM358构成的滤波电路。

图6是由8050构成的倒向电路。

图7是由LCD显示时序图。

图8是系统中主程序控制的单片机系统程序框架。

图9是定时器的中断服务程序框架。

图10是定时器外部中断程序框架。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明：

如图1 所示为基于单片机的脉搏测量仪，包括封装在壳体内的单片机、信号采集电路、数码显示器、复位电路、电源电路、报警电路；所述信号采集电路、数码显示器、复位电路、电源电路、报警电路分别与单片机连接。信号采集电路包括依次连接的光电传感器、放大电路、滤波电路。

光电传感器在测量脉搏时，将血管中血液饱和度的变化引起光强变化转化为脉冲信号。

放大电路包括第一级放大电路，第二级放大电路，用于将光电传感器的输出脉冲信号放大为适于单片机采集的数量级。

滤波电路滤去放大电路输出脉冲信号中的高频成分。

单片机根据滤波电路的输出量统计单位时间内脉搏跳动的次数。

数码管显示器显示单片机统计单位时间内脉搏跳动的次数。

报警电路在单片机统计的单位时间内脉搏跳动次数超出设置范围时，发出报警信号。设置范围可根据生理数据经验值获得。

复位电路、电源供电电路作为单片机的外围电路，为单片机正常工作提供必要的复位信号、电源信号。

使用本实用新型所述的基于单片机的脉搏测量仪：将手指放在红外线接收三极管前，血管中的血液随着心脏的跳动而流动。由于手指放在光传递的路径中，血管中血液饱和度的变化就会引起光强发生变化，光强度变化和心脏的跳动变化是完全一致的，红外接收三极管将光强度变换转化为脉冲信号输出。脉冲信号经过放大、滤波后得到滤去高频分量且幅值适于单片机测量的脉冲信号。滤波电路输出的脉冲信号就是单片机的外部中断信号。单片机在其外围电路提供必要的工作信号的情况下触发中断程序，对输入的脉冲信号进行处理得到单位时间内脉搏跳动的次数，然后把单位时间内脉搏跳动的次数送到数码管显示。报警电路仅在单片机统计的单位时间内脉搏跳动次数超出设置范围时，发出报警信号。

本设计主要采用单片机STC89C52为控制的核心，从而可以实现脉搏测量仪的基本测量功能。它主要由光电传感器采集信号，信号处理电路将光电传感器所采集到的低频弱信号进行放大、滤波、整形等处理。单片机电路中单片机自身的计数功能对输出脉冲电平进行运算得出脉搏跳动次数，数码显示器将单片机计算出来的结果使用8位LED数码管用静态扫描然后显示，这样可以准确无误的得出相关的数据。

本系统选择了通用的STC89C51单片机来实现完成设计。STC89C52是由美国STC半导体公司研发的电压低，性能高的CMOS8位微控制器，片内主要包括8k bytes的可以反复擦写的存储器。同时还有512bytes的用来随机存取数据的存储器（RAM），器件主要采用的是STC公司的高密度，非失性的存储技术来生产，片内安置的是MAX-810指令系统，，8位中央处理器（CPU）以及Falsh存储的元件，功能强大的STC89C52单片机可以在很多场合应用，其很高的性价比可以灵活的应用于各个控制领域。STC89C52的特点：(1)8k字节字节Falsh;(2)512M可存储的的RAM;(3)32位I/O接线口;(4)内置4KB的EPROM;(5)3个16位定时器（计数器）;(6)全双工穿行口;(7)支持2中可选择节电模式。STC89C5的引脚图，各引脚功能：Vcc：接电压源P0口：P0口是一组8位的开路型的双向的I/O口，也就是地址/数据总线的复位口。当P0口作为输出口的时候，对端口写下1作为高阻抗的转入端来使用。P1口：P1是一个内部带上拉电阻的8位的双向的I/O口。对端口写1的时候，通过内部的上拉电阻将端口拉到了高电平，这个时候可以作为输入端口。当作为输入口的时候，应为内部已经存在了上拉电阻，引脚被外部拉低的时候将会出现一个电流。P2口：P2口是一个内部带上拉电阻的8位的双向的I/O口。对端口写1的时候，通过内部的上拉电阻将端口拉到了高电平，这个时候可以作为输入端口。当作为输入口的时候，应为内部已经存在了上拉电阻，引脚被外部拉低的时候将会出现一个电流。P3口：1.可以做为输入口或者输出口即外界输入或者输出设备。2.作为第二功能使用，每一个功能定义：RST：起复位输入的作用。当振荡器工作的时候，RST引脚出现两个机器周期以上的高电平将单片机复位。ALE/RROG:当访问外部的程序储存器或者数据储存器的时候，ALE输出的脉冲用来锁存地址低8位的字节。对外输出起到时钟定时的作用。XTAL1：这是作为振荡反相放大器内部时钟发生器的输入端XTAL2：这是作为振荡反相放大器输出端GND：接地。

光电传感器采用了两个TCRT5000芯片分别作为发射装置TX1和接收装置RX1。如图2所示是利用红外线不能穿透血液的原理来实现输出信号的，也就是说红外线穿过未充血的指尖时，穿透能力较强，交叉点的电压为0，所以信号是不会过去的。然而当指尖充血的时候，红外接收传感器是接收不到信号的，所以接收三极管控制的部分是不导通的。在这一瞬间，正电源将会通过电阻R7，以及耦合的电容C5，还有电阻R11，最终信号将会到达第一级放大电路。

脉搏波经过光电传感器采集之后为极其微弱且不稳定的电信号，为了可以准确的收取到脉搏波的信息，这里我们需要对采集到的电信号进行放大和整形。LM741是一通用的双运用算放大器，其特点有：较低输入偏置电压和偏移电流；输出没有短路保护；输入级具有较高的输入阻抗；内建频率被子偿电路；较高的压摆率；最大工作电压为18V。由于LM741运放电路具有电源电压的范围比较广，静态功耗比较的小，因此可以通过单电源使用，具有价格相对比较便宜的优点。LM358内部主要包括有两个相对独立的、比较高增益、可以在内部来频率补偿的双运算的放大器，适合在电源的电压范围非常宽的单个电源的时候使用，同时同样适用于双电源的工作模式，在推荐工作的条件情况下，电源的电流与电源的电压没有关系。它的使用范围同样包括传感放大器以及直流增益模块以及其他所有可以使用单电源来供电然后使用运算放大器的一些情况。图3为第一级放大电路，LM741芯片U3的6脚将会将输入的信号放大m倍，m=R5/R11=110。如图4所示，LM741芯片U3的6脚输出的信号在经过隔离电容C4后，再进入LM741芯片U1，进行第二级放大。隔离电容C4的作用是将去除低频的信号，将信号进一步整形，LM741芯片U1的6脚将会将输入的信号放大n倍，n=R2/R3=100。图5为滤波电路， LM741芯片U1的6脚的输出信号经过LM358芯片U2进行滤波整形。电容C6、C7起到了除去高频的作用。

因为单片机更容易接受0电平的信号，所以如图6所示的倒向电路，信号从LM358芯片U2的1脚出来后再经过一次倒相，那么就是信号1变为0。当前面的信号进来的时候，经过三极管Q1倒相之后，就会变成低电平，二极管导通，而我们就可以得知，此时就会有脉冲信号过来。同时，这个脉冲信号就会引到STC89C51单片机的IO/P3.7k口供单片机采集。

液晶屏LCD液晶显示器是用液晶材料作为最基本组件，又名LCD，在两块平行板之间来填充液晶材料，这样通过电压来改变液晶材料内部分子的排列状况，重而就可以达到遮光和透光的目的，这样就可以显示深浅不一的图象，而且只需要在两块平板间再加上一个三元色的滤光层，就可实现显示彩色的图象。液晶显示器功耗很低，因此倍受工程师青睐，适用于使用电池的电子设备。液晶显示器是采取了液晶材料作为基本组件的一种显示器，由于液晶在通常状态下是处在固态和液态之间，这样液晶就不仅仅具有了固态晶体所具有的光学特性，同时还具有了液态晶体所具有的流动特性。如图7所示，其基本操作时序为：1.1读状态：输入：RS=L，RW=H，E=H 输出：D0~D7=状态字1.2写指令：输入：RS=L，RW=L，D0~D7=指令码，E=高脉冲输出：无 1.3读数据：数据：RS=H，RW=H，E=H；输出：D0=D7=数据 1.4写数据：输入：RS=H，RW=L，D0~D7=数据，E=高脉冲输出：无。单片机电路中单片机自身的计数功能对输出脉冲电平进行运算得出脉搏跳动次数，数码显示器将单片机计算出来的结果使用8位LED数码管用静态扫描然后显示，这样可以准确无误的得出相关的数据。

系统的主程序控制的是单片机系统是否按预定的操作来运行，这是单片机系统程序框架。系统供电后，对系统进行初始化。初始化的程序主要是完成单片机的寄存器，定时器的工作方式以及工作端口的工作状态而设定的。系统再初始化之后，进行定时器中断，外部中断，显示等工作，不同的外部硬件根据程序控制实现不同的功能。流程如图8所示。

定时器的中断服务程序是由输入计时，按键检测，有没有测量信号判断等部分组成的。当第一次按下时间按钮时，定时器中断开始执行的时候。再次按下时间按钮，就可以测得刚才那段时间的脉搏数，以及中间间隔的时间。同时可以按复位测量键就可以重复测量了。流程如图9所示。

外部中断程序完成了对外部的信号的测量和计算之后，外部的中断采取了边沿触发的方式，当处于测量状态的时间，来一个脉冲就增加1，由单片机内部控制时间通过计算得出一分钟的脉搏数，流程如图10所示。

综上所述，本实用新型所涉及的基于单片机的脉搏测量仪使用时，探测器部分不倾入人体，对人体不造成损伤；同时因为避免了接触人体被污染而提高了精度。

Claims

1.基于单片机的脉搏测量仪，其特征在于包括封装在壳体内的单片机、信号采集电路、数码显示器、复位电路、电源电路、报警电路；所述信号采集电路、数码显示器、复位电路、电源电路、报警电路分别与单片机连接；

其中：所述信号采集电路包括依次连接的光电传感器、放大电路、滤波电路，所述光电传感器的光接收部位与人体接触，所述滤波电路输出端接单片机。

2.根据权利要求1所述的基于单片机的脉搏测量仪，其特征在于所述脉搏测量仪还包括倒向电路；所述倒向电路的输入端接滤波电路的输出端，输出端接单片机。

3.根据权利要求1或2所述的基于单片机的脉搏测量仪，其特征在于所述单片机为STC89C52芯片。

4.根据权利要求3所述的基于单片机的脉搏测量仪，其特征在于所述数码显示器为LCD1602芯片。