脉搏测量仪 报告

五邑大学

电子系统设计开题报告

题目：脉搏测量仪

五邑大学教务处制

2011年8月

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

在先进科学技术的推动下，医疗仪器的相关技术日新月异，全球医疗仪器的发展朝微小化迈进。便携式、低功耗的心率计会越来越受到人们的青睐。长期以来，各种静态的、动态的、随身携带的、远程遥控的心率计已经相继问世。

由于心率和心率变异是临床心血管疾病诊断所需要的重要生理参数，有关心率和心率计的研究一直以来成为医学、电子学、工程技术领域科研的工作者们的涉足焦点。在国外到06年底，已经开始研究可佩戴式心率计。植入人体式心率计。国内的心率计产品由于受相关科学水平及生产设备的限制，功能和集成度不及国外。

脉搏测量仪的发展主要向以下几个趋势发展：

（1）自动测量脉搏并且对所得到的脉搏进行自动分析。

目前很多脉搏测量仪都具有检测血氧等其他功能，但是对于这些信号的分析和诊断还需要一些有经验的医生观察，进行分析以

后才能确认结果，浪费大量的人力，且认为引入的误差较大。因

此，未来脉搏自动监测的内容将更加详细，自动分析诊断的功能

也将更加强大。

（2）数字化技术等先进技术的应用。

随着数字科学技术的发展，脉搏测量仪的集成度将更高，更便于携带。数字信号处理的运用将使干扰更小，测量更加准确。

（3）多功能化越来越明显。

目前的脉搏测量仪，一般都有测试血氧、心电图等功能，单纯的脉搏测量仪已经很少见到。随着电子技术的发展，脉搏测量仪

必将实现更多的功能。

设计中使用到的系统利用压电陶瓷片将脉搏转化为电压信号，经过信号调理后利用AT89S51单片机进行信号采集和处理，在短时

间内，测量人体一分钟的脉搏数，并将心率进行实时显示，便于

携带。达到了方便、快速、准确测量心率的目的。这样的脉搏测

量系统性能良好，结构简单，性价比高，输出显示稳定，比较适

应大众化，适合家庭进行自我检查以及医院护士进行每日的临床

记录。

3．研究意义和目的

（1）通过该课题学习掌握心率测量的原理、方法、实现过程。

（2）学会相关的单片机知识，能够较全面的融合电路、电子技术、信号采集和处理、程序设计等等的专业知识。

（3）使中医更加科学化，不是单凭经验就得出患病的诊断。

（4）实现脉搏的可见性，方便家庭和护士临床检查使用。

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

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比较高，而且指尖厚度相对人体其他组织而言比较薄，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分通常在人体指尖，手指组织可以分成皮肤、肌肉、骨骼等非血液组织，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有与动脉血的充盈而引起的，那么在恒定波长的光源的照耀下，通过检测透过手指的光强将可以间接的测量到人体的脉搏信号。

2．拟采取的研究方法

用红外管采集端，对采集到的信号进行处理放大。形成稳定的脉冲，传给单片机处理。在单位时间内（一分钟）进行计数，并用数字显示其计数值，从而直接得到每分钟的脉搏数。内容如下：

(1)用红外管采集端将脉搏信号。

对采集到的信号进行处理放大。形成稳定的脉冲，传给单片机处理。

(3) 经放大整形滤波电路得到符合要求的脉搏电信号。

(4) 将人体血管脉动的变化转化成稳定的脉冲，经过单片机的处理，可以在数

码管上面显示出测试者的脉搏跳动的速率。

(5) 再经记时系统最后在数字显示器上显示出每分钟的脉搏数。

3．具体的设计方案(重点)

3.1 应硬件电路设计

系统总的框图

3.1.1单片机最小系统：

本系统采用AT89S51单片机，AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片

机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash 只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。

3.1.2系统显示部分，采用了八段的四位数码管。可以更精确的显示出测试的结果。数码管功耗低，电路相对LCD1602来说复杂化点，但是成本较低，操作简单。

3.1.3采集电路

红外接收二极管在红外光的照射下能产生电能，单个二极管能产生O.4 V

电压，0.5 mA 电流。BPW83 型红外接收二极管和IR333 型红外发射二极管工作波长都是940 nm，在指夹中，红外接收二极管和红外发射二极管相对摆放以获得

最佳的指向特性。红外发射二极管中的电流越大，发射角度越小，产生的发射强度就越大。在对采集到的信号进行处理放大。形成稳定的脉冲，传给单片机处理。

4．预期成果

可以通过红外管采集端，将人体血管脉动的变化转化成稳定的脉冲，经过单片机的处理，可以在数码管上面显示出测试者的脉搏跳动的速率。通过此次课程设计，从合作讨论、收集资料、确定方案再到具体实物的制作调试，加强自己的动手、思考、和解决问题的能力。本次的课程设计其实际上就是对大一大二所学习到的理论知识的最严格的一次考核，是将课本的理论知识和现实产物的结合。希望能够通过课程设计之后能够提升兴趣，更加深入的了解本专业的知识，能够熟悉结合课本，拓展能力，能够加深对单片机原理的理解和运用。

5．研究过程中可能遇到的困难，以及解决的措施

这次测量课程设计所需要的知识有很多在书本上是找不到的，而且这些知道并不是像以前一样由老师系统的详细的教授。所以，这就强迫我去图书馆查阅资料。以前从没为了去查阅资料而在图书馆泡上好几个小时，而且由于以前没有过类似经历，所以从这么多的书中筛选自己所需要的东西着实费了不少力气，也走了很多弯路，不过这也培养了我查阅资料的能力。在网上找东西相对方便一点，但信息量更大也更为嘈杂，所以更要花很多时间整理。

6．进度安排

1．第3周星期四之前，指导教师布置设计任务，讲解设计要求等相关内容，学生根据实验内容，确定整体方案，并进行参数设计计算，完成开题报告（20%），以班为单位提交元件清单，由指导教师签字后，到实验中心老师领取元件。

2．第5~9周，学生利用课余时间进行电路板的制作、电路安装调试。第九周星期五学生到实验室，将自己设计制作的作品第一部分进行演示，验收（30%）。

3.第9~16周，学生利用课余时间进行电路板的制作、电路安装调试。第16

周星期五学生到实验室，将自己设计制作的作品全部进行演示，验收（30%）。

4、第17周周一前学生上交课程设计报告(纸质报告每人一份，报告电子版一

份，由班长或学习委员统一收齐后，交给指导教师)。并统一由班长收齐元件上交给实验中心老师。

7．主要参考文献

[1] 廖惜春主编.模拟电子技术基础.华中科技大学出版社.2008

[2] 徐秀平主编.数字电路与逻辑设计.2010

[3] 刘云丽,徐可欣,王玉祥,蒋诚志.微功耗光电式脉搏测量仪.中国科学院上

海冶金研究所, 材料物理与化学(专业) 博士论文.2000

[4]常国祥，刘岫岭.多通道数字脉搏测量仪的设计.2006

[5] 程咏梅，夏雅琴，尚岚.人体脉搏信号监测系统.北京生物医学工程.2006.

第25卷

光电转换电路