基于光电传感器的脉搏信息检测系统设计

1 设计主要内容及要求

1.1 设计目的：

（1）了解脉搏检测相关背景知识以及电工电子学、单片机、传感器等相关技术。

（2）初步掌握常用脉搏检测方法的特点和应用场合，并选择恰当方法应用于本设计。

（3）通过学习，具体掌握所选择脉搏测量传感器的使用特点、测量电路和使用方法。

1.2 基本要求

（1）要求设计相关的硬件电路，选择合适的传感器、MCU和显示系统。（2）设计恰当的测量电路，包括信号的放大、滤波及抗干扰设计等。

（3）设计异常心跳的报警电路。

1.3 发挥部分

自由发挥

2设计思路

该装置是根据手指毛细血管的血容量随心脏搏动而改变这一生理特点，利用光电转换原理以及单片机计数测量原理完成对心率次数的测量。测量脉搏的装置是以脉冲跳动间隔时间为基准的倒计数方式，从而保证在几秒钟内得到精确的每分钟脉冲次数，并提高了快速测量的准确性。

该系统采用光电传感器进行测量，在传感器两端加上一定的工作电压，则其输出电压随着光照强度的变化而变化，产生电压信号。该信号经过滤波处理后，再由运放转将信号放大，然后送入单片机进行处理。

在进行处理前，信号将要分为两路，一路经波形变换后得脉冲信号，送单片机进行对电压信号的测频处理，并计算1min内脉搏跳动的次数；另一路经A/D 转换后送到单片机处理系统进行波形测量与显示。单片机把传感器采集的数据经过译码器显示在液晶屏上，同时当测得脉搏跳动次数超于规定脉搏跳动次数范围时，电路将自动进入中断，发光二极管闪烁，蜂鸣器报警。键盘控制器用于功能选择。系统的测频利用软件进行精度的调整，节省了资源。

3设计方框图

4各部分电路设计

4.1.硬件系统的设计

图4.1硬件数字前置电路设计图

4.1．1.脉搏信号的检测

硬件电路中，关键部分在于脉搏信号的检测。系统采用红色发光二极管和硫化镉光敏电阻组成投射遮光指套式光电传感器发光二极管稳定性好，遮光指套式的装置式的装置减少了外界光的干扰，只需要将待测手指插入，便可以进行测量。测试时，被测手指正好处在光敏二极管和光敏电阻之间，这样一来，光敏电阻的阻值便将随着手指的血容量的变换而变化。

4.1．2.信号处理电路

图4.1中，＋5V电源经限流电阻R1点亮红色发光二极管LED，同时＋5V电源经R2为光敏电阻RL提供电压，使传感器工作在准备状态。当手指插入传感器时，RL的阻值便将随着手指的血流量的变化而变化，从而导致RL两端电压的变化，该电压由10uF电容耦合送至滤波放大电路进行处理，滤波电路采用压控电压源型低通滤波器完成。压控电压源型低通滤波器为同相滤波器，使用元件少，比较容易调整，传递函数为：

其中，

根据脉搏信号的特点，选择

根据频率fc(根据系统设计fc=10HZ)，选择

R6=R7=50kΩ,R9=R10=100kΩ

则计算得到，

由于脉搏信号非常微弱，系统对脉搏信号进行两次放大，放大倍数共10000倍，放大后得到的脉搏信号达到了V级，约1到3V。

由于系统既要测量脉搏跳动的次数，又要完成次数显示功能。所以此时信号分为两路，一路送A/D传感器进行脉搏的测量，另一路进行波形的转换，将脉波信号转换为脉冲信号。

每个人脉搏跳动的强弱不同，血容量也有所不同，所测得的脉搏信号的精度也有所不同，所以不能采用一般的电压比较器来完成波形变换这一功能，应采用峰值比较电路来完成，这一方法，有效解决了脉压峰值检测难题。

4.2软件系统的设计

图4.2软件系统设计图

软件系统不仅要完成各部分硬件的控制和协调，同时还要完成对脉搏的计数以及显示功能。总体框图如图所示。

4.2.1计数部分处理

首先将由前置电路产生的脉冲信号输入到单片机中，使其在单片机中进行自动的程序分析。其次，我们在单片机输入端也接入了外部晶体振荡器，目的是使其产生基准频率，从而保证在几秒钟内得到精确的每分钟脉搏次数，并提高了快速测量的准确性。

另外，为了实现异常心跳报警电路的功能，单片机程序中会加入中断判断语句或者判断子程序，当收到的脉冲信号超出正常范围时，与单片机相连的报警喇叭就会想响起。报警低限脉搏为40次/分，高限脉搏脉搏为200次/分。正常脉搏次数应在此范围之间。

4.2.2显示电路的处理

显示电路中主要应用了译码器和数码管。译码显示电路的连接如图4.2 所示

首先，我们要了解显示译码器的作用。我们应用的是，CD405A显示译码器，CD405A是将8421BCD码经过译码后以十进制数实现的装置。译码就是把给定的代码进行翻译，变成相应的状态，用于驱动LED七段数码管，只要在它的输入端输入8421码，七段数码管就能显示十进制数字。选用的译码器为CD405A，输出高电平有效，接共阴极七段显示器。

在此次设计中，我们用到了3个LED七段数码管，分别显示计数结果的个位、十位、百位。当脉冲信号经过单片机计数得出结果后，如果输出小于10则只在一个显示器里显示结果，另两个没有输出；如果得数大于等于10，且小于100则在两个显示器里显示计数结果；若计数结果大于100，则三个显示器都将显示

数据。

5 工作过程分析

5.1光电感应过程

光电感应主要是由光电指套式传感器实现的，LED发出的光线通过人手指照射在光敏三极管VT的感光窗口上，随着微血管脉压波动的变化，其透光度也随其变化，这样光敏三极管的电流也发生波动性变化，这样的话也就完成了将光电效应转换为电压信号，完成了第一步工作过程。

5.2调试放大过程

电压信号进入放大电路中后，由于信号微弱，首先要进行初步放大，放大倍数较小，其次要经过低通滤波器滤波，剔除杂余信号，经过此阶段后，再将信号输入第二级放大器，将信号放大到足够倍数，最后信号将进入最后一级放大器，将前几阶段得到的正弦波信号转化为方波信号，形成脉冲输入到单片机中。

5.3计数显示过程

信号输入单片机中后，在单片机的另一输入口将输入由外部晶体振荡器产生的基准频率，被测脉冲信号与基准信号进行比较后，产生计数；在单片机程序中，将开启报警子程序或者报警中断，使脉搏次数在规定范围内才能显示出来。单片机将通过译码器编译显示在LED七段数码管上，达到计数显示的功能。

6元器件清单

7主要元器件介绍

7.1 单片机C8051简介

C8051F020单片机是Cygnal公司生产的，它是完全集成的混合信号系统级芯片(SOC)。采用全速、非侵入式在系统调试接口，提供C编译调试环境，可以大大提高产品开发速度和效率。我们使用的C8051单片机是目前各大高校及市场上应用最广泛的单片机型.其内部包含: 一个8位的CPU;4K的程序存储空间ROM;128字节的RAM数据存储器;两个16位的定时/计数器;可寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存储器空间的控制电路;32条可编程的I/O线;具有两个优先级嵌套的中断结构的5个中断源。其引脚图如下图7-3。

图7-1 C8051引脚图

7.2 CD405A译码器

74HC4511译码器将四位的BCD码转换成数码管能识别的8位数据，图7.1是该器件的引脚图。其中D0~D3就是BCD码的输入端，3端和4端是灯亮和灯灭的测试端口，在使用时须接高电平，5端接地，Vcc端接高电平，Qa~Qf是数据输出端。

图7.2CD405A引脚图

7.3 LED显示器简介

LED数码管分共阳极与共阴极两种，其工作特点是，当笔段电极接低电平，公共阳极接高电平时，相应笔段可以发光。共阴极LED数码管则与之相反，它是将发光二极管的阴极(负极)短接后作为公共阴极。当驱动信号为高电平、?端接低电平时，才能发光。

LED的输出光谱决定其发光颜色以及光辐射纯度，也反映出半导体材料的特性。常见管芯材料有磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、氮化镓(GaN)等，其中氮化镓可发蓝光。发光颜色不仅与管芯材料有关，还与所掺杂质有关，因此用同一种管芯材料可以制成发出红、橙、黄、绿等不同颜色的数码管。其他颜色LED数码管的光谱曲线形状与之相似，仅入，值不同。LED数码管的产品中，以发红光、绿光的居多、这两种颜色也比较醒目。

LED数码管等效于多只具有发光性能的PN结。当PN结导通时，依靠少数载流子的注人及随后的复合而辐射发光，其伏安特性与普通二极管相似。在正向导通之前，正向电流近似于零，笔段不发光。当电压超过开启电压时，电流就急剧上升，笔段发光。因此，LED数码管属于电流控制型器件，其发光亮度L与正向电流IF有关，用公式表示：L=KIF

即亮度与正向电流成正比。LED的正向电压U，则与正向电流以及管芯材料有关。使用LED数码管时，工作电流一般选10mA左右／段，既保证亮度适中，又不会损坏器件。

图7-3 LED显示器引脚图

8软件流程图

小结

通过为期两周的课程设计的锻炼，我深刻体会到自己知识的匮乏，也深深的感觉到自己对所学知识了解得是多么肤浅。曾经在课堂上所学的东西只是一个表面性的，理论性的，而且是理想化的，根本不能够解决在现实中所存在的需要我们在未来解决的很多问题。因此，在学习过程中，我们应注意理论知识与实际应用之间的相互联系。

光电传感器的脉搏信息检测系统是传感器技术的一种综合应用，是采用光电传感器进行对信号的采集，并经过数字电路的处理实现脉搏信号到脉冲信号的转换，并由单片机进行计数显示的装置。由于使用单片机作为中央控制器和计算器件，所以系统电路简单，设计方便，基本完成了脉搏次数的计数与显示。

通过本次设计，了解了光电传感器的基本原理，同时也很好的掌握了编码器、放大器、显示译码器等数字系统的实现方法。在设计的过程中，融入了自己的创新想法，增加了设计的兴趣。

在这充实的一周中，我们也深深地感受到各组员之间彼此团结互助的精神，每个人都为了自己的小组一点点努力着，尽管避免不了失败和摩擦，但我们仍然互相打气，为了设计成果献上各自的一份力量。

通过这次对脉搏信息检测系统的设计与制作，更进一步地熟悉了放大电路的工作原理和其具体的使用方法。虽然设计时间很紧迫，但在设计的过程中我们还是学到不少东西的，由于有些芯片我们根本没有学过，我们在查找这些资料的过程中就学到了很多东西，有些芯片本来我们不懂的，但是经过查资料我们还是对那些不懂的芯片有了一定的了解。

能有这样的一次学习机会，我感到十分的幸运，看到了自己一周以来的成果，我也感到十分欣慰，在未来的学习生活中，我会吸取这次学习经验，争取取得更出色的成绩！

致谢

寒假之后，我们又开始了为期两周的实训，短短一周，有太多汗水，太多耕耘，也有太多欣慰，太多感动，我们每个人都在为自己的任务尽着自己最大的努力，也在丝毫不保留的赠与给彼此最贴心的帮助和温暖。

首先还是要感谢我们的传感器课讲师——祝尚臻老师。新学期开始，每个人并不是很习惯课程中的忙碌，不免会陷入忙碌和慌乱。我们还要轮流着向祝老师请教问题和答辩。每个人完成自己的任务后，还可以回到座位上休息一下。老师就这样围在我们中间，不停歇，不懈怠的忙碌着，依次对我们的电路进行细致的分析和改动，给予我们最有价值的指导和帮助。每次老师走到我们身边，解答疑问时，时而严厉，时而和蔼，偶尔还会和我们开开小玩笑，舒缓一下紧张情绪。这都让我们非常感动，课程的进行中，最累的不是我们，而是老师，在这里我谨以一名学生的身份向祝老师表达最诚挚的感谢，感谢老师的无私与敬业，感谢老师对我们学习的帮助和指导。

这次课设中，我有很多地方做得很不到位，电脑操作的不熟练，课程知识的不精通时常让我感到倍生困惑。是我的组员同学在一直细心的帮助我，给我最大的支持和动力。在这里也要感谢我的组员，谢谢他们对我的包容和支持，希望在以后的学习生活中我们有更多的机会在一起合作。

最后，也要感谢学校领导对我们每个学生的费心和关照，让我们能有一次这样的学习机会，让我们各方面的学习能力得到了锻炼。无论以后我们会又怎样的成就，我们都会记住母校对我们的关怀，我们会在未来的生命中继续攀登，为母校争得更优异的成绩！

参考文献

【1】吕俊方。传感器接口以检测仪器电路【M】。北京：北京航空航天大学出版社，1994.6. 【2】廖先芸。电子技术时间与训练【M】。北京：高等教育出版社，2000.8.

【3】孙梅生。电子技术课程设计【M】。北京：高等教育出版社，1995，165-167.

【4】蔡美琴。MCS-15系列单片机系统及其应用【M】。北京：高等教育出版社，1992.8.

附录 A1 逻辑电路图一

附录 A2 逻辑电路图二

基于单片机的脉搏监测系统设计

毕业设计说明书基于单片机的的脉搏监测系统设计学生姓名：刘光权学号：1005084146学院：信息与通信工程专业：生物医学工程指导教师：陈树越 2014年 5 月

基于单片机的的脉搏监测系统设计摘要随着时代的进步,科技的的发展,人们生活节奏的加快,生活水平的提高,人们对人体健康意识也随之提高,希望能随时的对自身某些参数进行健康监护。电子脉搏仪的出现，使脉搏测量变得非常简单。为了提高脉搏测量仪的简便性和精确度，本课题设计了一种基于51单片机的脉搏测量仪。系统以AT89C51单片机为核心，以红外发光管和光敏三极管为传感器，由光敏三极管感应产生脉冲，经信号处理电路放大滤波后输入到单片机，利用单片机系统内部定时器来计算时间，单片机通过对脉冲累加得到脉搏跳动次数，时间由定时器定时而得。系统运行中每分钟显示一次测得脉搏次数。经测试，系统工作正常，达到设计要求。关键词：脉搏，光电式传感器，单片机。

The Design Of The Pulse Monitoring System Based On Single Chip Microcomputer Abstract With the progress of time, the development of technology, people accelerated pace of life, improvement of living standards, people also will raise awareness of human health, hoping to feel some of the parameters of their own health care. The emergence of electronic pulse meter, so that the pulse measurement becomes very simple. To improve the ease and accuracy of pulse measuring instrument, the subject is designed based on 51 single-chip pulse measuring instrument. AT89C51 core system to infrared LED and phototransistor sensor generates a pulse from the phototransistor sensor, amplified by the signal processing circuit

基于AVR及无线收发模块的脉搏监测系统设计论文

摘要随着人们生活的水平不断提高，生活方式、饮食结构不断改变，习惯的变化和高节奏的生活导致了高血压、冠心病等心血管疾病成为常见病与多发病。要避免和减少高血压、冠心病这类心血管疾病给人类健康带来的严重危害，有效的旱期诊断治疗方法和设备，快速的发病后的救治手段都是非常重要的,这些也正是当前广大医学界专家正在共同努力研究的重点。而脉搏是人体活动最重要、最灵敏和最可靠的信息源，是反映人体健康状况的重要窗口，而对脉搏的提取速度又快，因此利用脉搏信号快速的发现病因也是一个有效的方法。本课题采用嵌入式与无线通讯技术，提出处理脉信号的新方案,即采集及处理与无线发送部分（前端系统）+无线接收与PC机显示部分（后端系统）。前端系统主要负责脉搏信号的采集和初步处理并发送，能够单独工作；通过无线接收和串口接口连接到PC机上显示，后端系统主要负责跟踪显示由前端系统传递来的信号。正是有了无线接收模块的作用，使得系统具备了远程监测的能力。本文论述了课题研究的现状和意义以及设计方案；介绍了主要的芯片的原理和他们的使用方法；阐述了硬件设计与软件设计方案；说明了相应软件的流程和方法，并解说了相应硬件与软件的调试。最后对所做的工作进行了分析和总结，指出了系统涵待改进和提高的地方，展望了系统今后的发展方向。关键词: 嵌入式系统;无线收发模块;串口;传感器

Abstract With people's lives has improved continuously, lifestyle, the changing structure of diet, habits change and the high tempo of life has led to hypertension, coronary heart disease and other cardiovascular diseases became common diseases and frequently-occurring disease.To prevent and reduce hypertension, coronary heart disease such cardiovascular disease to the serious human health hazards, effective diagnosis and treatment of the dry method and equipment, rapid onset of treatment methods are very important, these are precisely the current The broad masses of medical experts are working together the focus of the study.The pulse of human activities is the most important and most sensitive and most reliable source of information, to reflect the health status of an important window on the pulse of the fast speed of extraction, use of rapid pulse signals that cause is also an effective method. The issue with the use of embedded wireless technology, network signal processing by the new programme,acquisition and processing and wireless transmitter part (front-end systems) + wireless receiver and PC revealed that some of (back-end systems).Front-end system is mainly responsible for the signal pulse of the collection and initial processing and send to separate work and a wireless receiver connected to the serial interface on a PC, back-end system is mainly responsible for the tracking system shows that the front end to the transmission signal.It is precisely because of the role of the wireless receiver modules, making the remote monitoring system has the ability. This article discusses the issue of the status and significance of research and design programmes;On the main chip and the principle of the use of their methods on the design of hardware and software design; note the corresponding software processes and methodologies and explain the corresponding hardware and software debugging.Finally, the work done by an analysis and concluded that the culvert system to be improved and increased local and looking forward to the system's future development direction. Key words: Embedded systems; wireless transceiver module; Serial; sensor

光电传感器在生活中的应用-

光电传感器在生活中的应用 ——CCD图像传感器摘要：在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。光电传感器由于反应速度快，能实现非接触测量，而且精度高、分辨力高、可靠性好，加之半导体光敏器件具有体积小、重量轻、功耗低、便于集成等优点，因而广泛应用于军事、宇航、通信、检测与工业自动化控制等多种领域中。当前，世界上光电传感领域的发展可分为两大方向：原理性研究与应用开发。随着光电技术的日趋成熟，对光电传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键。关键字：光电传感器；CCD图像传感器正文一、CCD的工作方式 ?CCD和传统底片相比，CCD 更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过，人眼的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞，分工合作组成视觉感应。 CCD经过长达35年的发展，大致的形状和运作方式都已经定型。 CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。 ?CCD(Charge Coupled Devices，CCD)由大量独立光敏元件组成，每个光敏元件也叫—个像素。这些光敏元件通常是按矩阵排列的，光线透过镜头照射到光电二极管上，并被转换成电荷。每个元件上的电荷量取决于它所受到的光照强度，图像光信号转换为电信号。当CCD工作时，CCD将各个像素的信息经过模傲转换器处理后变成数字信号，数字信号以一一定格式压缩后存入缓存内，然后图像数据根据不间的需要以数字信号和视频信号的方式输出。

脉搏监测系统

姓名: 学院: 机电工程学院班级: 10机工A1 学号: 指导老师: 实训时间: 2013.6 实训地点: 14号楼411

脉搏监测系统（一）内容基于单片机或PC机，设计一套测试系统，用于将外周血管搏动（即脉搏跳动）信号进行采集分析。集体要求： 1.测量脉搏显示波形图 2.计算脉搏测量的结果，并进行报警判断，控制报警灯显示 3.保存测量数据 4.数据回放（二）要求 1.提出设计方案（提出测量原理，选择传感器，构建测试系统） 2.设计测量电路 3.测试软件设计利用汇编语言、Labview或其他的开发程序（VB、VC等），设计测试软件进行数据是采集和分析。 4.调试 5.撰写报告（三）报告要求 1.综合实践的内容 2.撰写总体的设计方案，并画出测试系统框图 3.硬件选用（包括传感器、采集卡的选用和安装等） 4.电路设计（包括测量电路的设计等电路，系统总电路） 5.测量软件的设计利用Labview或其他的开发程序（VB、VC等），设计测试软件进行数据是采集和分析。包括软件设计流程图，各功能实现的方法和代码（包括各主程序，子程序的描述以及相应的重要参数设置等描述） 6.小结和体会（可以包含调试中遇到的问题）。

目录一、实训目的二、总体方案设计三、系统硬件元器件选用四、电路总体设计五、测试软件设置六、课程设计小结七、参考文献

脉搏监测系统传感器设计一、实训目的本次传感器应用实训的目的是巩固《传感器与检测技术》所学的各种传感器的原理及应用，同时综合《电子技术》《可编程控制技术》等课程所学的专业知识，制作并调试一个典型传感器作品，熟悉传感器及其处理电路的设计、制作、与调试方法，熟练掌握各种常用测量仪表的使用。二、总体方案设计 1.测试原理累积数千年来丰富临床经验的脉诊，是中国医学独特的诊病方法，在诊“望、闻、问、切”中占有重要的位置。由脉诊所得的脉象反映人体各和病理状况，反映了五脏六腑气血盛衰观察体内功能变化的一个重要根据脉象的变化，可探测人体脏腑的气血、阴阳、生理与病理的状况。我国中医学家千年的实践总结而成的脉学理论在中医辨证论治中起着重要的作用，也是人类的重大贡献。目前，通过脉搏波的分析已经可以方便的估算出被测者的心血管血流动力学的各项参数，如心输出量、外周阻力、血管顺应性等。然而要想准确的判断患者的心血管等方面的情况和预测心血管疾病发生的可能性, 以便及时采取措施有效地减少危险因素，首要的条件是要能准确清晰的获取患者的脉搏信号。随着电子计算机技术和测量技术的迅速发展，脉搏测量、记录和分析也有了很大的改善和进步。脉搏的测量有很多方法，本系统主要是利用压力式传感器来获取脉搏信号。由压力式传感器采集脉搏信号，经过前置放大电路、滤波电路、积分和比较电路后得到与脉搏相关的脉冲信号。人体的脉搏波可用特制的脉搏描记器记录下来。从可见每个脉搏波描记曲线都由升支A和降支K构成。随后心室舒张，心室内压低于主动脉血压，于是动脉血倒流，导致主动脉瓣关闭，在曲线上形成降支切迹N，也叫降中峡或重波谷降支的形状与外周阻力的大小有关；如阻力大则降支坡度较缓，其切迹的位置较高；反之，切迹的位置较低。脉搏波的形状，因循环系统的情况改变而不同。该系统的最大特点是用LabVIEW虚拟仪器的操作面板及相应的程序, 显示出脉搏的波形。虚拟仪器系统一般是由计算机、应用软件、数据采集卡和

基于单片机的心率检测系统设计

目录 1.引言 (2) 2.系统基本方案 (2) 2.1.系统总结构 (3) 2.2.各个部分电路的方案选择及分析 (3) 2.2.1.脉搏传感器部分 (3) 2.2.2.单片机选择 (3) 2.2.3.显示部分 (4) 2.3.系统各模块的最终方案 (4) 3.系统硬件设计 (5) 3.1.单片机处理电路 (5) 3.1.1.STC89C51系列单片机的主要性能特点： (5) 3.1.2 .C51系列单片机的基本组成： (6) 3.2.复位电路 (9) 3.2.1.单片机复位电路 (9) 3.3.振荡电路 (10) 3.4.脉搏传感器部分 (10) 3.4.1.HK-2000A 集成化脉搏传感器 (10) 3.4.2.脉搏传感器接收电路 (12) 3.4.3 .电源电路 (12) 3.5显示报警部分 (13) 3.5.1.数码管显示电路 (13) 4.系统软件设计 (14) 4.1 主程序流程的设计 (14) 4.2 定时器/计数器中断程序流程的设计 (15) 4.3 显示程序流程的设计 (16) 5.总结 (18) 参考文献 (19)

1.引言心率是最为常见的临床检查与生理研究的生理现象,且包含两个人类生命的重要信息，那就是血管和心脏的生理状态。人体各器官的健康状况、疾病等信息将以某种方式出现在脉冲的脉冲条件。许多有诊断价值的信息，比如有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息，我们可以通过对脉搏波检测脉冲图包含大量的诊断价值信息,也可以用来预测一些身体器官结构和功能的转变趋势, 通过对脉搏的检测可以对如高血压和糖尿病等引起的血管病变进行评估。同时脉搏测量还为血压测量，血流测量及其他某些生理检测技术提供了一种生理参考信号[1]。在医院临床护理和日常的中老年保健中,脉搏是一个基本的生活指数,因此脉搏测量是最常见的生活特征提取。近年来在日常监护测仪器,如便携式电子血压计,可以完成脉冲测量。但是这种便携式电子血压计利用微型气泵压力橡胶气球,每次测量都需要一个压缩和解压缩的过程,有体积庞大、脉搏检测的精确度低、加减压过程会有不适等等的不足。人类心室周期性的收缩和舒张，导致主动脉收缩压和舒张压，使血流压力可以能够以波的形式从主动脉根部，就开始沿着人体整个动脉系统流动，这种波称为脉搏波。脉搏波所呈现出的不同强度、各种形态、速率不一和跳动节律等方面的综合信息,在很大程度上反映出人体心血管系统血液流动在许多生理和病理特点。本设计使用系统使用HK - 2000集成传感器转换电压脉冲信号,脉冲信号调节使用后AT89S51单片机对信号采集和处理,在很短的时间内,测量人体每分钟的脉搏数,和心率实时显示,便于携带。达到的目的, 快速、方便、准确地测量心率。脉搏测量系统性能好,结构简单,性价比高,稳定的输出显示,更适应流行,适合家庭每天自我反省和医院护士的临床记录。 2.系统基本方案心率检测系统的设计，一定要通过收集脉搏的跳动变化反映出人体的生物的信号，然后生物信号转变成物理的信号，能使物理信号表达人体的心率变化，最后要的出每分钟的心跳频率，就一定需要相应的硬件电路及芯片来处理物理变化

光电传感器论文

光电传感器物理与电子工程学院电子信息科学与技术（应用技术）2011级李俊学号20110520164 指导老师伊斯刚摘要：由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。关键字：光电效应；光电元件；光电特性；传感器应用 1 理论基础——光电效应光电效应一般有外光电效应、光导效应、光生伏特效应。光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大是，电子会克服束缚脱离材料表面而进入外界空间，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每种光子的能量为hv(v为光波频率，h为普朗克常数，h＝6.63*10-34 J/HZ)，由此可见不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子，电子能量将会增加，增加的能量一部分用于克服正离子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律：1/2mv2=hv-A 式中，m为电子质量,v为电子逸出的初速度,A微电子所做的功。 2 光电元件及特性 2.1 光电管光电管的种类繁多，典型的产品有真空光电管和充气光电管,外形成半圆筒形金属片制成的阴极K和位于阴极轴心的金属丝制成的阳极A封装在抽成真空的

玻壳内，当入射光照射在阴极上时，单个光子就把它的全部能量传递给阴极材料中的一个自由电子，从而使自由电子的能量增加h。当电子获得的能量大于阴极材料的逸出功A时，它就可以克服金属表面束缚而逸出，形成电子发射。这种电子称为光电子，光电子逸出金属表面后的初始动能为1/2mv2 光电管正常工作时，阳极电位高于阴极。在人射光频率大于“红限”的前提下，从阴极表面逸出的光电子被具有正电位的阳极所吸引，在光电管内形成空间电子流，称为光电流。此时若光强增大，轰击阴极的光子数增多，单位时间内发射的光电子数也就增多，光电流变大。光电管的光电特性如图1所示，从图中可知，在光通量不太大时，光电特性基本是一条直线。图1光电管的光 2.2 光电倍增管由于真空光电管的灵敏度低，因此人们研制了具有放大光电流能力的光电倍增管。光电倍增管也有一个阴极K和一个阳极A，与光电管不同的是在它的阴极和阳极间设置了若干个二次发射电极，D1、D2、D3…它们称为第一倍增电极、第二倍增电极、…，倍增电极通常为10～15级。光电倍增管工作时，相邻电极之间保持一定电位差，其中阴极电位最低，各倍增电极电位逐级升高，阳极电位最高。当入射光照射阴极K时，从阴极逸出的光电子被第一倍增电极D1加速，以高速轰击D1 ，引起二次电子发射，一个入射的光电子可以产生多个二次电子，D1发射出的二次电子又被D1、D2问的电场加速，射向D2并再次产生二次电子发射……，这样逐级产生的二次电子发射，使电子数量迅速增加，这些电子最后到达阳极，形成较大的阳极电流。若倍增电极有n级，各级的倍增率为σ，则光电倍增管的倍增率可以认为是σN ，因此，光电倍增管有极高的灵敏度。在输出电流小于1mA的情况下，它的光电特性在很宽的范围内具有良好的线性关系。光电倍增管的这个特点，使它多用于微光测量。

基于光电传感器的直流电机转速测量系统设计-课设报告

北京信息科技大学测控综合实践课程设计报告题目：基于光电传感器的直流电机转速测量系统设计学院：仪器科学与光电工程学院专业：测控技术与仪器学生姓名：

摘要摘要基于单片机的转速测量方法较多，本次设计主要针对于光电传感器测量直流电机转速的原理进行简单介绍，并说明它是如何对电机转速进行测量的。通过实验得到结果并进行了数据分析。本次设计应用了STC89C52RC单片机，采用光电传感器测量电机转速的方法，其中硬件系统包括脉冲信号的产生模块、脉冲信号的处理模块和转速的显示模块三个模块，采用C语言编程，结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。关键词：直流电机；单片机；PWM调节；光电传感器

Abstract

目录摘要................................................................................................I 第一章概述 (1) 1.1 课设目标 (1) 1.2 内容 (1) 第二章系统设计原理 (2) 2.1 STC89C52单片机介绍 (2) 2.2 STC89C52定时计数器 (4) 2.3 STC89C52中断控制 (6) 2.4 光电传感器 (6) 2.5 数码管介绍 (7) 第三章硬件系统设计 (10) 3.1测速信号采集及其处理 (10) 3.2 单片机处理电路设计 (11) 3.3 显示电路 (12) 3.4 PWM驱动电路 (13) 第四章软件设计 (14) 4.1语言选用 (14) 4.2程序设计流程图 (14) 4.3原程序代码 (15) 第五章数据分析 (19) 总结 (20) 附件 (21) 参考文献 (23)

基于单片机的心率设计设计

毕业设计（论文）题目心率监测系统设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：日期：

学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日

脉搏监测系统的毕业设计论文

脉搏监测系统的毕业设计论文摘要随着人们生活的水平不断提高，生活方式、饮食结构不断改变，习惯的变化和高节奏的生活导致了高血压、冠心病等心血管疾病成为常见病与多发病。要避免和减少高血压、冠心病这类心血管疾病给人类健康带来的严重危害，有效的旱期诊断治疗方法和设备，快速的发病后的救治手段都是非常重要的,这些也正是当前广大医学界专家正在共同努力研究的重点。而脉搏是人体活动最重要、最灵敏和最可靠的信息源，是反映人体健康状况的重要窗口，而对脉搏的提取速度又快，因此利用脉搏信号快速的发现病因也是一个有效的方法。本课题采用嵌入式与无线通讯技术，提出处理脉信号的新方案,即采集及处理与无线发送部分（前端系统）+无线接收与PC机显示部分（后端系统）。前端系统主要负责脉搏信号的采集和初步处理并发送，能够单独工作；通过无线接收和串口接口连接到PC机上显示，后端系统主要负责跟踪显示由前端系统传递来的信号。正是有了无线接收模块的作用，使得系统具备了远程监测的能力。本文论述了课题研究的现状和意义以及设计方案；介绍了主要的芯片的原理和他们的使用方法；阐述了硬件设计与软件设计方案；说明了相应软件的流程和方法，并解说了相应硬件与软件的调试。最后对所做的工作进行了分析和总结，指出了系统涵待改进和提高的地方，展望了系统今后的发展方向。关键词: 嵌入式系统;无线收发模块;串口;传感器

便携式心率监测仪的设计

五邑大学电子系统设计开题报告题目：便携式心率测试仪院系信息工程学院专业电子信息工程学号AP0905520 学生姓名李晓勇指导老师陈鹏开题报告日期2011/10/12

便携式人体心率监测仪的设计 1摘要多年来，心率监测仪在心血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用，它们所记录的心脏活动时的生物电信号，已成为临床诊断的重要依据。目前，检测心率的仪器虽然很多，但是能像本文设计的系统一样实现精确测量、便于携带、报警等多种功能的便携式全数字心率测量装置却不多。本系统以AT89C2051单片机为核心控制芯片，光电式脉搏波传感器采集信号，以七段数码管作为显示系统，经信号处理电路后脉冲送入单片机，由数码管显示心率。本文设计的人体心率监测仪使用方便，只需将手指端轻轻放在传感器上，即可实时显示出每分钟脉搏次数，特别适合体育训练和外出旅游等场合使用。采用红外光学检测法，能够在运动的状态下进行心率测量。该系统运行稳定，实时性强，安全可靠，系统通用性好，移植、扩展方便，同时具有功耗低，体积小，操作简单，便于随身携带等特点，适合家庭和社区医疗保健使用，对心血管疾病的早期诊断具有重要的意义。目前，现代的医学电子仪器已不仅仅是单纯的医学电子测量仪器硬件系统，而是基于电子技术、计算机技术、数字信号处理技术的生理量检测和分析系统。以往专门测量心率值的仪器较少，能提供心率变异指标的仪器更是寥寥无几。人们为了知道自己的运动或劳动强度是否超负荷，尤其是老年人或运动员等，他们都得赶到医院而不能实时测量和预知。而心电仪的出现，使心电图机进入家庭变成了可能，但基于心电工作站的模式，使个别地区的患者因医院分析诊断系统的不健全，而变得不适用；基于嵌入式及DSP的心电监护仪功能强大，但又因芯片价格的高昂而有悖于我国基本国情，不利于家庭的普及[4]。因此，一种性能优良，带有自动监测、报警等功能，适合在家庭和社区条件下使用，同时适用于有隐性疾患的亚健康人群及各种作业环境下的劳动者，在其心率变异时，能及时发出警示的安全监护器，而又符合我国人均收入水平不高这一国情的心率监测系统的研制显得尤其重要。基于这一目的，我设计的课题就是便携式人体心率监测系统的设计。

光电传感器的设计

光电传感器的设计-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

光电传感器的设计题目：光电传感器的设计院（系）：信息工程学院专业：光电信息科学与工程姓名：褚飞亚学号： 20 指导教师：张洋洋 2016年6月27号

摘要随着信息技术的迅猛发展，传感器的应用技术也在飞速发展，新的应用技术呈现出爆炸式的发展。传感器作为作为测控系统中对象信息的入口，作为捕获信息的主要工具，在现代化事业中的重要性已被人们所认识。光电传感器的应用技术为信息科学的一个分支，俗称“电眼”。它是将传统光学技术与现代微电子技术以及计算机技术机密结合的纽带，是获取光信息或借助光提取其他信息的重要手段。现如今汽车成为大多数人必不可少的东西。经常开车的朋友们，应该都有过这样的苦恼每次开车到了单位或者小区大门口都要等门卫来开门或者等其按动电动门的开关,既费时间又费人力,如果巧妙地利用光电传感器就可以实现光控大门。所以借此次课程设计来设计一个光控大门，即把光敏电阻装在大门上并且在汽车灯光能照到的地方,把带动大门的电动机接在干簧管的电路中,那么夜间汽车开到大门前,灯光照射到光敏电阻时,干簧继电器就可以自动接通电动机电路,电动机就能带动大门打开。这样就解决了上述的问题。

目录 1、设计要求...............................................错误!未定义书签。功能与用途 ............................................................................................. 错误!未定义书签。指标要求 ................................................................................................. 错误!未定义书签。 2、光电传感器介绍及工作原理 ...............错误!未定义书签。、光电传感器 ......................................................................................... 错误!未定义书签。工作原理 ................................................................................................. 错误!未定义书签。 3、方案设计...............................................错误!未定义书签。 4、元件选择和电路设计 ...........................错误!未定义书签。元件选择 ................................................................................................. 错误!未定义书签。电路设计 ................................................................................................. 错误!未定义书签。 5、总结.......................................................错误!未定义书签。参考文献.....................................................错误!未定义书签。

压电传感器SC0073脉搏测量仪设计

大连民族学院机电信息工程学院自动化系单片机系统课程设计报告题目：脉搏测量仪设计专业：自动化班级：自动化103 学生姓名：王宏刚，勾延伟，金文杰指导教师：陈晓云，张秀春设计完成日期：2012年11月28日

目录 1任务分析和性能指标 (1) 1.1任务分析 (1) 1.2性能指标 (1) 2总体方案设计 (2) 2.1硬件方案 (2) 2.1.1传感器 (2) 2.1.2 信号处理 (2) 2.1.3 单片机 (2) 2.1.4 电源 (2) 2.2软件方案 (2) 3硬件设计与实现 (4) 3.1前置放大电路 (4) 3.2二阶有源滤波电路 (4) 3.3波形整形电路 (5) 3.4单片机接口电路 (6) 4软件设计与实现 (7) 4.1主程序 (7) 5 调试及性能分析 (8) 5.1调试分析 (8) 总结 (9) 参考文献 (10) 附录1 元器件清单 (11) 附录2 调试系统照片 (12) 附录3源代码 (13)

1任务分析和性能指标 1.1任务分析医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数，方法是用手按在病人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数。为了节省时间，一般不会作1分钟的测量，通常是测量10秒钟时间内心跳的数，再把结果乘以6即得到每分钟的心跳数，即使这样做还是比较费时，而且精度也不高。为了提高脉搏测量的精确与速度，多种脉搏测量仪被运用到医学上来，从而开辟了一条全新的医学诊断方法。随着科学技术的发展，脉搏测量技术也越来越先进，对脉搏的测量精度也越来越高，国内外先后研制了不同类型的脉搏测量仪，而其中关键是对脉搏传感器的研究。动态微压传感器是一种高性能、低成本的压电式小型压力传感器，产品采用压电薄膜作为换能材料，动态压力信号通过薄膜变成电荷量，在经传感器内部放大电路转换成电压输出。该传感器具有灵敏度高，抗过载及冲击波能力强，抗干扰性好、操作简便、体积小、重量轻、成本低等特点，广泛应用于医疗、工业控制、交通、安全防卫等领域。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,因此必需经过放大和后级滤波以满足采集的要求。 1.2性能指标系统能准确测量人的脉搏次数，一分钟误差不超过1次，有直观的显示系统。系统要求有自己设计电路部分。

光电传感器转速测量系统设计讲解

专业课程设计题目光电传感器的转速测量设计院系：自动化学院专业班级：小组成员：指导教师：日期：2012年10月8---2012年10月19

一．课程设计描述采用单片机、uln2003为主要器件，设计步进电机调速系统，实现电机速度开环可调。二．课程设计具体要求 1、通过按键选择速度； 2、转速测量显示范围为0~9999转/秒。 3、检测并显示各档速度。三．主要元器件实验板（中号） 1个步进电机 1个 STC89C52 1个电容（30pF、10uF）各1个数码管（共阳、四位一体）1个晶振（12MHz） 1个小按键 4个 ULN2003 1个电阻若干发光二极管 1个三极管（NPN） 4个排阻 1个四．原理阐述 4.1系统简述按照题给要求，我们最终设计了如下的解决方案：用户通过键盘键入控制指令（开关），微控制器在收到指令后改变输出的PWM 波，最终在ULN2003的驱动下电机转速发生改变。通过ST151传感器测量电机扇叶的旋转情况，将转速显示在数码管上。在程序主循环中实现按键扫描与转速显示，将定时器0作为计数器，计数ST151产生的下降沿，可算出转速，并送至数码管显示。设计思路：（1）利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一个圆盘，在圆盘上挖1小洞，小洞上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈即光电管导通1次，利用此信号做为脉冲计数所需。（2）对光电开关信号整流放大。（3）脉冲经过单片机内部的计数器和定时器进行计数和定时。（4）显示电路采用单片机动态显示。

4.2转速测量原理在此采用频率测量法，其测量原理为，在固定的测量时间内，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。设固定的测量时间为Tc（min），计数器计取的脉冲个数m，假定脉冲发生器每转输出p个脉冲，对应被测转速为N （r/min），则f=pN/60Hz；另在测量时间Tc内，计取转速传感器输出的脉冲个数m应为 m=Tcf ，所以，当测得m值时，就可算出实际转速值[1]： N=60m/pTc (r/min) （1） 4.3转速测量系统组成框图系统由信号预处理电路、单片机STC 89C51、系统化LED显示模块、串口数据存储电路和系统软件组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机匹配的TTL信号；通过对单片机的编程设置可使内部定时器T0对输入脉冲进行计数，这样就能精确地算出加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数；设计中转速显示部分采用价格低廉且使用方便的LED模块，通过相关计算方法计算得到的转速通过I2C总线放到E2PROM存储，既节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程。系统的原理框图如图2.1所示。图2.1 系统的原理框图五．系统硬件电路的设计系统硬件部分包含输入模块、显示模块、控制模块、测速模块等。在硬件搭建前，先通过Proteus Pro 7.5进行硬件仿真实现。 5.1脉冲产生电路设计