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人体脉搏测量仪毕业论文
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摘要过去在病院，记载病人的人体脉搏数是很麻烦的，而且每天护士都要对病人记载。
用到的措施是护士将自己的手指压在病人的腕部动脉上面，脉搏每跳动一下，记一次数，如果每次都数完一分钟，这样很浪费时间，所以护士每次都测量几秒钟的脉搏数，然后乘以相应的倍数，来得到每分钟跳动的脉搏数，但这任然比较浪费时间，而且测出来的数目不准。
所以本篇论文都是介绍一种脉搏测量仪，它是由51单片机所组成的。
首先，手指被放置在传感器上，然后它可以准确地测量每分钟的脉冲数，并显示测量结果。
关键词：
单片机脉搏测量仪AT89C51
Humanbodypulsemeasuringinstrument
Abstract:
Inthepast,itwasverydifficulttorecordthepatient'spulserateinthehospital,andeverydaythenurserecordedthepatient.Thenursewillmeasureishisfingerpressureatthewristarteryabovethepatient'spulseofeverybeat,anumberoftimes,ifeverytimethecountforaminute,thisisawasteoftime,sothenurseeverytimemeasuringpulsenumberforseveralseconds,andthenmultipliedbythecorrespondingfactor,togetthenumberofpulsebeatsperminute.Butitstillisawasteoftime,andmeasuredthenumberofallowed.Therefore,thispaperintroducesapulsemeasuringinstrument,whichiscomposedof51singlechipmicrocomputer.First,thefingerisplacedonthesensor,andthenitcanaccuratelymeasurethenumberofpulsesperminute,anddisplaymeasurementresults.
Keywords:
SinglechipPulsemeasuringinstrumentAT89C51
第1章绪论
1.1研究背景
脉搏冲包含健康状况的信息，因为“脉书”的出现在中国最早的，已经在脉学不断发展。
不管是在中医上，还是在西医上，它都显得非常重要。
它是一种诊断方法，最有特色的中药历史悠久，内容丰富，代表着中医药的基本精神功效。
中医用到的方法就在手指压在病人的腕部动脉上然后感受病人的脉搏跳动，然后获得脉搏的信息，尽管测量脉搏的过程，病人不会痛，而且对医生来说测量方法很简单，但现在也逐渐地暴露出了些许的问题。
首先，仅仅通过医生在病人的腕部动脉感受跳动的脉搏，通过感觉、经验，不可避免地会有一些主观因素的影响，对脉冲判断标准化效应；然后，手指脉冲技术难以掌握；此外，通过测量脉冲的感觉不能被保存和记录研究脉冲条件的机制。
主观和定性极大影响中医药发展的准确性和可行性，极大的约束了我国医学的发展。
因此，为了将我国的关于脉诊的学说以及技术发扬光大，传统的医学方法必须和现代科技进行紧密的结合，使诊断的方法变得更加的科学和先进。
科学技术正在不断发展，在脉诊上的技术也受到其影响，正在飞速的发展，对于脉诊的测量要求的精度上，要求的精确度也需要提高。
不同种类的脉搏测量仪器陆续的被研制出来，其中的关键点是什么，那自己是对于传感器的选择问题。
最开始研究出的传感器类型有指尖脉搏传感器，还有耳脉等等。
这些传感器都需要接触人体对应位置，指尖测量脉搏会带来很多便利，但是手指容易出汗，所以可能会对测量的结果产生一些影响；耳脉虽然说没有像手指测量这样一些的缺点，但是当由于气候变化导致的温度的变化可能也会对测量的结论产生影响，影响了测量的精确度。
最近的几年，对于传感器的研制，重心放在非接触的传感器上，顾名思义，这些传感器不用接触人体，而且具有接触类型传感器所不具有的一些有优点，比如说，不会伤害我们的身体，测量的误差很小，准确度也提高了不少。
1.2国内外研究现状
科学技术正在不断发展，在脉诊上的技术也受到其影响，正在飞速的发展，对于脉诊的测量要求的精度上，要求的精确度也需要提高。
不同类型的测量仪器被国内外先后研究出来，而且传统的靠听诊的测量方法还有手动的测量方法已经不能限制脉诊技术的发展了，电子设备已经使得脉诊测量的数据准确度越来越高。
其中，在脉搏测量仪中用到的单片机方面，张毅刚等在单片机应用设计中，单片机的原理和结构被他们充分了解，单片机应用系统的设计由以下几个方面所介绍出来：
总体设计，硬件设计、软件设计等。
单片机的编程方法也有介绍，系统开发与应用成为了他们研究的重点，将单片机应用在实际领域成为了难点，他们致力于实现一种单片机系统，这种单片机系统的最先进的。
[1]
在驱动电路的环节，液晶显示的驱动手段被孙俊喜等人经过一系列研究后，文字和图形的显示原理被他们研究出来，在脉搏测量仪的设计过程中所用到的LCD显示屏经过他们的研究，推动了该显示屏进一步发展，使该项技术被人们更加深刻的认识，显示性能以及结构也被他们所优化，使人们在设计电路的过程中更加便利。
[2]
在稳压电源环节中，通过对稳压电源等相关领域的一系列研究，王增福等人取得了一系列最新成果，他们反复验证，想方设法为电路提供一个稳定的电压源，终于有了重大突破，稳压电源被他们设计成由外围设备，还有我们经常用到的集成IC所组成，这又是一个重大进步。
[3]
任何设计都要有一个清晰的头脑，在一整个完整的设计过程中也是如此。
丁元杰等人在不断的研究与实验当中总结出了一些不足的地方，并且努力的取得了一些进步。
面板与单片机是两种控制的方法，而且是主电源电路所需要用到的。
既然方法有两种，那么必然要面临选择，不管选择哪一种，都需要仔细思考，解决出现的问题。
如果需要一些硬件来帮助实现需要的功能，这个时候就选择前面一种，但是当这样进行选择之后，电路设计就比较复杂，设计中的工作也会变成比较繁琐，再一个就是，设计出来的拓展电路有一定的问题，那就是功能不多，当将其运用在实际的情况当中，需要的付出的代价也是很高的。
既然有一些或多或少的缺陷，但是还是有一些可取之处的，比如说操作方法使用起来很容易上手，控制方法也比较容易。
当选择后面一种方法的时候，也会导致一些问题，比如电路不稳定，硬件较少，还有就是操作起来不是特别容易，不能达到普及的效果。
所以综上所述，要适当的增加一些硬件，保证电路的稳定性，这使得整个设计变得更为优化。
[4]
以下几个方面就体现了脉诊测量仪的发展：
（1）多功能化也越发的显著，人体脉搏仪通常具有检测血液里的氧气、心电图等等功能。
简单的脉冲测量仪器是非常罕见的。
随着科学技术以及脉诊技术的不断发展，更多的功能可以被脉搏仪所实现。
（2）自动化测量人体脉搏，还能实现自动分析，现在，血液中氧气的含量也可以被许多脉搏测量仪器所检测出来，经验和经历丰富的医生能够对这些信号进行一些分析，最后的结果可以通过分析确定。
浪费了大量的人力物力财力，并且引入的误差非常的大。
因此，越来越多的内容将会被未来我们发明脉搏测量仪所呈现出来，而且脉搏测量还有具有自动诊断的功能，这些功能也将会变得更加的强大。
（3）数字技术也越来越先进，脉搏仪的集成度将会受到科学的技术的发展与进步的影响，不断的提高，这样方便了人们随时携带。
能够干扰到数字信号的处理也会越来越少，信号的准确度也会不断的提高。
1.3研究内容及方案
以单片机作为我们研究的基础，利用传感器，该传感器由光敏二极管以及红外光发光二极管所构成的，然后就可以把指尖放在传感器对应检测的位置，进行人体脉搏的测量，随时的测量出人体的脉搏信号，然后在数码管上显示出我们需要的脉搏信号，必要时还要显示波形图，波形图表示了脉搏的信号。
核心的控制器我们用到的是单片机，采集信号则是用到了光电式传感器，然后将测量到的信号通过滤波、放大等等一系列的作用之后，进而我们人体的脉搏信号是利用单片机的一种A/D采样的技术来得到的，最终每一分钟的人体的脉搏数及其脉搏的信号波形的动态图是经过显示器来显示的。
1.4方案概述
核心的控制器我们用到了AT89C51单片机，行成一个系统将采集到的信号经过放大、滤波、整形等处理之后将这个信号送给单片机，其中用了一个传感器，作用是对信号进行采集，传感器由光敏二极管加上发光二极管共同来构成，然后通过数码管显示，然后由单片机获取并计数，得到人体的脉搏数，然后通过数码管显示电路进行显示，这样就记录了一段时间内人体的脉搏数，完成了对人体脉搏的测量。
该系统主要由低通放大器，滤波整形处理器、AT89C51单片机以及显示电路构成，系统的总框图如图2-1
图2-1系统总框图
第2章系统硬件设计
2.1元件选择
2.1.1光电传感器
（1）光电传感器原理
光电传感器的原理是用光电信号测出血管的体积变化。
血管中血液体积在人体中产生变化的时候，对光线的吸收成都也相对的产生变化，这种变化同时被这种光电传感器所测出来，动脉的血液参数也能被这种变化所体现出来，参数包括脉搏的振幅、脉搏的频率、还有脉搏的波形等等。
由BurtBillLang的定律，如果光波的波长一定的时候，血液的浓度与它的吸光度是正比例的关系，当物质被光照射的时候，该物质对光进行吸收，进行反射，然后此时光强被测出来是减弱的，那么或多或少的就能够显现出该物质的一些特征和特性，比如用人体组织接受光的照射。
非血液组织有人的血液、肌肉等等，而人体组织不仅包括非血液组织，同时还包括了血液组织，非血液组织对光的吸收以及反射之后减弱的光是不变的，同时，静脉里面的血的搏动比动脉里面的血强的多得多得多，并且人的手指一点也不厚，当光照到了人的手指上面，反射以及吸收最终透过去的光比较充足，所以人体的手指被用在作为传感器的测量对象。
（2）光电传感器结构
外接收二极管和红外发光二极管所构成了该传感器。
红外线光敏二极管的作用是用来把光的信号转化为电的信号，产生的电能就是红外线光敏二极管被光照的时候所产生的。
按照对光的接收方式导致该类传感器可以分为两类，一类是投射型，另一类是反射式。
投射所发出的光通过光接收器接收，传感器对称分布接收透射光，能较好地反映脉搏与时间的关系。
[5]因此，将该光电传感器用在该系统上，用到了光电隔离的原理，光电隔离也能够使电路之间的干扰大大减小，或者说各级电路之间的干扰大大减小。
2.1.2AT89C51单片机
（1）AT89C51单片机性能
AT89C51是一个单片机带了2K字节的内存的只读存储器，可以被编程被擦除，也是一种带4字节的FLASH存储器的电压低，同时还带有一个CMOS八位微处理器，该处理器的性能很高，它们形成了被我们所俗称的单片机。
许多嵌入式系统也用到了AT89C51，AT89C51使系统的解决方案变得十分的廉价和灵活，并具有主要功能如下：
a.与MCS-51的产品兼容
b.耐久的数据保存时间：
10年
c.全静态工作：
0Hz-24MHz
d.4K字节的可编程FLASH存储器
e.32位的可编程I/O总线
f.5个中断源
g.2个16位的定时器/计数器
图3-1AT89C51单片机封装图
（2）AT89C51单片机引脚
VCC：
供电电压
GND：
地
P0口：
P1.1需要外部的上拉电阻，同理P1.0口也需要上拉电阻。
这两个引脚还能作为片内比较器的反相输入以及同相输入。
20mA的电流能够被P1口的输出缓冲器所吸收，LED显示也能够被驱动起来。
，什么时候可以作为输入端来使用，就是当P1引脚为1的时候。
当p1.2-p1.7被拉低，而且同时作为我们的输入的时候，流出的电流就是由于上拉电阻造成的，电流将流出来的由于内部上拉电阻，同时接收数据可以通过P1口，是校验我们的程序的时候。
P1是一个八位I/O口，而且是双向的。
P3口：
p3.0-p3.5是七位I/O，而且是双向的一种引脚，具有内部上拉电阻。
P3.7也是七位I/O，而且是双向的一种引脚，具有内部上拉电阻。
作为通用I/O引脚是由P3.6口固定的输入比较器的输出信号充当的,而且不能够被访问。
20mA电流能够被P3端口缓冲所吸收。
什么时候内部的上拉电阻会被拉高，而且作为输入端，就是当P3口引脚为1的时候。
当它作为输入，什么时候P3口引脚将被外部的上拉电阻拉低从而流出电流，就是当它用作输入的时候。
P3用于接收程序验证控制信号，AT89C51单片机多种多样的功能也能够被P3口来完成。
用于程序的校验的控制信号也是靠着P3口来获取的。
如图3-2所示。
P3口引脚
功能
P3.0
RXD（串行输入端口）
P3.1
TXD（串行输出端口）
P3.2
INT0（外中断0）
P3.3
INT1（外中断1）
P3.4
T0（定时器0外部输入）
P3.5
T1（定时器1外部输入）
图3-2P3口功能
XTAL1：
它可以用来作为一种反相输入，就是震荡器里面的反相放大器的输入；它还能作为一种输入，就是内部的时钟发生器的输入。
XTAL2：
它可以用来作为一种反相输出，就是震荡器里面的反相放大器的输出。
RST：
用来复位。
什么时候I/O引脚复位变成1，就是RST变成高电平的时候。
如何完成复位，就是当振荡器作用的时候，同时RST引脚被改变成两个机器周期的高电平的时候。
如上面所说明的引脚，我们可以看到，AT89C51不提供地址，控制信号，数据的I/O设备，也没有提供外部的拓展存储器。
在AT89C51单片机之外拓展存储器，或者是在AT89C51单片机之外拓展I/O设备，靠AT89C51单片机的应用系统是不能起作用的。
所以说最小单片机系统由AT89C51单片机所构成。
（3）AT89C51结构框图
AT89C51是一个单片机带了2K字节的内存的只读存储器，可以被编程被擦除，也是一种带4字节的FLASH存储器的电压低，同时还带有一个CMOS八位微处理器，该处理器的性能很高，它们形成了被我们所俗称的单片机。
许多嵌入式系统也用到了AT89C51，AT89C51使系统的解决方案变得十分的廉价和灵活，高密度存储技术也被AT89C51单片机所使用，MCS-51指令和引脚也和AT89C51的引脚和命令相兼容。
结合在一个芯片上CPL1和Flash存储器，单片机AT89C51是一个的微型计算机，它的功能e很强大。
许多嵌入式系统也用到了AT89C51，AT89C51使系统的解决方案变得十分的廉价和灵活。
图3-3AT89C51单片机结构框图
除了这些以外，内部结构图给出了关于AT89C51单片机的一些结构情况，8051系列的的内部结构和其相同，而且基本上是相同的。
51系列单片机在引脚上也与其基本相同，比如XTAL1引脚、XTAL2引脚还有其它一些引脚，还有一些就是外部的连接电路也相同，但是不管怎么说，P1还有P3口当然也有它们特殊的功能。
2.2脉搏信号检测电路
近几年以来，光电脉搏测量技术在医学上发展的很迅速，其中的主要原因是光线可以避免电磁干扰，对其他物质更具绝缘性，病人的各种症状也能被检测出来。
用光电式脉搏传感器在指尖获取的脉搏信息已经得到了从事医学仪器工作上的专家以及教授的肯定与重视。
该光电传感器用在该系统上，用到了光电隔离的原理，光电隔离也能够使电路之间的干扰大大减小，或者说各级电路之间的干扰大大减小。
结构见图3-4。
图3-4投射式光电传感器
红外光光敏二极管以及红外光发光二极管构成了我们需要的光电传感器。
传感器的工作原理已经在上文中提及，在这里不再熬述。
2.3脉搏信号采集电路
有两种这样的情况会出现，就是当人的手指处于传感器测量的位置的时候：
一种就是没有脉冲周期。
虽然红外发光二极管发射的红外光被我们的手指所阻挡了，但是为什么输出电压略低，但由于光电二极管中存在暗电流造成的。
第二种自然就是存在脉期。
当有人体的脉搏跳动的时候，血液脉冲会使人体手指的光传输变得非常差，这样的情况会使得暗电流降低，同时还有的情况就是输出电压将会受影响而上升。
但在这一点上，我们的得到的输出频率比较低，比如脉搏跳动频率为90次/分钟，输出信号的频率为1.53Hz，所以信号首先要经过电容和电阻组成的滤波器来滤除高频的干扰信号，然后加到放大输入端通过耦合电容施加的。
2.4脉搏信号放大电路
本系统设计使用集成放大电路比较多，自然LM324运算放大器被集成电路所采用，4组运放组成了它的内部结构，而且这四组运放相同。
并且除了普通电源外，这4组运算放大器相互独立。
而且它还有各种各样的优点，比如电压的范围宽、静态的时候损耗小、只需要单电源供电、价格很便宜等。
所以LM324被人们广泛的用于各种各样的电路设计中，其引脚图如图3-4所示。
图3-5LM324引脚图
其中在电压跟随器中我们可以用LM324运算放大器，它的作用主要是：
起到缓冲、隔离各级电路干扰的作用。
电压跟随器作为一种缓冲级，可以有效地防止后级电路对于前级电路的干扰，所以起到一种用来隔离前后级之间影响的作用以及干扰。
并且还由于人的脉搏信号不是特别稳定，外界或者是电路自身的干扰很容易对其造成影响，导致信号的失真，所以电压跟随就起到这样的一种作用，就是能够有效的避免电路的一些干扰。
电压放大器的输出阻抗高，从而信号会有很大一部分在电路传输的过程中损耗掉，在这一点上，电压跟随缓冲器使用。
输出阻抗高，输入阻抗低是电压跟随器的很突出的特点，使传感器的微弱信号输入可以有效地输入，从而为之后的滤波放大起到承上启下的作用。
2.5数码管显示电路
LED数码管被打算用在被系统中来显示，用的是四位共阳极七段数码管。
在AT89C51单片机中，字型是被P1口控制然后来显示的，字位是被P3口控制然后来显示的。
通常来说，一些显示器会在很多单片机系统中被我们经常用到，显示器如果有发光二极管所组成，那我们就称其为LED显示屏。
LED显示屏具有各种各样的优点，比如说制作成本便宜、配置很简单、不用太多损耗、安装起来非常容易、使用的时限很长等。
可是因为功能简单，内容被显示受到了很多的限制，何况有些图形是无法被显示出来的，所以LED显示器的使用具有其局限性。
发光二极管字段形成了LED数码管显示器。
LED数码管在很多很多单片机系统中经常被我们使用到，两种类型：
第一种是共阴极，第二种自然就是共阳极。
八个放光的二极管共同组成了七段的LED数码管显示器，显示的代码分别从a-g引脚输入，不同数字以及字符因此而被显示出来，小数点用dp来表示。
其中共阴极的LED数码管显示器就是发光二极管的阴极，如果我们将发光二极管的阴极接地，那么LED数码管显示器就是属于共阴极的类型，当它的阳极被接到高低平的时候，那么它就就会被点亮。
如果二极管的阳极是LED显示器的公共端，我们将其接到+5V的电源，发光二极管就被点亮是当它的阴极是低电平的时候。
数码管显示器在本次设计中被采纳，它是四位七段的，十二个引脚，八个字选端，四个位选端共同构成了四位七段的数码管显示器。
2.6脉搏测量仪总电路原理图
图3-6图脉搏测量仪电路原理图
第3章系统软件设计
用C语言对人体脉搏测量仪程序进行编程，编译出来程序的具有非常好的可读性。
同时用人体脉搏信号作为外部中断。
然后通过检测之后，计算机就能得到分钟的人体脉搏次数，而且我们还将其测量很多次，然后除以次数得到平均值，到最后就显示出人体脉搏数。
3.1人体脉搏测量仪的主程序流程
单片机是用系统的主程序来控制的，操作方式可以被系统依据其来操作，所以整个程序框架由单片机系统主程序所组成。
单片机系统供电时，单片机系统初始化。
为什么要初始化。
该程序的初始化主要是用来完成单片机的内部定时器和各个端口的工作来设置工作状态。
初始化系统初始化时，定时器的中断，外部的中断，以及显示工作，不一样的子程序由不一样的外部设备所控制，它们都是在系统初始化后所完成的。
如图4-1所示就是主程序的流程图。
图4-1主程序流程图
主程序代码如下：
main（）//主程序
{
TMOD=0x01;//定时器T0工作于方式1
TH0=0xec;
TL0=0x78;//T0定时时间为5ms
IE=0X83;//开中断
IT0=1;//外部中断0为边沿触发方式
TR0=1;//开定时器T0
for（;;）//脉搏指示灯控制
{
if（P3_0==0）
{
delay（200）;
P3_0=1;
}
}
}
3.2定时器中断程序的流程
3.2.1中断的概念
中断就是指计算机本来在执行着正常程序的过程中出现的内部或者是外部的某些事情的请求的时候，CPU暂时的去停止当前的程序正常执行，而后请求的事情被转而去执行相关的处理和操作，最后当CPU处理完事件结束之后就再回到之前被暂停了的程序继续往下执行。
尽管中断和子程序的调用在过程上相类似，但中断的处理过程中，外部的事件的中断请求也就是CPU中断响应与正在运行的指令没有任何的关系，而且中断可以在一个程序执行的时候任意时刻发生，而且这种中断的随机性对于人来说是无法预料的。
但是，当主程序调用子程序的时候情况是不一样的，CALL指令是人在编程的时候事先编写好了的，仅仅是这个指令被CPU执行到的时候，才会转而执行子程序。
中断系统的作用
（1）能够实现实时的处理
计算机在应用于各种实时控制的时候，各种外部设备提出要球时间是随机的，要求CPU能都迅速的响应和及时的处理。
于是，有了中断的功能，就能够方便的进行这种实时的处理功能。
（2）能够实现故障的处理
在CPU运行过程中，经常会出现这些情况，包括一些突发性事件：
电源突然掉电、内存和算术错误等等，那么就可以利用中断的功能自己处理。
（3）能够实现并行的处理
但中断功能的出现，然后就可以在CPU和一些外部设备同时工作，当它们要叫唤彼此的信息的时候就产生了中断。
所以多个外部设备可以并行工作就是靠CPU控制，从而很大的加强了CPU的利用率。
3.2.2定时器中断程序的流程
设置定时器的计数的初值位5ms，定时时间为5s。
检测5s之内是否有人体脉搏，假如没有的话，那就就会自动的清零，然后重新开始进行测量；假如在5s之内有人体脉搏，那么就会开启外部的中断。
如图4-2所示，表示出了定时器中断的流程。
图4-2定时器中断程序的流程图
子程序代码如下：
Timer0（）interrupt1//定时中断服务程序
{
TH0=0xec;
TL0=0x78;
t=BitTab[j];//取位值
P3=P3|0x38;//P3.3-P3.5送1
P3=P3&t;//P3.3-P3.5输出取出的位值
t=DispBuf[j];//取出待显示的数
t=DispTab[t];//取字形码
P1=t;//字型码由P3输出显示
j++;//j作为数码管的计数器,取值0-2,显示程序通过它确认显示哪个数码管
if（j==3）
j=0;
n++;
if（n==2000）//10秒钟测不到心率,n复位
n=0;
}
3.3外部中断程序流程
外
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