内容发布更新时间 : 2024/12/23 23:36:05星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

基于单片机的心率计设计

5.3 测试数据与结果分析

5.3.1测量结果与分析

(1)用仪器测量：用信号发生器作信号源，产生一个40~200次/分的方波，观察心率仪读数与信号发生器输出的频率是否相等。表5-1给出了部分测量结果。

表5-1 信号发生器测量结果

测量序号 信号发生器示值及示波器 1 2 3 4

40 80 150 120 心率仪示值 40（低限报警） 80 150 120（高限报警） 由以上测量结果看，用信号发生器产生的信号用心率仪测量时其测量误差为0，且在报警的上下限可报警。

(2)实际测量：对同一同学和不同的同学进行测量，同时由另一同学用听诊器测量脉搏，表5-2给出了部分测量结果。

表5-2实际测量结果比较

测量序号 1 1 1 2 3 4

听诊器测量 88 89 90 72 67 94 心率计值 89 88 92 73 65 95 误差 1 1 2 1 2 1 在实际测量时人工测量的数值与心率仪测量的数值会有误差，在测同一人时其误差只要在允许范围内，有时也超过测量精度，这是因为人工测量时的计数起始时间与结束时间掌握不准所至。

由信号发生器产生的信号测量时没有误差，而实际测量时产生误差，这是因为信号发生器产生的频率稳定，而实际测量时被测人的脉波稳定性、强度不稳定。

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基于单片机的心率计设计

示波器显示的方波以及对应的心率计显示如下图5-2,5-3所示。

图5-2 示波器显示方波波形

图5-3 心率计显示心率值

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基于单片机的心率计设计

5.3.2几种主要系统干扰与影响

(1) 阳光的干扰。

因为本心率计是通过红外光线透过手指采集到信号，进而对信号处理得到人体的心率值，光照在本系统中很关键。而且在各种不同的环境中，外界光照的强度不一样，这对实验的干扰却大。但是外界光照对于人体是均衡的，即各处光照强度相同，对人体内变化的影响是相同的，即可以相互抵消。 (2) 测量过程中手指的抖动。

红外传感器检测到的人体信号很微弱，手指的一点抖动都会引起测量心率值的大幅变化。为了解决这个问题，在设计中，把红外对管相距一定距离（够放下食指）之后固定死，这样在测量的时候只要被测者尽量保持手指不动，就可以大大减小手指抖动对试验的影响。 (3) 呼吸的影响。

试验的原理主要是血液中的含氧量的变化进而导致人体组织变化而检测心率的，这样就使得均匀呼吸和急促呼吸使人体内的含氧量变化很大。据试验所得，当人剧烈运动之后呼吸会比较局促，这时他的心率值就会波动很大。正常情况下 ，心率指的是当人心平气和时的心跳值。

总结和展望

心率指心脏每分钟搏动的次数，它能够反映心脏的工作状态。而心率计是常用的医学检查设备，实时准确的心率测量在病人监控临床治疗及体育竞赛等方面都有着广泛的应用。

但在现实生活中，这种仪器可以直接测量心率不是很普遍，在许多小医院中，医生仍使用古老的手动式听诊器，大大影响了效率和治疗时间。这为心率计的研究和生产奠定了必要的基础。

这篇文章是基于单片机的心率计设计，现在有一些市场研究和设计为基础的FPGA设计的心率，无论是原理和过程基本上是一样的！心率是由身体微弱的传感器信号接收的原则，因为人体的信号弱，一般放大系数要求高，超过100倍。

心率计的硬件设计，包括微控制器的系统及显示电路、信号采集和信号放大和滤波电路三部分组成。单片机采用AT89S52或其兼容系列。具有精度高12MHz晶体振荡器以获得更稳定的时钟频率，减少了测量误差。单片机的P1.0的输出端口40kHz的超声波换能器所需的方波信号，外部中断0来监测从红外传感器输出信号采集电路的信号。显示电路采用简单实用的液晶显示器，信号用LM358芯片放大。

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基于单片机的心率计设计

基于单片机心率计的软件设计流程由主程序，中断子程序流程图和显示子程序组成。据我所知C语言程序有利于实现更复杂的算法，汇编语言程序则具有较高的效率且容易精细计算程序运行的时间，而心率计的程序既有较复杂的计算（时间t内的平均值），又要求精细计算程序运行时间（动脉搏动时间），所以控制程序可以混合C和汇编语言编程的。

焊完实物后，首先是硬件调试。电路的调试过程是检验、修正设计方案的实践过程，但也是对理论知识的实际应用，解决各种问题的关键环节，是电路设计人员必须掌握的基本技能。

把电子元器件连接起来，实现特定功能的关键一步是调试。调试方法有两种：分块调试法和整体调试法。在硬件检测完之后，在没有问题的情况下可以输入程序，调试程序的可行性，并加以修正，配合程序改动系统的原理图。

文中的心率计使用了脉搏波作为源信号，当然我还可以通过对心电图的分析来研究心率，它们的后继电路部分结构都大同小异，主要的区别是前段的信号采集。本心率计适用于4—9V直流电压，工作电流为100mA左右，心率计通电后，将手指固定在红外传感器之间即可检测到人体的信号，并在液晶上显示出来！

当然它也存在着一定的问题，但我想在未来的研制和生产中，肯定会大大提高它的性能 ，极力改善它的缺点。

结束语

首先，我要感谢我的指导老师在毕业设计中给予我悉心指导和严格要求，正是在许老师您的细心指导和关注之下，我顺利完成了毕业论文设计和实物的制作。

接着我要感谢学校和学院给了我们这么一次展示自己能力的机会，大学即将结束，在踏入社会前，学校为我们安排这么一次毕业设计的任务，这在很大程度上有助于提高我的学业水平和生活适应能力。

最后，我要感谢和我一起做毕业设计的同学。在短短5个月的毕业设计，你们给了我许多宝贵的意见和很大的帮助，没有你们我很难完成学业以及毕业设计，真诚的感谢你们。

同时，我还要感谢我的室友和身边的朋友，是他们给了我自信和力量，在和他们的相互帮助和启发中，才有我今天的小小收获。

还有许许多多给予我学业上鼓励和帮助的朋友，在此也一并表示衷心地感谢！谢谢大家！

参考文献

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