基于單片機的脈搏測量器

何奕飛

【摘要】脈搏測量儀在我們的日常生活中已經(jīng)得到了非常廣泛的應用。為了提高脈搏測量儀的簡便性和精確度，本課題設計了一種基于51單片機的脈搏測量儀。系統(tǒng)以AT89C51單片機為核心，以紅外發(fā)光二極管和光敏三極管為傳感器，并利用單片機系統(tǒng)內(nèi)部定時器來計算時間，由光敏三極管感應產(chǎn)生脈沖，單片機通過對脈沖累加得到脈搏跳動次數(shù)，時間由定時器定時而得。系統(tǒng)運行中能顯示脈搏次數(shù)和時間，系統(tǒng)停止運行時，能夠顯示總的脈搏次數(shù)和時間。經(jīng)測試，系統(tǒng)工作正常，達到設計要求。

【關鍵詞】脈搏測量儀;AT89C51單片機;光電傳感器

一、背景和意義

脈搏攜帶有豐富的人體健康狀況的信息，在中醫(yī)四診（望、聞、問、切）中，脈診占有非常重要的位置。脈診是我國傳統(tǒng)醫(yī)學中最具特色的一項診斷方法，其歷史悠久，內(nèi)容豐富，是中醫(yī)“整體觀念”、“辨證論證”的基本精神的體現(xiàn)與應用。脈診作為“綠色無創(chuàng)”診斷的手段和方法，得到了中外人士的關注。

隨著科學技術的發(fā)展，脈搏測量技術也越來越先進，對脈搏的測量精度也越來越高，國內(nèi)外先后研制了不同類型的脈搏測量儀，而其中關鍵是對脈搏傳感器的研究。近年來國內(nèi)外致力于開發(fā)無創(chuàng)非接觸式的傳感器，這類傳感器的重要特征是測量的探測部分不侵入機體，不造成機體創(chuàng)傷，能夠自動消除儀表自身系統(tǒng)的誤差，測量精度高，通常在體外，尤其是在體表間接測量人體的生理和生化參數(shù)。其中光電式脈搏傳感器是根據(jù)光電容積法制成的脈搏傳感器，通過對手指末端透光度的監(jiān)測，間接檢測出脈搏信號。具有結(jié)構(gòu)簡單、無損傷、精度高、可重復使用等優(yōu)點。通過光電式脈搏傳感器所研制的脈搏測量儀已經(jīng)應用到臨床醫(yī)學等各個方面并收到了理想效果。

二、脈搏測量儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

光電脈搏測量儀是利用光電傳感器作為變換原件，把采集到的用于檢測脈搏跳動的紅外光轉(zhuǎn)換成電信號，用電子儀表進行測量和顯示的裝置。本系統(tǒng)的組成包括光電傳感器、信號處理、單片機電路、數(shù)碼顯示、電源等部分。

1.光電傳感器。即將非電量（紅外光）轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它由紅外發(fā)射二極管和接收三極管組成，它可以將接收到的紅外光按一定的函數(shù)關系（通常是線性關系）轉(zhuǎn)換成便于測量的物理量（如電壓、電流或頻率等）輸出。

2.信號處理。即處理光電傳感器采集到的低頻信號的模擬電路（包括放大、濾波、整形等）。

3. 單片機電路。即利用單片機自身的定時中斷計數(shù)功能對輸入的脈沖電平進行運算得出心率（包括AT89C51、外部晶振、外部中斷等）。

4.液晶顯示。即把單片機計算得出的結(jié)果用液晶器來顯示，便于直接準確無誤的讀出數(shù)據(jù)。

5. 電源。即向光電傳感器、信號處理、單片機提供的電源，可以是5V-9V的交流或直流的穩(wěn)壓電源。

三、工作原理

本設計采用單片機AT89C51為控制核心，實現(xiàn)脈搏測量儀的基本測量功能。脈搏測量儀硬件框圖如下圖 所示：

當手指放在紅外線發(fā)射二極管和接收三極管中間，隨著心臟的跳動，血管中血液的流量將發(fā)生變換。由于手指放在光的傳遞路徑中，血管中血液飽和程度的變化將引起光的強度發(fā)生變化，因此和心跳的節(jié)拍相對應，紅外接收三極管的電流也跟著改變，這就導致紅外接收三極管輸出脈沖信號。該信號經(jīng)放大、濾波、整形后輸出，輸出的脈沖信號作為單片機的外部中斷信號。單片機電路對輸入的脈沖信號進行計算處理后把結(jié)果送到液晶屏顯示。

四、光電脈搏測量儀的特點

與傳統(tǒng)的脈搏測量儀相比，光電式脈搏測量儀具有以下特點：1. 測量的探測部分不侵入機體，不造成機體創(chuàng)傷，通常在體外。2. 傳感器可重復使用且速度快，精度高。3. 測試的適用電壓為5V-9V的直流電壓。4. 穩(wěn)定性好、磨損小、壽命長、維修方便。5. 由于結(jié)構(gòu)簡單，因此體積小、重量輕、性價比優(yōu)越。6. 測量的有效范圍為50次-199次/分鐘。;

五、實物圖

本次所設計的測量儀系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、功能穩(wěn)定、使用方便，應用廣泛，具有實際意義。此次設計的測量儀功能比較單一，沒有如語音系統(tǒng)實現(xiàn)自動讀出脈搏次數(shù)等人性化功能，且在設計過程中使用的運放數(shù)量也較多，加大了電源管理的復雜度。