文 献 综 述

一.引言

随着科技发展的不断提高，生命科学和信息科学的结合越来越紧密，出现了各种新颖的脉搏测量仪器，特别是电子脉搏仪的出现，使脉搏测量变得非常方便。 脉诊在我国已具有2600多年临床实践，是我国传统中医的精髓，但祖国传统医学采用”望、闻、问、切”的手段进行病情诊断，受人为的影响因素较大，测量精度不高。科技的创新，脉搏测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法，脉搏测量可利用电子仪器测量出精度更就的数据。 人体脉搏信号中包含丰富的生理信息，也逐渐引起了临床医生的很大兴趣，达到了方便、快捷、准确的测量脉搏的目的。随着电子测量技术的迅速发展，现代电子测量仪器以极快的速度向数字化、自动化的方向发展。制成的脉搏测量仪器性能良好，结构简单，有较好的应用和推广价值。

早在1860年Vierordt 创建了第一台杠杆式脉搏描记仪，国内20世纪50年代初朱颜将脉搏仪引用到中医脉诊的客观化研究方面。此后随着机械及电子技术的发展，国内外在研制中医脉象仪方面进展很快，尤其是70年代中期，国内天津、上海、江西等地相继成立了跨学科的脉象研究协作组，多学科共同合作促使中医脉象研究工作进入了一个新的境界。脉象探头式样很多，有单部、三部、单点、多点、刚性接触式、软性接触式、气压式、硅杯式、液态汞、液态水、子母式等组成,脉象探头的主要原件有应变片、压电晶体、单晶硅、光敏元件、PVDF压电薄膜等，其中以单部单点应变片式为最广泛，不过近年来正在向三部多点式方向设计。

二.设计方案

光电脉搏测量仪是利用光电传感器作为变换原件，把采集到的用于检测脉搏跳动的红外光转换成电信号，用电子仪表进行测量和显示的装置。本系统的组成包括：传感器模块、信号处理模块、主控模块、显示模块、电源模块等部分。

1.传感器模块的选择

方案一：压电传感器

采用压电传感器用来提取人的脉搏信号，压电传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器。所谓压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变（包括弯曲和伸缩形变）时，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷的现象。通过此现象可以提取出人的脉搏信号。

方案二：光电传感器

采用光电传感器提取人体脉搏信号，授予手指组织可以分成皮肤、肌肉、骨骼等非血液组织和血液组织，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由动脉血的充盈而引起，那么在恒定波长的光源的照射下，通过检测透过手指的光强将可以间接测量到人体的脉搏信号。

由于光电传感器较压电传感器容易在一般的地方可以买得到，因此这里选用光电传感器来提取人体脉搏信号，所以我们选择方案二光电传感器。

2.信号处理模块的选择

我们需要运用一些方式处理光电传感器采集到的低频信号的模拟电路(包括放大、滤波、整形等)，在这里我们设计简单的信号采集电路和放大整形电路就能达到设计的要求。

3.主控模块的选择

方案一：MSP430系列单片机

采用MSP430系列单片机，该单片机是TI公司1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器。其内部集成了很多模拟电路、数字电路和微处理器，提供强大的功能。不过该芯片昂贵不适合一般的设计开发。

方案二：51系列单片机

采用51系列的单片机，该单片机是一个高可靠性，超低价，无法解密，高性能的8位单片机，32个IO口，且STC系列的单片机可以在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。

由于我们可以利用单片机自身的定时中断计数功能对输入的脉冲电平进行运算得出心率（包括AT89S52、外部晶振、外部中断等），这样可以减少我们不必要的工作量，所以我们本次设计选择方案二中的51系列单片机作为主控芯片。

4.显示模块的选择

方案一：LED显示器

LED显示器是由发光二极管构成的LED数码管、LED点阵显示器等。LED发光器件一般常用的有两类：数码管和点阵。LED使用简单，显示内容有限，显示效果不是很直观，硬件连接电路复杂，而且稳定性不高。

方案二：采用液晶电路来显示

LCD1602是工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。LCD1602连接线路简单，显示内容丰富，易于硬件电路实现，可靠性较好。

由于LCD1602可以把单片机计算得出的结果准确无误的直接显示出来，便于读出数据。所以显示模块我们采用方案二LCD1602作为显示模块。

5. 电源模块的选择

方案一：电池供电

电池供电携带比较方便，但是电池的损耗比较大，需要经常跟换电池。

方案二：USB供电

USB供电比较便宜且能为系统提供稳定电流，能够满足本次设计需求。

由于USB供电电路结构比较简单使用也十分方便，能够很好的为系统提供稳定的电流，所以我们选择方案二使用USB供电。

三.方案实现

本次设计主要以STC89C51单片机最小系统为核心，通过单片机最小系统构建核心模块，晶振采用12MHz。单片机工作，当手指放在红外线发射二极管和接收三极管中间，随着心脏的跳动，血管中血液的流量将发生变换。由于手指放在光的传递路径中，血管中血液饱和程度的变化将引起光的强度发生变化，因此和心跳的节拍相对应，红外接收三极管的电流也跟着改变，这就导致红外接收三极管输出脉冲信号。该信号经放大、滤波、整形后输出，输出的脉冲信号作为单片机的外部中断信号。单片机电路对输入的脉冲信号进行计算处理后把结果送到液晶显示。通过按键我们还可以设置脉搏的上下限，当实际测得的脉搏数超出上下限时，蜂鸣器报警。

四．结论

根据本次设计要求，我阅读了大量的资料，并认真分析了设计课题的需求，还认真学习了STC89C51单片机的工作原理及使用方法，并对单片机的运用有了更深入的了解，学习了解了LCDD1602以及光电传感器的相关知识，了解了一些使用实例的资料内容。同时，还安装了软件Altium Designer，设计中用这个软件画设计原理图，深入学习使用了软件keil编写源程序以及编译。当然，除此之外我们还有许多的有关知识需要去认真学习，遇到的问题也要在之后的实践之中一一解决。

五.参考文献

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２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

一．要研究或解决的问题

（一）设计一个基于单片机的脉搏测量仪；

（二）查阅大量资料，理解系统基本原理，确定总体方案；

（三）对系统硬件进行设计，掌握模块要求与功能；

（四）系统软件设计，画出软件流程图及原理图，编写程序；

（五）系统软硬件调试。

二．研究手段

1.硬件设计

（一）传感器模块：采用光电传感器进行测量；

（二）信号处理模块：运用信号采集放大与整形电路控制；

（三）主控模块：采用单片机STC89C51控制；

（四）显示模块：采用液晶LCD1602显示；

（五）电源模块：采用USB接口的5V直流稳压电源。

2.软件设计

软件这部分用C语言编写，C语言编写比较简单，而且看起来脉络清晰，明白，易懂。并且调试、修改起来也比较方便。编写时各个模块可以独立编写，各个模块用一个函数表示，需要时只需调用即可，最后再将各个模块联系起来。