1  绪论1.1 国内外心率计脉搏仪系统研究现状

心率(Heart Rate)是用来描述心跳周期的专业术语，是指心脏每分钟跳动的次数, 它不仅是反映心脏功能强弱的重要标志，也是反映人体运动强度的生理指标。自公元三世纪我国最早的脉学专著《脉经》问世以来，脉学理论得到不断的发展和提高。在中医四诊（望、闻、问、切）中，脉诊占有非常重要的位置。脉诊是我国传统医学中最具特色的一项诊断方法，其历史悠久，内容丰富，是中医“整体观念”、“辨证论证”的基本精神的体现与应用。

进入21世纪以来，科技不断的发展，电子产品越来越多，系统的价格越来越便宜；产品的科技含量比例也越来越大，性能越来越可靠。人们日常的生产、生活都在慢慢走向高度自动化和智能化。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。国外，诸如法国研制生产的康普乐仪，日本科林公司的动脉硬化检测仪器等就是利用此方法，并在欧美国家得到广泛的应用，国内医院也有引进此类设备的研究，在2007年，有人有次类似的产品相继上市。但，这些仪器被应用在大型医疗机构中，成本高，检测费用高，功能局限于检测，不能够满足患者随时随地的检测的需要。

1.2 该论文的主要内容

该论文所做的设计是针对心率计脉搏仪的功能问题，力图解决测量方便、快捷、准确等方面的问题。脉搏测量在有脉搏时遮挡光线，无脉搏时透光强，所采用的传感器是红外接收二极管和红外发射二极管。通过观测脉搏信号，可以对人体的健康进行检查，通常被用于保健中心和医院。系统可以供用户测量当时的脉搏次数，同时还可以设定上限次数和下限次数，当测量的范围超过设定的范围则驱动蜂鸣器报警提醒，除此外用户还可以设定每天闹钟提醒测量，时间可以自行设定。

从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。系统以STC89C52单片机为核心，以光电传感器利用单片机系统内部定时器来计算时间，由光电传感器感应产生信号，单片机通过对信号累加得到脉搏跳动次数，时间由定时器定时而得。系统运行中可以通过观察指示灯闪烁，若均匀闪烁说明测量值准确。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征,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, 必需经过放大和后级滤波以满足采集的要求。

2 总体方案的论证与设计2.1 系统整体设计

心率计的总体设计电路框图如图2-1所示，主要包括光电传感器、放大电路、比较电路、转换电路、单片机处理电路和显示电路，用其5V的电源。

    光电传感器：光电感应主要是由光电指套式传感器实现的，LED发出的光线通过手指照射在三极管的感应窗上，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的变化，这样也完成了将光敏三极管转换为电压信号，完成可第一步工作过程。

    放大电路：由于通过光电传感器接收到的信号极其微弱，容易被其外围电路所干扰，因此系统必须为信号处理电路提供电源。检测到的信号经过LM324放大器放大后仍存在较大的偏置电压，因此必须在信号输入端加滤波电容，将电路中的直流成份滤掉并保证不影响交流信号的传递。

    比较电路：比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。比较器的两路输入为模拟信号，输出则为二进制信号，当输入电压的差值增大或减小时，其输出保持恒定。运用比较电路的原理，对两个或多个测量数据项进行比较，用来检测测量结果是否精确。

A/D转换电路：将模拟信号转换为数字信号，方便其读数。

   单片机处理电路：单片机处理电路是设计的核心电路，起着统筹的作用。

   显示电路：将脉搏（心率）测量结果显示出来。

   电源：提供的单片机运行所需要的电压。

2.2 主控模块的选型和论证

    方案一：

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：

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。

因此选用方案二中的51系列单片机作为主控芯片。

2.3 显示模块的选型和论证

方案一：

采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较合适，如采用在显示数字显得太浪费，且价格也相对较高，所以不用此种作为显示。

方案二：

采用LED数码管动态扫描，