專利名稱：基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及脈搏測(cè)量儀，尤其是基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量儀。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在脈診作為“綠色無創(chuàng)”的診斷手法，得到中外醫(yī)學(xué)界的極大關(guān)注和認(rèn)可。但是切脈僅僅依靠醫(yī)生手指的感覺辨別脈象的特征受到感覺的限制，難免會(huì)存在一些主觀臆斷，影響脈搏獲取的準(zhǔn)確性，最后脈搏無法記錄和保存，會(huì)影響后續(xù)的治療，以上因素大大制約的中醫(yī)的發(fā)展和推廣。脈搏測(cè)量儀的研究主要是停留在接觸式的傳感器上的研究。利用此內(nèi)傳感器所研究設(shè)計(jì)的指脈，耳脈各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。指脈的測(cè)量比較的方便和快捷，但是由于指脈的汗腺比較多，所以如果常年使用，難免污染嚴(yán)重，指脈測(cè)量就會(huì)有誤差；耳脈的測(cè)量相對(duì)比較衛(wèi)生同時(shí)污染情況也比較小，容易維護(hù)。但是耳脈的信號(hào)比較微弱，同時(shí)受到季節(jié)影響比較嚴(yán)重，造成測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確的情況。過去在以前中老年保健器材和醫(yī)院臨床測(cè)量的過程中使用過便攜式的電子血壓計(jì)，這種便攜式的電子血壓計(jì)每次測(cè)量的時(shí)候都會(huì)有一個(gè)加壓減壓的過程。在這過程中會(huì)有不適，存在脈搏檢測(cè)精確低等不可避免的缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述背景技術(shù)的不足，提供了基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量儀。本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案:基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量儀，其特征在于包括封裝在殼體內(nèi)的單片機(jī)、信號(hào)采集電路、數(shù)碼顯示器、復(fù)位電路、電源電路、報(bào)警電路；所述信號(hào)采集電路、數(shù)碼顯示器、復(fù)位電路、電源電路 、報(bào)警電路分別與單片機(jī)連接。信號(hào)采集電路包括依次連接的光電傳感器、放大電路、濾波電路，所述光電傳感器的光接收部位與人體接觸，所述濾波電路輸出端接單片機(jī)。進(jìn)一步的，所述基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量儀還包括倒向電路；所述倒向電路的輸入端接濾波電路的輸出端，輸出端接單片機(jī)。進(jìn)一步的，所述基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量儀中，單片機(jī)為STC89C52芯片。進(jìn)一步的，所述基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量儀中，數(shù)碼顯示器為IXD1602芯片。本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果:本實(shí)用新型所涉及的基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量儀使用時(shí)，探測(cè)器部分不傾入人體，對(duì)人體不造成損傷；同時(shí)因?yàn)楸苊饬私佑|人體被污染而提高了精度。

圖1是基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量儀的模塊示意圖。圖2是由TCRT5000構(gòu)成的信號(hào)采集電路。圖3是由LM741構(gòu)成的信號(hào)第一級(jí)放大電路。[0013]圖4是第二級(jí)放大電路。圖5是由LM358構(gòu)成的濾波電路。圖6是由8050構(gòu)成的倒向電路。圖7是由IXD顯示時(shí)序圖。圖8是系統(tǒng)中主程序控制的單片機(jī)系統(tǒng)程序框架。圖9是定時(shí)器的中斷服務(wù)程序框架。圖10是定時(shí)器外部中斷程序框架。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明:如圖1所示為基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量儀，包括封裝在殼體內(nèi)的單片機(jī)、信號(hào)采集電路、數(shù)碼顯示器、復(fù)位電路、電源電路、報(bào)警電路；所述信號(hào)采集電路、數(shù)碼顯示器、復(fù)位電路、電源電路、報(bào)警電路分別與單片機(jī)連接。信號(hào)采集電路包括依次連接的光電傳感器、放大電路、濾波電路。光電傳感器在測(cè)量脈搏時(shí)，將血管中血液飽和度的變化引起光強(qiáng)變化轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)。放大電路包括第一級(jí)放大電路，第二級(jí)放大電路，用于將光電傳感器的輸出脈沖信號(hào)放大為適于單片機(jī)采集的數(shù)量級(jí)。濾波電路濾去放大電路輸出脈沖信號(hào)中的高頻成分。單片機(jī)根據(jù)濾波電路的輸出量統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)脈搏跳動(dòng)的次數(shù)。數(shù)碼管顯示器顯示單片機(jī)統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)脈搏跳動(dòng)的次數(shù)。報(bào)警電路在單片機(jī)統(tǒng)計(jì)的單位時(shí)間內(nèi)脈搏跳動(dòng)次數(shù)超出設(shè)置范圍時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。設(shè)置范圍可根據(jù)生理數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)值獲得。復(fù)位電路、電源供電電路作為單片機(jī)的外圍電路，為單片機(jī)正常工作提供必要的復(fù)位信號(hào)、電源信號(hào)。使用本實(shí)用新型所述的基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量儀:將手指放在紅外線接收三極管前，血管中的血液隨著心臟的跳動(dòng)而流動(dòng)。由于手指放在光傳遞的路徑中，血管中血液飽和度的變化就會(huì)引起光強(qiáng)發(fā)生變化，光強(qiáng)度變化和心臟的跳動(dòng)變化是完全一致的，紅外接收三極管將光強(qiáng)度變換轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)輸出。脈沖信號(hào)經(jīng)過放大、濾波后得到濾去高頻分量且幅值適于單片機(jī)測(cè)量的脈沖信號(hào)。濾波電路輸出的脈沖信號(hào)就是單片機(jī)的外部中斷信號(hào)。單片機(jī)在其外圍電路提供必要的工作信號(hào)的情況下觸發(fā)中斷程序，對(duì)輸入的脈沖信號(hào)進(jìn)行處理得到單位時(shí)間內(nèi)脈搏跳動(dòng)的次數(shù)，然后把單位時(shí)間內(nèi)脈搏跳動(dòng)的次數(shù)送到數(shù)碼管顯示。報(bào)警電路僅在單片機(jī)統(tǒng)計(jì)的單位時(shí)間內(nèi)脈搏跳動(dòng)次數(shù)超出設(shè)置范圍時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。本設(shè)計(jì)主要采用單片機(jī)STC89C52為控制的核心，從而可以實(shí)現(xiàn)脈搏測(cè)量儀的基本測(cè)量功能。它主要由光電傳感器采集信號(hào)，信號(hào)處理電路將光電傳感器所采集到的低頻弱信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、整形等處理。單片機(jī)電路中單片機(jī)自身的計(jì)數(shù)功能對(duì)輸出脈沖電平進(jìn)行運(yùn)算得出脈搏跳動(dòng)次數(shù)，數(shù)碼顯示器將單片機(jī)計(jì)算出來的結(jié)果使用8位LED數(shù)碼管用靜態(tài)掃描然后顯示，這樣可以準(zhǔn)確無誤的得出相關(guān)的數(shù)據(jù)。[0031]本系統(tǒng)選擇了通用的STC89C51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)完成設(shè)計(jì)。STC89C52是由美國STC半導(dǎo)體公司研發(fā)的電壓低，性能高的CM0S8位微控制器，片內(nèi)主要包括8k bytes的可以反復(fù)擦寫的存儲(chǔ)器。同時(shí)還有512bytes的用來隨機(jī)存取數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器(RAM)，器件主要采用的是STC公司的高密度，非失性的存儲(chǔ)技術(shù)來生產(chǎn)，片內(nèi)安置的是MAX-810指令系統(tǒng)，，8位中央處理器(CPU)以及Falsh存儲(chǔ)的元件，功能強(qiáng)大的STC89C52單片機(jī)可以在很多場(chǎng)合應(yīng)用，其很高的性價(jià)比可以靈活的應(yīng)用于各個(gè)控制領(lǐng)域。STC89C52的特點(diǎn):(I)8k字節(jié)字節(jié)Falsh; (2)512M 可存儲(chǔ)的的 RAM; (3) 32 位 I/O 接線口 ; (4)內(nèi)置 4KB 的 EPR0M; (5) 3 個(gè) 16 位定時(shí)器(計(jì)數(shù)器)；(6)全雙工穿行口 ；(7)支持2中可選擇節(jié)電模式。STC89C5的引腳圖，各引腳功能=Vcc:接電壓源PO 口:P0 口是一組8位的開路型的雙向的I/O 口，也就是地址/數(shù)據(jù)總線的復(fù)位口。當(dāng)PO 口作為輸出口的時(shí)候，對(duì)端口寫下I作為高阻抗的轉(zhuǎn)入端來使用。Pl 口:P1是一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的8位的雙向的I/O 口。對(duì)端口寫I的時(shí)候，通過內(nèi)部的上拉電阻將端口拉到了高電平，這個(gè)時(shí)候可以作為輸入端口。當(dāng)作為輸入口的時(shí)候，應(yīng)為內(nèi)部已經(jīng)存在了上拉電阻，引腳被外部拉低的時(shí)候?qū)?huì)出現(xiàn)一個(gè)電流。P2 口:P2 口是一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的8位的雙向的I/O 口。對(duì)端口寫I的時(shí)候，通過內(nèi)部的上拉電阻將端口拉到了高電平，這個(gè)時(shí)候可以作為輸入端口。當(dāng)作為輸入口的時(shí)候，應(yīng)為內(nèi)部已經(jīng)存在了上拉電阻，引腳被外部拉低的時(shí)候?qū)?huì)出現(xiàn)一個(gè)電流。P3 口:1.可以做為輸入口或者輸出口即外界輸入或者輸出設(shè)備。2.作為第二功能使用，每一個(gè)功能定義:RST:起復(fù)位輸入的作用。當(dāng)振蕩器工作的時(shí)候，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平將單片機(jī)復(fù)位。ALE/RROG:當(dāng)訪問外部的程序儲(chǔ)存器或者數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器的時(shí)候，ALE輸出的脈沖用來鎖存地址低8位的字節(jié)。對(duì)外輸出起到時(shí)鐘定時(shí)的作用。XTALl:這是作為振蕩反相放大器內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端XTAL2:這是作為振蕩反相放大器輸出端GND:接地。光電傳感器采用了兩個(gè)TCRT5000芯片分別作為發(fā)射裝置TXl和接收裝置RXl。如圖2所示是利用紅外線不能穿透血液的原理來實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的，也就是說紅外線穿過未充血的指尖時(shí)，穿透能力較強(qiáng)，交叉點(diǎn)的電壓為0，所以信號(hào)是不會(huì)過去的。然而當(dāng)指尖充血的時(shí)候，紅外接收傳感器是接收不到信號(hào)的，所以接收三極管控制的部分是不導(dǎo)通的。在這一瞬間，正電源將會(huì)通過電阻R7，以及耦合的電容C5，還有電阻R11，最終信號(hào)將會(huì)到達(dá)第一級(jí)放大電路。脈搏波經(jīng)過光電傳感器采集之后為極其微弱且不穩(wěn)定的電信號(hào)，為了可以準(zhǔn)確的收取到脈搏波的信息，這里我們需要對(duì)采集到的電信號(hào)進(jìn)行放大和整形。LM741是一通用的雙運(yùn)用算放大器，其特點(diǎn)有:較低輸入偏置電壓和偏移電流；輸出沒有短路保護(hù)；輸入級(jí)具有較高的輸入阻抗；內(nèi)建頻率被子償電路；較高的壓擺率；最大工作電壓為18V。由于LM741運(yùn)放電路具有電源電壓的范圍比較廣，靜態(tài)功耗比較的小，因此可以通過單電源使用，具有價(jià)格相對(duì)比較便宜的優(yōu)點(diǎn)。LM358內(nèi)部主要包括有兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的、比較高增益、可以在內(nèi)部來頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算的放大器，適合在電源的電壓范圍非常寬的單個(gè)電源的時(shí)候使用，同時(shí)同樣適用于雙電源的工作模式，在推薦工作的條件情況下，電源的電流與電源的電壓沒有關(guān)系。它的使用范圍同樣包括傳感放大器以及直流增益模塊以及其他所有可以使用單電源來供電然后使用運(yùn)算放大器的一些情況。圖3為第一級(jí)放大電路，LM741芯片U3的6腳將會(huì)將輸入的信號(hào)放大m倍，m=R5/Rll=110。如圖4所示，LM741芯片U3的6腳輸出的信號(hào)在經(jīng)過隔離電容C4后，再進(jìn)入LM741芯片U1，進(jìn)行第二級(jí)放大。隔離電容C4的作用是將去除低頻的信號(hào)，將信號(hào)進(jìn)一步整形，LM741芯片Ul的6腳將會(huì)將輸入的信號(hào)放大η倍，n=R2/R3=100。圖5為濾波電路，LM741芯片Ul的6腳的輸出信號(hào)經(jīng)過LM358芯片U2進(jìn)行濾波整形。電容C6、C7起到了除去高頻的作用。因?yàn)閱纹瑱C(jī)更容易接受O電平的信號(hào)，所以如圖6所示的倒向電路，信號(hào)從LM358芯片U2的I腳出來后再經(jīng)過一次倒相，那么就是信號(hào)I變?yōu)镺。當(dāng)前面的信號(hào)進(jìn)來的時(shí)候，經(jīng)過三極管Ql倒相之后，就會(huì)變成低電平，二極管導(dǎo)通，而我們就可以得知，此時(shí)就會(huì)有脈沖信號(hào)過來。同時(shí)，這個(gè)脈沖信號(hào)就會(huì)引到STC89C51單片機(jī)的10/P3.7k 口供單片機(jī)采集。液晶屏IXD液晶顯示器是用液晶材料作為最基本組件，又名IXD，在兩塊平行板之間來填充液晶材料，這樣通過電壓來改變液晶材料內(nèi)部分子的排列狀況，重而就可以達(dá)到遮光和透光的目的，這樣就可以顯示深淺不一的圖象，而且只需要在兩塊平板間再加上一個(gè)三元色的濾光層，就可實(shí)現(xiàn)顯示彩色的圖象。液晶顯示器功耗很低，因此倍受工程師青睞，適用于使用電池的電子設(shè)備。液晶顯示器是采取了液晶材料作為基本組件的一種顯示器，由于液晶在通常狀態(tài)下是處在固態(tài)和液態(tài)之間，這樣液晶就不僅僅具有了固態(tài)晶體所具有的光學(xué)特性，同時(shí)還具有了液態(tài)晶體所具有的流動(dòng)特性。如圖7所示，其基本操作時(shí)序?yàn)?1.1讀狀態(tài):輸入:RS=L, Rff=H, E=H 輸出:D0 D7=狀態(tài)字1.2寫指令:輸入:RS=L,RW=L，D0 D7=指令碼，E=高脈沖輸出 無1.3讀數(shù)據(jù):數(shù)據(jù):RS=H，RW=H，E=H ;輸出:D0=D7=數(shù)據(jù) 1.4寫數(shù)據(jù):輸入:RS=H，Rff=L, D(TD7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出:無。單片機(jī)電路中單片機(jī)自身的計(jì)數(shù)功能對(duì)輸出脈沖電平進(jìn)行運(yùn)算得出脈搏跳動(dòng)次數(shù)，數(shù)碼顯示器將單片機(jī)計(jì)算出來的結(jié)果使用8位LED數(shù)碼管用靜態(tài)掃描然后顯示，這樣可以準(zhǔn)確無誤的得出相關(guān)的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的主程序控制的是單片機(jī)系統(tǒng)是否按預(yù)定的操作來運(yùn)行，這是單片機(jī)系統(tǒng)程序框架。系統(tǒng)供電后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。初始化的程序主要是完成單片機(jī)的寄存器，定時(shí)器的工作方式以及工作端口的工作狀態(tài)而設(shè)定的。系統(tǒng)再初始化之后，進(jìn)行定時(shí)器中斷，夕卜部中斷，顯示等工作，不同的外部硬件根據(jù)程序控制實(shí)現(xiàn)不同的功能。流程如圖8所示。
定時(shí)器的中斷服務(wù)程序是由輸入計(jì)時(shí)，按鍵檢測(cè)，有沒有測(cè)量信號(hào)判斷等部分組成的。當(dāng)?shù)谝淮伟聪聲r(shí)間按鈕時(shí)，定時(shí)器中斷開始執(zhí)行的時(shí)候。再次按下時(shí)間按鈕，就可以測(cè)得剛才那段時(shí)間的脈搏數(shù)，以及中間間隔的時(shí)間。同時(shí)可以按復(fù)位測(cè)量鍵就可以重復(fù)測(cè)量了。流程如圖9所不。外部中斷程序完成了對(duì)外部的信號(hào)的測(cè)量和計(jì)算之后，外部的中斷采取了邊沿觸發(fā)的方式，當(dāng)處于測(cè)量狀態(tài)的時(shí)間，來一個(gè)脈沖就增加1，由單片機(jī)內(nèi)部控制時(shí)間通過計(jì)算得出一分鐘的脈搏數(shù)，流程如圖10所示。綜上所述，本實(shí)用新型所涉及的基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量儀使用時(shí)，探測(cè)器部分不傾入人體，對(duì)人體不造成損傷；同時(shí)因?yàn)楸苊饬私佑|人體被污染而提高了精度。
權(quán)利要求1.基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量儀，其特征在于包括封裝在殼體內(nèi)的單片機(jī)、信號(hào)采集電路、數(shù)碼顯示器、復(fù)位電路、電源電路、報(bào)警電路；所述信號(hào)采集電路、數(shù)碼顯示器、復(fù)位電路、電源電路、報(bào)警電路分別與單片機(jī)連接； 其中:所述信號(hào)采集電路包括依次連接的光電傳感器、放大電路、濾波電路，所述光電傳感器的光接收部位與人體接觸，所述濾波電路輸出端接單片機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量儀，其特征在于所述脈搏測(cè)量儀還包括倒向電路；所述倒向電路的輸入端接濾波電路的輸出端，輸出端接單片機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量儀，其特征在于所述單片機(jī)為STC89C52 芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量儀，其特征在于所述數(shù)碼顯示器為LCD1602 芯片。
專利摘要本實(shí)用新型涉及脈搏測(cè)量儀，尤其是基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量儀。所述基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量儀包括封裝在殼體內(nèi)的單片機(jī)、信號(hào)采集電路、數(shù)碼顯示器、復(fù)位電路、電源電路、報(bào)警電路；信號(hào)采集電路、數(shù)碼顯示器、復(fù)位電路、電源電路、報(bào)警電路分別與單片機(jī)連接；信號(hào)采集電路包括依次連接的光電傳感器、放大電路、濾波電路。本實(shí)用新型所涉及的基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量儀使用時(shí)，探測(cè)器部分不傾入人體，對(duì)人體不造成損傷；同時(shí)因?yàn)楸苊饬私佑|人體被污染而提高了精度。
文檔編號(hào)A61B5/0245GK202981987SQ20122070782
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者楊鎮(zhèn)博, 張加宏, 張思俊 申請(qǐng)人:楊鎮(zhèn)博, 張加宏, 張思俊