何奕飛

【摘要】脈搏測(cè)量?jī)x在我們的日常生活中已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。為了提高脈搏測(cè)量?jī)x的簡(jiǎn)便性和精確度，本課題設(shè)計(jì)了一種基于51單片機(jī)的脈搏測(cè)量?jī)x。系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)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(jī)系統(tǒng)內(nèi)部定時(shí)器來(lái)計(jì)算時(shí)間，由光敏三極管感應(yīng)產(chǎn)生脈沖，單片機(jī)通過(guò)對(duì)脈沖累加得到脈搏跳動(dòng)次數(shù)，時(shí)間由定時(shí)器定時(shí)而得。系統(tǒng)運(yùn)行中能顯示脈搏次數(shù)和時(shí)間，系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，能夠顯示總的脈搏次數(shù)和時(shí)間。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)工作正常，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

【關(guān)鍵詞】脈搏測(cè)量?jī)x;AT89C51單片機(jī);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(wèn)、切）中，脈診占有非常重要的位置。脈診是我國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中最具特色的一項(xiàng)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(yīng)用。脈診作為“綠色無(wú)創(chuàng)”診斷的手段和方法，得到了中外人士的關(guān)注。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，脈搏測(cè)量技術(shù)也越來(lái)越先進(jìn)，對(duì)脈搏的測(cè)量精度也越來(lái)越高，國(guó)內(nèi)外先后研制了不同類(lèi)型的脈搏測(cè)量?jī)x，而其中關(guān)鍵是對(duì)脈搏傳感器的研究。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外致力于開(kāi)發(fā)無(wú)創(chuàng)非接觸式的傳感器，這類(lèi)傳感器的重要特征是測(cè)量的探測(cè)部分不侵入機(jī)體，不造成機(jī)體創(chuàng)傷，能夠自動(dòng)消除儀表自身系統(tǒng)的誤差，測(cè)量精度高，通常在體外，尤其是在體表間接測(cè)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(guò)對(duì)手指末端透光度的監(jiān)測(cè)，間接檢測(cè)出脈搏信號(hào)。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)損傷、精度高、可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)光電式脈搏傳感器所研制的脈搏測(cè)量?jī)x已經(jīng)應(yīng)用到臨床醫(yī)學(xué)等各個(gè)方面并收到了理想效果。

二、脈搏測(cè)量?jī)x系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

光電脈搏測(cè)量?jī)x是利用光電傳感器作為變換原件，把采集到的用于檢測(cè)脈搏跳動(dòng)的紅外光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，用電子儀表進(jìn)行測(cè)量和顯示的裝置。本系統(tǒng)的組成包括光電傳感器、信號(hào)處理、單片機(jī)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(guān)系（通常是線性關(guān)系）轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的物理量（如電壓、電流或頻率等）輸出。

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

3. 單片機(jī)電路。即利用單片機(jī)自身的定時(shí)中斷計(jì)數(shù)功能對(duì)輸入的脈沖電平進(jìn)行運(yùn)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(jī)計(jì)算得出的結(jié)果用液晶器來(lái)顯示，便于直接準(zhǔn)確無(wú)誤的讀出數(shù)據(jù)。

5. 電源。即向光電傳感器、信號(hào)處理、單片機(jī)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(shè)計(jì)采用單片機(jī)AT89C51為控制核心，實(shí)現(xiàn)脈搏測(cè)量?jī)x的基本測(cè)量功能。脈搏測(cè)量?jī)x硬件框圖如下圖 所示：

當(dāng)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(dòng)，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(qiáng)度發(fā)生變化，因此和心跳的節(jié)拍相對(duì)應(yīng)，紅外接收三極管的電流也跟著改變，這就導(dǎo)致紅外接收三極管輸出脈沖信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)放大、濾波、整形后輸出，輸出的脈沖信號(hào)作為單片機(jī)的外部中斷信號(hào)。單片機(jī)電路對(duì)輸入的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理后把結(jié)果送到液晶屏顯示。

四、光電脈搏測(cè)量?jī)x的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的脈搏測(cè)量?jī)x相比，光電式脈搏測(cè)量?jī)x具有以下特點(diǎn)：1. 測(cè)量的探測(cè)部分不侵入機(jī)體，不造成機(jī)體創(chuàng)傷，通常在體外。2. 傳感器可重復(fù)使用且速度快，精度高。3. 測(cè)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(zhǎng)、維修方便。5. 由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此體積小、重量輕、性?xún)r(jià)比優(yōu)越。6. 測(cè)量的有效范圍為50次-199次/分鐘。;

五、實(shí)物圖

本次所設(shè)計(jì)的測(cè)量?jī)x系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、功能穩(wěn)定、使用方便，應(yīng)用廣泛，具有實(shí)際意義。此次設(shè)計(jì)的測(cè)量?jī)x功能比較單一，沒(méi)有如語(yǔ)音系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)讀出脈搏次數(shù)等人性化功能，且在設(shè)計(jì)過(guò)程中使用的運(yùn)放數(shù)量也較多，加大了電源管理的復(fù)雜度。