在对接触式传感器的研究，利 用此类传感器所研制的指脉耳脉等测量仪各有其优缺点。指脉测量比较方便 简单，但因为手指上汗腺较多，指夹常年使用，污渍会使测量灵敏度下降耳脉 测量比较干净，传感器使用环境污染少，易维护，但耳脉较弱，尤其是当季节变 化时，所测信号易受环境温度影响，造成测量结果不准确。过去在医院临床监 护和中老年保健中出现的日常监护仪器，如便携式电子血压计，可以完成心率的 测量，但是这种便携式电子血压计利用微型气泵加压橡胶气囊，每次测量都需要 个加压和减压的过程，存在体积庞大加减压过程造成不适心率检测的精确 度低等缺点。 近年来国内外致力于开发无创非接触式传感器，这类传感器的重要特征是测 量探测部分不侵入机体，不会造成机体创伤，能够自动消除系统误差，测量精度 高，通常在体表间接测量人体的生理和生化参数。 人体心室周期性的收缩和舒张引起主动脉的收缩和舒张，是血压以波的形式 从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波成为心率波。从心率波中提 取人体的病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到了中外医学界的重视。 心率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病理的血流特征，因此对心率 波采集和处理具有很高的医学价值和应用前景。但人体的生物信号多属于强噪 声背景下的低频弱信号，心率波信号更是低频微弱的非电生理信号，因此必需经 过放大和滤波以满足采集的要求。 第章心率监测系统结构 心率监测系统的设计，必须是通过采集人体心率变化引起的些生物信号， 然后把生物信号转化为物理信号，使得这些变化的物理信号能够表达人体的心率 变化，最后要得出每分钟的心跳次数，就需要通过相应的硬件电路及芯片来处理 物理变化并存储心跳次数。 系统结构 光电式心率监测系统是利用光电传感器作为变换原件，把采集到的用于检测心 脏跳动的红外光转换成电信示器的公共端为发光二极管的阳极，通常接 电源，当发光二极管的阴极为低电平时，发光二极管点亮。 本设计中采用的是位七段共阳极数码管显示器，共具有个引脚，个 位选端，个字选端。图中所示，是位选端是字选端。 内部结构如图所示。 图位数码管引脚分布图 毕业设计论文 题目心率监测系统设计 姓名陈园园 学号 专业班级通信工程班 指导教师应蓓华 分院信息工程与工程分院 完成日期年月日 宁波理工学院 摘要 心率是指单位时间内心脏跳动的次数，般指每分钟的心跳次数，是临床常规 检查的生理指标。心率监测系统在我们的日常生活中已经得到了非常广泛的应用。 在医学上，通过测量人的心率，便可初步判断人的健康状况。本课题设计完成了 个基于单片机的心率监测系统。系统以单片机为核心，以红外发光二 极管和光敏三极管为传感器，利用单片机系统内部定时器来计算时间，由光敏三 极管感应心跳脉冲，单片机通过脉冲累加得到心脏跳动次数，在数码管上显示心 跳次数和时间。系统实现了心率的实时监测与显示定时测量以及报警提醒等功 能。实验结果表明，系统工作正常，测量灵敏度高，实现了设计功能。 关键词心率监测单片机光电传感器 ， 第章总结与展望 参考文献 附录 致谢 第章概述 选题的背景和意义 心率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。 心率携带有丰富的人体健康状况信息。自我国最早的脉学专著脉经问世 以来，脉学理论得到不断发展和提高。在中医四诊望闻问切中，脉诊具有 非常重要的位置。它是我国传统医学中最具特色的项诊断方法，历史悠久，内 容丰富，是中医整体观念辨证论证基本精神的体现与应用。脉诊作为绿 色无创诊断的手法，得到了中外人士的关注。但由于中医是靠手指获取心率信 息，虽然脉诊具有简便无创无痛的特点易为患者接受，然而在长期的医疗实 践中也暴露出些缺陷。 进入世纪以来，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。 医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟心跳数，方法是用听 诊器放在胸口处，根据心脏的跳动进行计数。为了节省时间，般不会作分钟 的测量，通常是测量秒内的心跳数，再把结果乘以得到每分钟的心跳数，这 样做还是比较费时，而且精度也不高。为了提高心率测量的精确性与速度，多种 心率监测仪被运用到医学上来，从而开辟了条全新的医学诊断方法。 随着国民经济的不断发展，人们生活水平不断提高，健康已成了人们关注的 焦点和追求的目标。参加锻炼无疑是保持健康的最佳方法，但很多人急于求成， 往往适得其反，达不到锻炼的效果，甚至可能对身体造成定程度的伤害。目前 市场上单纯的跑步计步器不能同时监测人体生理参数并实时显示，反馈给锻炼者。 心率监测仪是种可对跑步者跑步等各种身体运动心率参数进行实时监测的仪 器，并能将实时监测的心率参数显示出来。目前心率监测仪在多个领域被广泛 应用，除了应用于医学领域，如无创心血管功能检测妊高症检测中医脉象 脉率检测等等，商业应用也不断拓展，如运动健身器材中的心率测试都用到了 技术先进的心率监控仪。 心率监测系统的发展 目录 摘要 第章概述 选题的背景和意义 心率监测系统的发展与应用 第章心率监测系统结构 系统结构 工作原理 第章硬件系统设计 控制器 简介 的特点 的结构 心率信号取样 光电传感器的原理 光电传感器的结构 光电传感器检测原理 信号取样电路 信号放大电路 放大器 低通放大电路 波形整形电路 单片机控制电路 显示电路 的结构及工作原理 数码管的显示方式 报警电路 硬件系统原理 第章软件系统设计 主程序流程 中断程序流程 显示程序流程 第章系统干扰分析及处理措施 干扰分析 环境光干扰及处理措施 电磁干扰及处理措施 测量过程中运动噪声干扰及处理措施 第章系统测试结果 硬件调试 系统测试 误差分析 在红 外光照射下能产生电能，它的特性是将光信号转换为电信号。在本设计中，红外 接收三极管和红外发射二极管相对摆放以获得最佳的指向特性。 从光源发出的光除了被手指组织吸收以外，部分由血液漫反射返回，其余部 分透射出来。光电式心率传感器按照光的接收方式可分为透射式和反射式两种。 其中透射式的发射光源与光敏接收器件的距离相等并且对称布置，这种方法可较 好地反映出心律的时间关系。因此本系统采用了指套式的透射型光电传感器，实 现了光电隔离，减少了对后级模拟电路的干扰。结构如图所示。 图透射式光电传感器 光电传感器检测原理 随着心脏的跳动，人体组织半透明度随之改变当血液送到人体组织时，组 织的半透明度减小，当血液流回心脏，组织半透明度则增大这种现象在人体组 织较薄的手指尖耳垂等部位最明显。因此本设计将红外发光二极管产生的红 外线照射到人体手指部位，经过手指组织的反射和衰减由装在该部位旁边的光敏 三管来接收其透射光并转换成电信号。由于手指动脉血在血液循环过程中呈周期 性的脉动变化，所以它对光的反射和衰减也是周期性脉动，于是红外接收三极管 输出信号的变化也就反映了动脉血的脉动变化。只要把此电信号转换成脉冲并进 行整形计数和显示，即可实时的测出心脏跳动的次数。 信号取样电路 硬件电路中，关键部分在于心率信号的检测。系统采用红色发光二极管和硫 化镉光敏电阻组成透射遮光指套式光电传感器。红色发光二极管稳定性好，遮光 指套式的装置减少了外界光的干扰，只需将待测手指插入，便可进行测量测试 时，被测手指正好处在发光二极管和光敏电阻之间，这样来，光敏电阻的阻值 便将随着手指的血容量的变化而变化。 心率信号取样电路如图所示，是红外发射和接收装置，由于红外发射 二极管中的电流越大，发射角度越小，产生的发射强度就越大，所以对阻值 的选取要求较高。选择同时也是基于红外接收三极管感应红外光灵敏度 考虑的。过大，通过红外发射二极管的电流偏小，红外接收三极管无法区别有 心跳和无心跳时的信号。反之，过小，通过的电流偏大，红外接收三极管也不 能准确地辨别有心跳和无心跳时的信号。 硬件系统是通过检测指尖来采取脉搏信号，从而得到心率信号路抗干扰能力。经过对强弱心率信号的 测试和统计分析可以将其阈值确定。整形电路如图所示，是个电压比较 器，构成个微分器，和组成单稳态多谐振荡器，其脉 宽由决定。的输出信号波形如图经的微分后总是将 正负相间的尖脉冲波形如图加到单稳态多谐振荡器的反向输入端， 不会造成很大的触发误差，因此稍微调节下即可将该比较器的阀值电压控制 在正弦波的幅值范围内。 当检测到输入信号时，在比较器输入信号的每个后沿到来时输出高电平， 使通过充电。大约持续之后，因充电电流减小而使同相 输入端的电位降低到低于反相输入端的电位，于是改变状态并再次输出低电 平。脉冲高电平与心