摘 要：智能脈搏檢測儀電路包括采集電路，低通濾波電路，放大整形電路，單片機電路和顯示電路。脈搏信號需要經(jīng)過采集電路轉(zhuǎn)化為電信號；經(jīng)過低通濾波電路，濾除夾雜在脈搏信號中的高頻信號；然后經(jīng)過放大電路進行放大，整形電路進行整形，最后連接到STC89C52芯片的IO接口，由數(shù)碼顯示器接收并輸出數(shù)據(jù)。本檢測儀制作完成后，經(jīng)過測試，能夠檢測出脈搏，并且工作狀態(tài)穩(wěn)定，具有巨大的應(yīng)用價值和廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：光電式傳感器；STC89C52芯片；脈搏；檢測

社會快節(jié)奏的生活，是心臟病的發(fā)病率逐漸上升的重要原因，很多的心臟病人突發(fā)心臟病而來不及求救導(dǎo)致死亡，可知心臟病已經(jīng)是非常嚴重的健康問題。心臟病死亡原因主要是沒有及時發(fā)現(xiàn)身體指標的變化，如果可以研究出隨時可以檢測身體指標的儀器，就可以有效防止這種慘劇的發(fā)生。我們知道，脈搏是攜帶生理信息的，隨時檢測脈搏就可以隨時檢測自己身體的指標。智能脈搏檢測儀智能之處是采取借助光電式傳感器的方法，采集信號過程比較方便，采集時間從一分鐘減少到十秒鐘，從而可以縮小檢測過程的誤差，提高檢測脈搏的精確和速度?，F(xiàn)如今智能脈搏檢測儀在醫(yī)療市場占據(jù)了不可或缺的位置，具有很高的醫(yī)學價值。本次智能脈搏檢測儀的設(shè)計，提出設(shè)計思路，完成電路設(shè)計，焊接實物，研究和分析其優(yōu)劣之處，取長補短，制作出一個真正利民的智能脈搏檢測儀。

1 設(shè)計方案

如圖1所示，智能脈搏檢測儀的設(shè)計電路包括信號采集電路，低通濾波電路，放大整形電路，單片機電路和數(shù)碼顯示電路。

信號采集電路把脈搏信號轉(zhuǎn)化成電信號，脈搏信號能量的變化產(chǎn)生電動勢，低通濾波電路把脈搏信號攜帶的高頻信號濾除，輸出后的電信號比較微弱，不是穩(wěn)定規(guī)律的脈沖信號，需要對其放大整形，信號經(jīng)過放大整形電路得出幅度較高的輸出信號，并且脈沖信號比較規(guī)律、完整和穩(wěn)定，信號經(jīng)過一些列電路后連接到STC89C52芯片的IO接口，STC89C52芯片接外部晶振可以實現(xiàn)定時功能，利用單片機時鐘進行計數(shù)，隨即數(shù)碼顯示器接收并讀出數(shù)據(jù)。

2 單元電路的設(shè)計

2.1脈搏采集電路

脈搏信號極其微弱，振動幅度非常有限，在采集脈搏信號過程中，脈搏信號會受到高頻信號和噪聲信號的干擾，所以采用光電式傳感器。根據(jù)脈搏的跳動特點，在采集數(shù)據(jù)之前需要判斷采集數(shù)據(jù)的頻率即采樣頻率，這樣做有利于單片機系統(tǒng)設(shè)置時鐘。

如圖2所示，采集電路由發(fā)光二極管，光電三極管，電阻和電源組成，當沒有信號通過時，發(fā)光二極管不工作，沒有信號輸出，當有信號通過時，發(fā)光二極管發(fā)光，光電三級管工作，有信號輸出，根據(jù)光電式傳感器的工作原理就可以采集到脈搏信號。

2.2低通濾波電路

脈搏信號采集成功，但是輸出的信號中夾雜著高頻信號和噪聲，而且高頻信號干擾最為嚴重，所以需要設(shè)計一個低通濾波電路。低通濾波電路的設(shè)計如圖3所示，電路由電容和電阻組成，電容C1是電解電容，電解電容的作用是有效防止電壓因為負載變化而變化和低頻信號損失，并聯(lián)電容C2和電容C3的作用是阻高頻通低頻，脈搏信號經(jīng)過電容C2和電容C3后，夾雜在其中的高頻信號被濾除。

2.3放大整形電路

由于輸出的脈搏信號夾雜著低頻干擾信號和噪聲，仍然有不規(guī)則的脈沖信號存在，因此設(shè)計一個放大整形電路，如圖4所示。

放大整型電路由運算放大器，電阻，電容和發(fā)光二極管組成。運算放大器分別是放大器U1：A和放大器U1：B。當沒有輸入信號時，兩個集成運算放大器不工作，發(fā)光二極管斷路不發(fā)光。當有信號輸入時，第一級放大電路為同相放大電路，放大倍數(shù)為Av1=1+R7/R6，第二級放大電路根據(jù)虛短虛斷原理，放大倍數(shù)為Av2=1+R10/R9。電阻R8和電阻R9對電源電壓起分壓作用，讓其在第二級放大電路的同相端放大一個直流信號，所以第二輸出端的輸出信號有直流信號和交流信號。當?shù)诙敵龆溯敵龅男盘栕兓瘯r，發(fā)光二極管兩端壓降不同，所以發(fā)出的光信號不同。

2.4數(shù)碼顯示電路

數(shù)碼顯示電路如圖5所示，STC89C52芯片與LCD1602液晶顯示器引腳相連接，STC89C52芯片的P0口作為數(shù)據(jù)線與LCD1602液晶顯示器D0～D7雙向數(shù)據(jù)輸入輸出管腳相連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。STC89C52芯片的P0口需要外接上拉電路，使其高電平有效。STC89C52芯片的P1.0引腳、P1.1引腳和P1.2引腳分別作為LCD1602液晶顯示器的RS（寄存器選擇）管腳、RW讀寫操作管腳和EN（使能端）。

2.5單片機時鐘電路

如圖6所示，單片機的時鐘電路由外部晶振和電容組成，X1為外部晶振，C1取值為10μF，C2取值為10μF。外部晶振連接在STC89C52芯片的XTAL1引腳與XTAL2引腳之間，實現(xiàn)定時功能。電容C1和電容C2阻隔直流通過交流，使得外部晶振的電壓值不會下降到0值，時鐘頻率設(shè)置為12MHz。

2.6單片機復(fù)位電路

復(fù)位是單片機的初始化工作，復(fù)位后中央處理器CPU及單片機內(nèi)的其他功能部件都處在初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。

如圖7所示，設(shè)計的復(fù)位電路由開關(guān)，電解電容和電阻組成。R12的阻值比較大，連接在RST復(fù)位引腳與地之間，使得電壓值不會下降到0值。當開關(guān)打開時，電源電壓給電解電容充電，復(fù)位電路不工作，當開關(guān)閉合時，點解電容放電，給復(fù)位電路提供電能。

3 實物制作與數(shù)據(jù)分析

（1）制作過程

首先利用Proteus（電路仿真軟件）畫出電路圖，分析電路工作原理，同時得出PCB原理圖，根據(jù)PCB原理圖圖進行實物焊接，然后，在電路板上開始焊接，在焊接之前需要把元器件擺放好，有一個大體的位置，焊接的方法是一個模塊接連一個模塊的焊接，要注意各個插座的穩(wěn)定性，因為元器件的管腳都比較長，可以當做導(dǎo)線使用。再次，焊接完成后，需要對STC89C52芯片燒錄程序。最后，最關(guān)鍵的一步是進行系統(tǒng)調(diào)試，脈搏信號經(jīng)過采集電路和低通濾波電路后，輸出端有幅度很小的脈沖信號，經(jīng)過放大整形電路后，脈沖輸出信號的幅度不是很大，需要增大信號的放大倍數(shù)。設(shè)計的實物圖如圖8所示。

（2）數(shù)據(jù)分析

利用制作好的脈搏測量儀對四個不同測試者的脈搏進行測試，測試的脈搏數(shù)據(jù)，如表1所示。其中實際脈搏數(shù)是一分鐘測得的脈搏數(shù)，脈搏數(shù)據(jù)比較精確，測量次數(shù)1、2、3、4是不同的四人在不同時間利用智能脈搏檢測儀測量的脈搏數(shù)據(jù)，可以看出智能脈搏檢測儀測量出的數(shù)據(jù)與實際脈搏數(shù)據(jù)有一定差距，存在系統(tǒng)誤差，但是誤差存在是必然的，不會影響智能脈搏檢測儀的使用。

總之，本次設(shè)計的智能脈搏測量儀有如下優(yōu)點：一是光電式傳感器，它不會對肌膚造成傷害，采集方式是無創(chuàng)式采集。二是采用兩個運算放大器，它可以提供足夠大的放大倍數(shù)，并且可以有效防止電路失真，適用模式范圍比較廣泛。三是采用LCD1602液晶顯示器，它的接口線較多，可以顯示更多文字和圖形，并且顯示多樣比較清晰，性格比較高。

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作者簡介：

宋晗哲（1999.7--），男，漢，衡水第一中學。