简单心率计的设计与实现
摘要
本设计主要采用arduino单片机芯片和Pulse Sensor集成化光电式脉搏传感器实现心跳信号采集，信号处理，脉搏计数等功能，因此体积小，功耗低，系统稳定性高。整个电路采用模块化设计，由传感器，单片机，显示屏，电源等四个模块组成。传感器的信号经单片机AD采集，综合分析处理，在显示屏上实现心跳波形显示、心率测量的功能。
在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件电路的连接和调试，软件的编写实现了各个功能模块的正常运行，也得以使本家用数字心率计完美完成。显示被测人的心跳波形、心率参数、剩余电量等。
关键词： 单片机 , 脉搏传感器 ,心率计
Design and implementation of a simple heart rate meter
Abstract
This design uses arduino microcontroller chips and Pulse Sensor integrated photoelectric pulse sensor to achieve the heartbeat signal acquisition, signal processing, pulse counting and other functions, so a small size, low power consumption, high system stability. The entire circuit modular design consists of four modules sensor, microcontroller, display, power supply and other components. Sensor signal by the microcontroller AD acquisition, comprehensive analysis processing, on Nokia5110 heartbeat waveform display, heart rate measurement function.
On this basis, the overall design scheme of the system, through the preparation of the final hardware circuit connection and commissioning software to achieve the proper operation of each module, but also to make the perfect home digital heart rate monitor is completed. Shows the measured waveform human heartbeat, heart rate parameters, the remaining power and so on.
Key words：Single chip microcomputer, pulse sensor, heart rate meter
目 录
1 绪论 1
1.1研究的背景与意义 1
1.2 主要实现的功能 2
2 系统方案 3
2.1心率计原理 3
2.2 心率测试方法 3
2.3 医学常识 4
2.4 脉搏波形 5
3 系统硬件设计 7
3.1传感器 7
3.1.1传感器介绍 7
3.1.2传感器的选择与论证 7
3.1.3 Pulse Seneor集成化光电式脉搏传感器 8
3.2单片机 10
3.2.1信号处理方案选择和论证 10
3.2.2单片机的选择 11
3.2.3 arduino单片机 12
3.3显示屏 14
3.3.1显示模块的选择和论证 14
3.3.2显示电路 15
3.4按键 16
3.5锂电池电路 16
3.5.1锂电池充电电路 17
3.5.2锂电池TP4057 17
3.6电源电路 18
4 系统硬件调试 20
4.1几种主要系统干扰与影响 20
4.1.1 阳光的干扰 20
4.1.2 测量过程中手指的抖动 20
4.1.3 呼吸的影响 20
4.2测试过程中的调试 21
5 系统软件设计 22
5.1程序流程图 22
5.2记录心跳次数程序 24
5.3电压转电量程序 25
6 总结 27
参考文献 28
致谢 29
附录 30
1 绪论
1.1研究的背景与意义
伴随着全球科技与经济的飞速发展与进步，关爱生命与健康已成为人类的共同追求。心脑血管疾病是危害人类生命和健康的最主要疾病。每年因心脑血管疾病致死的人数位居死亡总数的首位，耗费的医疗费用居高不下，给家庭和社会造成巨大负担。近年来，犹豫饮食不合理、生活节奏加快等原因，心脑血管疾病的发病率更是呈逐年上升的趋势。如何科学的降低心脑血管疾病的发病率和死亡率，有效的减轻心脑血管疾病带来的社会和家庭负担，已成为全社会所面临的一个十分严峻的问题。
今天，越来越多的人已认识到健康的生活方式和疾病预防的重要性，对拥有日常家庭化和个性化的健康监测和疾病预防手段的需求也日益增大。在脉搏波研究方面，国内外已经出现了众多的技术和理论，基于现代医学技术，利用脉搏波对人体心血管健康进行无创检测的方法和仪器不断涌现。现在的任务是要对脉搏波的检测分析及对心血管健康检测应用方面做进一步研究，研制一种面向家庭和社区医疗的服务的，能够对人体动脉硬化的程度和其他心血管健康状况进行无创检测的仪器，让更多的人对自己的心血管健康状态进行及时的了解，对心血管疾病能够及早的发现和进行预防。
基于上述的现状和背景，不难发现：心血管功能检测新技术、新方法的研究以及心血管功能监测类家用电子医疗保健仪器的开发已刻不容缓。它不仅能满足当前的医疗保健急需，也能为维持和发展我国家用数字医疗事业，为推行实施国家“家庭医疗保健工程”做出积极和长久的贡献。
自上世纪80年代以来，基于血流动力流变学和弹性腔理论的无创伤血管功能检测方法的研究逐渐受到广泛的关注。很多不同学科的研究员与医学家合作，研究出各种应用型人体心率传感器，有单部、三部、液态水、子母式单点，多点，气压式、硅杯式、软性接触式、刚性接触式等，组成脉搏传感器的主要部件有压电警惕、单晶硅、陶瓷应变片、光敏组件、pvdf压电薄膜等，其中以单部单点应变片式应用最为广泛。
到目前，用于评价大动脉的结构和方法已有很多。血管造影和其他造影技术等有创方法可精确评价动脉管腔或分心动脉壁结构。但是这些方法操作复杂，费用高昂，需要非常精密的技术设备，限制了其只能在大型临床研究中应用，另外，还有一些其他的无创方法，这些主要根据超声波技术和计算机分析图像和超声信号，来研究某些动脉轴和位点的功能和结构，这些相对复杂的技术仅用于某些临床研究实验室。在无创方法中，脉搏波速度的检测已经在较长时间内广泛应用于评价动脉壁扩张性和硬度。该方法无创伤，操作简单、结果准确、重复性好，因此被广泛应用于大型治疗和流行病学研究当中，并且，该方法非常适合于向家庭和社区医疗服务推广。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等就是利用此种方法，并在欧美国家得到广泛的普及，国内也有医院引进了这种设备，但是价格昂贵。国内也有多家单位开始了此类设备的研究，在2007年，也有类似的产品相继上市。但是，这些仪器均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，不能满足患者随时随地检测的需要。
1.2 主要实现的功能
本设计是在一种以使用方便为前提，能够快速测出人心率的心率计，主要针对于个人，家用。能够随身携带，带有电池，可以充电。心率计设有显示器，会在15秒钟内显示被测人的心率参数，心率传感器要求套在手指测量。
通过开关按键开始，显示器上出现心律波动图，15秒后，直接显示心律数值。
整个电路采用模块化设计，由传感器，单片机，显示屏三个模块组成。传感器的信号经单片机综合分析处理，实现心率测量的功能。在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。
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