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脈搏 壓電傳感器：壓電傳感器SC0073脈搏測量儀設計★解析.doc

大連民族學院機電信息工程學院
自動化系
單片機系統課程設計報告
題   目： 脈搏測量儀設計目   錄
1任務分析和性能指標 1
1.1任務分析 1
1.2性能指標 1
2總體方案設計 2
2.1硬件方案 2
2.1.1傳感器 2
2.1.2 信號處理 2
2.1.3 單片機 2
2.1.4 電源 2
2.2軟件方案 2
3硬件設計與實現 4
3.1前置放大電路 4
3.2二階有源濾波電路 4
3.3波形整形電路 5
3.4單片機接口電路 6
4軟件設計與實現 7
4.1 主程序 7
5 調試及性能分析 8
5.1  調試分析 8
總  結 9
參考文獻 10
附錄1 元器件清單 11
附錄2 調試系統照片 12
附錄3源代碼 13
1任務分析和性能指標
1.1任務分析
醫院的護士每天都要給住院的病人把脈記錄病人每分鐘脈搏數，方法是用手按在病人腕部的動脈上，根據脈搏的跳動進行計數。為了節省時間，一般不會作1分鐘的測量，通常是測量10秒鐘時間內心跳的數，再把結果乘以6即得到每分鐘的心跳數，即使這樣做還是比較費時，而且精度也不高。為了提高脈搏測量的精確與速度，多種脈搏測量儀被運用到醫學上來，從而開辟了一條全新的醫學診斷方法。
隨著科學技術的發展，脈搏測量技術也越來越先進，對脈搏的測量精度也越來越高，國內外先后研制了不同類型的脈搏測量儀，而其中關鍵是對脈搏傳感器的研究。
動態微壓傳感器是一種高性能、低成本的壓電式小型壓力傳感器，產品采用壓電薄膜作為換能材料，動態壓力信號通過薄膜變成電荷量，在經傳感器內部放大電路轉換成電壓輸出。該傳感器具有靈敏度高，抗過載及沖擊波能力強，抗干擾性好、操作簡便、體積小、重量輕、成本低等特點，廣泛應用于醫療、工業控制、交通、安全防衛等領域。但人體的生物信號多屬于強噪聲背景下的低頻的弱信號, 脈搏波信號更是低頻微弱的非電生理信號,因此必需經過放大和后級濾波以滿足采集的要求。
1.2性能指標
系統能準確測量人的脈搏次數，一分鐘誤差不超過1次，有直觀的顯示系統。系統要求有自己設計電路部分。

2總體方案設計
2.1硬件方案
本系統主要由動態微壓傳感器、脈搏信號調理模塊、51單片機組成。其中模塊信號調理模塊包括信號低通濾波電路、基于LM358的信號放大電路、基于LM339的信號整形電路。
2.1.1傳感器
SC0073脈搏傳感器，該傳感器采用壓電復合材料作為換能元件，信號通過特殊的匹配層傳遞到換能元件上變成電荷量，再經傳感器內部放大電路轉換成電壓信號輸出。該傳感器是一種高性能低成本的振動傳感器，具有靈敏度高、頻率響應范圍寬、抗過載及沖擊能力強、抗干擾性好、操作簡便等特點。通過測試該型號傳感器性能基本滿足條件。
2.1.2 信號處理
由于從傳感器輸出的脈搏信號十分微弱而且有用信號容易淹沒在噪聲信號中，因此需要對采集到的原始脈搏信號進行放大和濾波等處理即向傳感器、信號處理、單片機提供的電源，可以是5-V直流的電源。2.2軟件方案
統主程序控制單片機系統按預定的操作方式運行, 它是單片機系統程序的框架。系統上電后,對系統進行初始化。初始化程序主要完成對單片機內專用寄存器、定時器工作方式及各端口的工作狀態的設定。系統初始化之后, 進行定時器中斷、外部中斷、顯示等工作，不同的外部硬件控制不同的子程序
圖3.4.1單片機接口電路
信號處理后的電路接到單片機P3.0口，同過軟件查詢方式來對脈搏信號進行計數。數據處理后送給數碼管顯示。數碼管采用靜態顯示方式，提高顯示亮度。
4軟件設計與實現
4.1 主程序
圖2.2.1主程序流程圖
5 調試及性能分析
5.1  調試分析
由于程序調試是否成功，這是關鍵的一步，因為單純的硬件無法實現預期的目的。因此，對程序的調試就同樣重要。調試這階段發生過的故障如：子程序在運行時破壞現場，緩沖單元發生沖突，零位的建立和清除在設計上有失誤，堆棧區域有溢出等問題。采用單步運行方式和斷點運行方式對每個子程序進行調試，單步和斷點調試后，再進行連續調試，這是因為單步運行只能驗證該子程序的正確與否，而不能確定定時精度、CPU的實時響應等問題。待全部完成后，應反復運行多次觀察。
總  結
本設計主要是51單片機在脈搏測試系統中的應用。重點介紹了單片機的最
小系統，通過單片機最小系統實現了脈搏的測量系統，由傳感器采集到脈沖信號，經過信號的濾波、放大和整形電路將輸出的信號通過單片機的外部中斷獲取并最終在數碼管上顯示。利用單片機自身的定時中斷、外部中斷、計數等功能，不僅能顯示出此次脈搏測量的次數，還能自動儲存這個數據。
本次所設計的測量儀系統實現簡單、功能穩定、使用方便，應用廣泛，具
有實際意義。由于時間比較短，同時本人掌握的知識有限，本次設計雖已完成

脈搏 壓電傳感器：壓電脈搏傳感器

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