脉搏 压电传感器：压电传感器SC0073脉搏测量仪设计★解析.doc

大连民族学院机电信息工程学院
自动化系
单片机系统课程设计报告
题   目： 脉搏测量仪设计目   录
1任务分析和性能指标 1
1.1任务分析 1
1.2性能指标 1
2总体方案设计 2
2.1硬件方案 2
2.1.1传感器 2
2.1.2 信号处理 2
2.1.3 单片机 2
2.1.4 电源 2
2.2软件方案 2
3硬件设计与实现 4
3.1前置放大电路 4
3.2二阶有源滤波电路 4
3.3波形整形电路 5
3.4单片机接口电路 6
4软件设计与实现 7
4.1 主程序 7
5 调试及性能分析 8
5.1  调试分析 8
总  结 9
参考文献 10
附录1 元器件清单 11
附录2 调试系统照片 12
附录3源代码 13
1任务分析和性能指标
1.1任务分析
医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数，方法是用手按在病人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数。为了节省时间，一般不会作1分钟的测量，通常是测量10秒钟时间内心跳的数，再把结果乘以6即得到每分钟的心跳数，即使这样做还是比较费时，而且精度也不高。为了提高脉搏测量的精确与速度，多种脉搏测量仪被运用到医学上来，从而开辟了一条全新的医学诊断方法。
随着科学技术的发展，脉搏测量技术也越来越先进，对脉搏的测量精度也越来越高，国内外先后研制了不同类型的脉搏测量仪，而其中关键是对脉搏传感器的研究。
动态微压传感器是一种高性能、低成本的压电式小型压力传感器，产品采用压电薄膜作为换能材料，动态压力信号通过薄膜变成电荷量，在经传感器内部放大电路转换成电压输出。该传感器具有灵敏度高，抗过载及冲击波能力强，抗干扰性好、操作简便、体积小、重量轻、成本低等特点，广泛应用于医疗、工业控制、交通、安全防卫等领域。但人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频的弱信号, 脉搏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后级滤波以满足采集的要求。
1.2性能指标
系统能准确测量人的脉搏次数，一分钟误差不超过1次，有直观的显示系统。系统要求有自己设计电路部分。

2总体方案设计
2.1硬件方案
本系统主要由动态微压传感器、脉搏信号调理模块、51单片机组成。其中模块信号调理模块包括信号低通滤波电路、基于LM358的信号放大电路、基于LM339的信号整形电路。
2.1.1传感器
SC0073脉搏传感器，该传感器采用压电复合材料作为换能元件，信号通过特殊的匹配层传递到换能元件上变成电荷量，再经传感器内部放大电路转换成电压信号输出。该传感器是一种高性能低成本的振动传感器，具有灵敏度高、频率响应范围宽、抗过载及冲击能力强、抗干扰性好、操作简便等特点。通过测试该型号传感器性能基本满足条件。
2.1.2 信号处理
由于从传感器输出的脉搏信号十分微弱而且有用信号容易淹没在噪声信号中，因此需要对采集到的原始脉搏信号进行放大和滤波等处理即向传感器、信号处理、单片机提供的电源，可以是5-V直流的电源。2.2软件方案
统主程序控制单片机系统按预定的操作方式运行, 它是单片机系统程序的框架。系统上电后,对系统进行初始化。初始化程序主要完成对单片机内专用寄存器、定时器工作方式及各端口的工作状态的设定。系统初始化之后, 进行定时器中断、外部中断、显示等工作，不同的外部硬件控制不同的子程序
图3.4.1单片机接口电路
信号处理后的电路接到单片机P3.0口，同过软件查询方式来对脉搏信号进行计数。数据处理后送给数码管显示。数码管采用静态显示方式，提高显示亮度。
4软件设计与实现
4.1 主程序
图2.2.1主程序流程图
5 调试及性能分析
5.1  调试分析
由于程序调试是否成功，这是关键的一步，因为单纯的硬件无法实现预期的目的。因此，对程序的调试就同样重要。调试这阶段发生过的故障如：子程序在运行时破坏现场，缓冲单元发生冲突，零位的建立和清除在设计上有失误，堆栈区域有溢出等问题。采用单步运行方式和断点运行方式对每个子程序进行调试，单步和断点调试后，再进行连续调试，这是因为单步运行只能验证该子程序的正确与否，而不能确定定时精度、CPU的实时响应等问题。待全部完成后，应反复运行多次观察。
总  结
本设计主要是51单片机在脉搏测试系统中的应用。重点介绍了单片机的最
小系统，通过单片机最小系统实现了脉搏的测量系统，由传感器采集到脉冲信号，经过信号的滤波、放大和整形电路将输出的信号通过单片机的外部中断获取并最终在数码管上显示。利用单片机自身的定时中断、外部中断、计数等功能，不仅能显示出此次脉搏测量的次数，还能自动储存这个数据。
本次所设计的测量仪系统实现简单、功能稳定、使用方便，应用广泛，具
有实际意义。由于时间比较短，同时本人掌握的知识有限，本次设计虽已完成

脉搏 压电传感器：压电脉搏传感器

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