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基于LabVIEW的脉搏检测系统设计.docx
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基于LabVIEW的脉搏检测系统设计
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目录
1 引言.................................................................................................................................................0
1.1 脉搏的研究背景..............................................................................................0
1.2 选题意义..........................................................................................................0
2 系统设计方案.................................................................................................................................0
2.1 实现的要求和功能..........................................................................................0
2.2 采集主控芯片方案..........................................................................................1
2.3 脉搏传感器的选择..........................................................................................1
2.4 上位机实现方案..............................................................................................2
3 硬件电路设计.................................................................................................................................3
3.1 系统总框架......................................................................................................3
3.2 单片机模块......................................................................................................4
............................................................................................................................................4
复位电路...........................................................................................................................5
3.3 脉搏信号的采集..........................................................................................................6
3.4 脉搏信号的处理..............................................................................................7
电压比较器.......................................................................................................................8
3.4.3 运算放大器 LM358..................................................................................................8
3.5 液晶显示模块..................................................................................................9
3.6 USB 串口通信模块........................................................................................10
4 系统软件设计..............................................................................................................................10
测量计算原理......................................................................................................10
4.2 主程序流程介绍............................................................................................10
4.3 显示程序流程................................................................................................11
4.4 ADC 采用程序流程介绍...............................................................................12
LabVIEW 上位机程序设计................................................................................14
4. LaBVTEW 串口通信配置...............................................................................14
4. LabVIEW 脉搏波形显示以及脉率计算.........................................................15
5 系统测试与结果分析...................................................................................................................17
测试方法和仪器..................................................................................................17
8 误差分析与修正...........................................................................................................................19
总结..................................................................................................................................................20
..........................................................................................................................................................20
..........................................................................................................................................................20
致谢..................................................................................................................................................21
参考文献..........................................................................................................................................22
附录..................................................................................................................................................22
附录 A 硬件原理图..............................................................................................22
附录 B PCB 图.....................................................................................................24
附录 C 硬件外观图..............................................................................................25
附录 D LabVIEW 程序及前面板:....................................................................26
附录 F 部分程序..................................................................................................27
1 引言
1.1 脉搏的研究背景
每分钟脉搏跳动次数这一物理量在生产加工,人们日常生活的各个方面都是一个最
基本也是非常重要的一个物理量,在很多应用条件下,需要对脉搏跳动这个量进行
检测和监控。近几年来,伴随现代科学技术的不断进步,对现代设备的精度的要求
也越来越高,信息技术领域的前沿尖端技术包括传感器技术,通讯技术以及计算机
技术。我们可以通过脉搏跳动的情况了解到心脏的情况,以得知身体的健康状况。
然而诊断看病是个不容易的工作,诊脉的方法不容易被人掌握。
1.2 选题意义
由心脏搏动而引起的脉搏,我们可以根据这个线索去找反映身体的重要标志。针对脉
搏的跳动,我们都知道在中医上有一种非常重要的诊断方式,那就是诊脉。中医的医
生一直是用手来号脉,进而得到脉搏的信息。通过手号脉是一种很难掌握的技巧,因此
人们十分的迫切有一种仪器可以快速准确的得到脉搏跳动的次数这个信息。
作为工业管制系统中必不可少的组成部分,实时数据采集,是进行工业分析,进行
工业处理以及控制的根据。将单片机采集到的脉搏每分钟跳动次数数据通过窗口传
输给上位机,达到了进行了实时远程监控,以保证平常医疗安全检测。
2 系统设计方案
2.1 实现的要求和功能
(1)运用光电传感器原理采集到人体的指尖输出的脉搏信号,通过 A/D 转换、MCU
处理及设计的算法得到脉率;
(2)通过上位机(LabVIEW)及液晶屏实时显示波形及脉率值,实现人体脉率的现场及
远程实时监测;
(3)采集到的波形完好干净,噪声小;
(4)测量结果误差范围在 6%以内;
(5)上位机界面友好,人性化,便于专业人士分析观察;
(6)价格合理,性价比较高。
2.2 采集主控芯片方案
方案一:利用 STC15W408AS 单片机完成对各个模块进行控制。
方案二:利用单片机 STC89C51 作为控制部分。
方案论证:方案一中 STC15W408AS 单片机是 STC 生产的单时钟/机器周期(1T)的
单片机,是高速/高可靠、低功耗、超强抗干扰,8 路高速 10 位 A/D 转换。方案二中
STC89C51 单片机虽然简单易懂,但功耗较大,数据传输速率低,要实现较复杂的
控制功能还存在一定的难度。综上所述,本设计采用方案一,用 STC15W408AS 作
为芯片控制部分。
系统所采用的 STC15W408AS 是 STC 生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高
速、低功耗、超强抗干扰的新一代 8051 单片机,指令代码完全兼容传统 8051,但速
度快 8-12 倍。MAX810 有很多内部集成专用复位电路,2 路的 PWM,8 路非常高速
10 位 A/D 转换,针对电动、智能控制,滤波掉很多干扰场合。
STC15W408AS 还带有丰富多样和功能灵活齐全的片内外设,为用户提供了丰富的
选择空间,同时,也为设计人员们的设计、创新及创造提供了更大的空间。
2.3 脉搏传感器的选择
测量脉搏跳动,传统的测量方法主要是两种:一是利用压力传感器测量血液中压力
的变化进而计算脉搏的跳动,二是光电容积法。目前,由于第二种方式测量的准确
性和便利性,是应用最为普遍的监测测量方案之一。
光电容积法的基本理论是,由于血管正常的搏动时,会导致人体组织不同的透光
率,就是利用这种不同,来达到测量的目的。光源与光电变化器这两个部分组成了
这种传感器,一般贴着人的手指或者耳垂。光源利用的是波长为 500nm~700nm 范
围的发光二极管,该波长范围的光,对动脉中氧和血红蛋白具有选择吸收的特性。
当一束光照射人体表皮血管时,由于动脉的搏动会改变血液容积的变化,这种变化
会导致这束光的透光率发生改变。人体组织反射出来的光线经由光电变换器接收,
转变为电信号,再将这个电信号输出。由于心脏是周期性搏动的,动脉中的血管容
积也会跟着周期性变化。因此有光电变化得到的电信号也会跟着周期性变化。它们
的变化基本上都可以看成是同步的。这样通过电信号周期性的变化,我们就可以得
到脉搏跳动的信息,进而的到心率这一指标。
。
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