1、玉林师范学院本科生毕业设计基于LabVIEW的脉搏检测系统设计Design of pulse rate detection system based on LabVIEW院 系电子与通信工程学院专 业测控技术与仪器班 级测控2023班姓 名韦彩莲学 号202308403117指导教师单位电子与通信工程学院指导教师姓名甘永进指导教师职称助教基于LabVIEW的脉搏检测系统设计测控技术与仪器 测控2023班 韦彩莲指导教师 甘永进本心率测量仪在设计中以STC15单片机作为控制系统核心语病，先采用红外对管采集脉搏的信号，然后将LM328作为运放设计调理电路对所采集的信号进行处理，完成处理之后，将其送
2、至单片机实施A/D采样与算法处理，其后在液晶屏上显示出脉率与脉搏波形。此外，采用LabVIEW进行上位机的设计从而实现与MCU通信。语病根本实现了对人体脉搏的测量，以及对脉搏波形的实时监控。此次脉率测量的设计方式较为简捷，并且具有精准的测试结果与整齐大方的显示界面，因此其开展前景是光明的。关键词：脉搏检测系统，STC15W408AS，红外光电传感器，串口，LabVIEWDesign of pulse rate detection systemBased on LabVIEWMeasurement and Control Technology and Instrument,Measuring 2
3、023 class Wei Cai LianSupervisor GanYong-jing？AbstractThis topic to STC15 single-chip microcomputer as core control system of the heart rate meter design, by using infrared tube to pulse signal, the amplification filter circuit for filter and amplification processing, the pulse signals using LM328 a
4、s op-amp design control circuit to realize the collection of signal processing, the processing of signal into the MCU A/D sampling and processing algorithm, the final realization of pulse waveform on the LCD panel and pulse frequency display. In addition, LabVIEW is used to design the upper machine
5、to communicate with MCU. The measurement of human pulse and the real-time monitoring of pulse waveform are realized. The design measuring pulse rate method is simple, the test result is accurate, the display interface is friendly, has the relatively good development prospect.Keywords:Pulse detection
6、 system, STC15W408AS,infrared emission receiving sensor, serial port, LabVIEW目录1 引言11.1 脉搏的研究背景11.2 选题意义12 系统设计方案12.1 设计要求12.2 单片机选择22.3 传感器的选择22.4 上位机显示的选择43 硬件电路设计43.1 系统总框架43.2 STC15W408AS单片机电路563.3.1 电源电路673.4 信号采集电路设计73.5 信号处理电路设计883.5.2 电压比拟器93.6 液晶显示模块113.7 USB串口通信模块124 系统软件设计121212134.4 ADC
7、采用程序流程介绍144.5 LabVIEW上位机程序设计154.5.1 LabVTEW串口通信配置164.5.2 LabVIEW 脉搏波形显示以及脉率计算175 系统测试与结果分析19196 误差分析与修正22总结23致谢24参考文献25附录26附录A硬件原理图26附录B PCB图27C 硬件外观图28附录D LabVIEW程序及前面板：29附录F 局部程序30目录很乱，有些地方有空格有些没有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根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
8、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了传感器技术，通讯技术、以及计算机技术。在了解人体脉搏跳动的状况之后，便能够推断出心脏的状况，进而了解到我们身体的健康水平。但是，对于诊断看病来讲，此项工作存在着一定的难度，因此掌握诊脉方式是相对困难的。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
9、业管制系统中必不可少的组成局部，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，到达了进行了实时远程监控，以保证平常医疗平安检测。2 系统设计方案2.1 设计要求(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)所采集的波形具有噪声低以及完整干净的特征；(4)应当将测量结果的误差范围控制在6%以下；(5)上位机的富有人性化，以方便专业人士进行分析以及观察；(6)价格合理
10、，性价比拟高。2.2 单片机选择方案一：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作为控制局部。方案论证：对于方案一所运用到的单片机来讲，其是由STC公司所制造的单时钟/机器周期（1T)单片机，其具有抗干扰能力超强、功耗低、可靠性高、以及高速等特点，8路高速10位A/D转换。方案二中STC89C51单片机虽然简单易懂，但功耗相对较大，数据传输的速率比拟低，要实现较复杂的控制功能还存在一定的难度。综合以上所述，本设计采用方案一，用STC15W408AS作为芯片控制局部。系统所采用的STC15W408AS口语化单片机，是由STC公司所制造的单时钟/机
11、器周期(1T)单片机，其具有抗干扰能力超强、功耗低、以及高速等特征，其指令代码与传统的8051完全兼容。MAX810存在着数量众多的内部集成专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换。此外，STC15W408AS还带有丰富多样以及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、以及创造提供了更大的空间。2.3 传感器的选择在测量脉搏跳动的过程中，口语化主要存在着两种传统的测量方式：其一，利用压力传感器测量血液中压力的变化进而计算出脉搏的跳动；其二，光电容积法。目前，由于第二种方式测量的准确性以及便利性，是应用最为普遍的监测测量方案之一。光电容积法的
12、根本理论是，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，来到达测量的目的。光源与光电变化器这两个局部组成了这种传感器，一般贴着人的耳垂或是手指。光源所运用到的发光二极管的波长范围在五百纳米至七百纳米之间，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，这种变化会造成此束光的透光率产生一定的变化。光线经由人体组织反射之后被光电变换器所接收，进而转变为电信号，然后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。它们的变化根本
13、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，进而得到心？率这一指标。现如今，我国市场上主要有两种常用的光电容积脉搏探测器：其一，反射式光电容积探测器；其二，透射式光电容积探测器。图2.1为其结构。图 2.1 反射式与透射式比照Fig 2.1 Comparison of reflection and transmission（1）反射式光电容积探测器，是通过组织以及血液所反射的光强来对人体脉搏的信号进行间接性地测量，其具有更广范围的探测。然而，它所提取到的脉搏信号要弱于透射式，对于调理电路存在着更高的要求。（2）透射式光电容积探测器，是专门为身体某些较为薄弱的
14、部位而进行设计的，例如：耳朵或手指，由探测器一侧所发射的近红外光可以将组织以及血液穿透，而被另一侧的光电探测器接收到，那么便可以将脉搏的信号再次显现出来。由以上内容可知，透射式红外光电传感器能很好地与本设计契合，故将其运用到本设计当中。当手指侧方在红外对管中间的时候，由于心脏跳动，使得血管中血流量发生了一定的改变，红外发光二极管所发出的红外线对手指进行照射，通过手指中非血液组织的反射以及衰减，然后经由对面红外接收二极管来进行其透射光的接受，然后将所透射的光照强度转化成为脉冲，从而将其扩大、滤波之后传至单片机外部计数口，其后由单片机计算以及处理所输进的信号脉冲，那么就能够对脉搏次数进行实时地测算
15、，图的名字是个截图？为信号检测处理的工作流程图。2.4 上位机显示的选择上位机和单片机实现是通过串口来实现的。单片机自带串口，实现起来非常方便。在本设计中，通信协议采用自定义的。上位机的实现方案有很多种，目前主流的面向对象编程软件有Visual Basic .NET、C#、Java、LabVIEW等。在本次设计中，LabVIEW是上位机的实现方案。对于编程软件LabVIEW来讲，其是一种由NI公司所研制的虚拟仪器。借助于此软件便能够采集数据、控制仪器、分析数据、以及表达数据。其便于使用者建立适合自身所需的仪器系统。比拟于传统仪器，其具有多变性、以及灵活性的特点，拥有非常广阔的开展空间。与传统程序的设计方式相比拟，LabVIEW存在着诸多无法比拟的优点，对于开发者来讲，仅需要连接起逻辑框就能够形成程序。LabVIEW在进行图形编程时，其表现出了简便清晰的特点，并且也存在着数量众多相对应的设备驱动，并且也