苏ICP备112451047180号-6
基于单片机的简易心率计设计
摘要：心率是一种重要的生理参数,它反映了人心脏工作的频率。心率计可以测出人的心率，从而反映人是否健康。本设计基于AT89C51单片机设计心率计，通过HK2000B传感器采集并转换信号，通过一系列电路，最终在LED显示器上显示出来并实现计数功能。主要特点是方便、简单、性价比高。
关键词：心率计；AT89C51单片机；HK2000B传感器
The Design of heart rate monitor by using microcontroller
Abstract: Heart rate is an important physical parameter. Heart rate monitor can measure people’s heart rates. And heart rate can reflect the health of people. The design is based on Microcontrollers of AT89C51. And the design is based on transducer of HK2000B. The thesis includes a series of circuits. Finally, the number of heart rate will show on the indicator of LED and count. The main characteristics include convenient, simple and high cost-effective.
Keywords: heart rate monitor; Microcontrollers of AT89C51; transducer of HK2000B
目录
1、绪论
1.1基于单片机的简易心率计课题的背景及意义
1.2基于单片机的简易心率计的国内外研究现状
1.3国内外简易心率计的技术特点
2、基于单片机的简易心率计系统的总体设计
2.1系统整体方案一
2.1.1系统框图
2.1.2硬件设计原理图
2.1.3硬件设计原理
2.2系统整体方案二
2.2.1系统框图
2.2.2硬件设计原理
2.3方案比较论证
3、基于单片机的简易心率计系统的硬件设计
3.1传感器
3.2TL084运算法大器
3.3TL431
3.4单片机
3.5A/D转换器MAX1240
3.6MAX232芯片
3.7RT9163
3.8MAX860
3.9LED显示器
4、基于单片机的简易心率计系统的电路设计
4.1信号调理电路
4.1.1放大电路
4.1.2有源低通滤波电路
4.1.3电压提升电路
4.2单片机及其外围电路设计
4.2.1单片机最小电路
4.2.2数据采集电路
4.2.3串口通信电路
4.3LED显示接口电路
4.4电源模块设计
4.4.1正5V数字和模拟电源
4.4.2正3.3V数字电源
4.4.3负电源设计
5、基于单片机的简易心率计系统的软件设计
5.1软件设计流程图
5.1.1主程序流程图
5.1.2数据采集程序流程图
5.2AT89C51编程
5.3LED显示电路有关编程
6、基于单片机的简易心率计的调试
6.1调试方法
6.2调试过程中需要注意的问题
7、总结与展望
参考文献
附录
第一章 绪论
1.1基于单片机的简易心率计课题的背景及意义
由于人们的生活节奏和生活水平日益加快上升，人们在追求高质量生活的同时，压力也越来越大，也越来越注重自身的健康问题，为此，随着技术的越来越成熟，设计一种方便人们使用、能够测量人们心率的心率计，并且价格合理、可靠性高尤为重要，不仅仅是临床患者的需求,同样也是体育训练者和外出旅游者的需求,因此,心率计有着广阔的市场前景。
心率计的设计为现代社会人们的生活带来了诸多便利,在提高人们的生活质量、防治疾病的方面产生了一定的作用。它的应用在心血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用,它所记录的心脏活动时的生物电信号,已成为临床诊断的重要依据。监测心率早已不是什么高难度技术,但是,如何能做到监测得更精确、快速、有效,把误差降到最低,却是许多研究人员们一直需要努力的方向，也是本次设计的方向。
心脏这个强有力的肌肉系统将血液通过循环系统和呼吸系统送达全身来维持生命。了解锻炼对心率的影响对学生将来保持自身的健康有着非常重要的作用。心脏位于胸腔的中央，位于胸骨和两片肺中间，形状近似为锥形，心脏重约 300g，由 3 层组成，分别为心外膜、心肌、心内膜。心脏被连接着的心瓣分为四个部分、两个心房和两个心。!心脏收缩（心跳）的一个周期中，分为两个阶段： 心室舒张的时候，心脏充满了血液；心室收缩时，血液由心室流向动脉。因此，可以通过测定动脉的脉搏来测定心率。
在一系列的医学事件中，医者常常通过探测患者的脉搏来确定心脏是否仍然能将血液输送至全身。心率传感器的作用是探测脉搏的跳动，将物理量转化为数字信号，并传送至数据采集器接口，进行实验数据的记录和分析。可根据显示的数据确定实验者的血液循环系统以及自身的身体状态，从而判断身体是否健康。心率(heart rate)指心脏每分钟搏动的次数,它能够反映心脏的工作状态，而正常心率决定于窦房结的节律性。心率也是反映心脏是否正常工作的重要参数。心率同时也受植物性神经和体液因素调节。例如安静或睡眠时,心迷走中枢紧张性增高,心交感中枢紧张性降低,心率则会减慢；运动、情绪激动、精神紧张时,心迷走中枢紧张性降低,心交感中枢紧张性升高,心率则会加快；肾上腺素、去甲肾上腺素、甲状腺素等体液因素会增快心率。
心率计能够动态显示人的心跳数的变化,并将一分钟人的心跳数保持并以数字方式显示出来,记录完数据后,可以连续测量。此次设计是基于单片机的设计，软硬件结合，设计出简单、方便、快速，能够较精确的测出人体心率的心率计，并且便于携带。
1.2基于单片机的简易心率计的国内外研究现状
现在人们都很注重健康，国内国外都很重视基于健康的产品设计，心率反映人的健康状况，所以目前国内外已经设计出许多心率计，种类繁多、特点多样，大多数心率计都是基于单片机来设计的，有的通过光电传感器、有的通过红外线等，多种多样，但都能较准确的测出并显示测量结果。大部分心率计设计目前都是国外研究居多，功能较多、价格也相对昂贵，技术也是越来越发达、完善。而人们也不仅仅局限于心率测量，更希望所买的心率计含有更多功能，例如可以系统自动深度分析出健康状况的程度，便于使用，所以现在研究便于携带、功能强大的心率计已是大势所趋。心率计的外观也越来越多样化，有手环式的心率计、耳夹式的心率计、指夹式的心率计等等，心率计的外观越来越小巧、精致，方便携带，也方便人们使用，但是价格普遍都有些昂贵，所以此次应该设计出简单方便、价格相对便宜的心率计。
目前,市场上存在了一些心率计,但是价格较高,不利于心率计的普及, 因此通过选用较为常见的电子器件,测量过程操作简单,成品心率计成本较低,进行批量化生产后成本价格一般不足30 元,性能好,能够动态显示人的心跳数的变化,并将人的一分钟的心跳数显示出来,记录完数据后,仍可以继续连续测量。
本课题设计从节能、经济、方便的角度出发,以AT89C51单片机与HK2000B传感器来对采集到的心率信号进行处理。正文介绍了整个过程中的方案论证选取、硬件及硬件电路原理、软件控制流程。此数字心率计实现了心率的精确测量,以及人们的心跳是否正常,具有实用方便的特点。
设计开发电路是我们必须学习好的一门内容,掌握它能使我们设计的电路完整且正确。这需要不断的学习和实践。每个硬件电路对应的软件程序是不一样的,这需要深入学习每个电路的具体思路。同时,我们不仅要会操作AT89C51单片机,还要学习更多其他单片机。传感器也一样，了解学习更多传感器，在以后的工作中可以运用到。
心率计帮助人们完成对心率的测量，在快节奏的生活中，及时了解自己的身体状况，简单、性价比高的心率计更符合当代人们的需求。所以此次心率计更加符合这些要求，也具有一定的医学研究价值。
参考文献
[1]张强.《基于单片机的心率计设计》.医疗装备,2006:19(9):6一8
[2]黄川.《基于单片机的数字心率计设计》.科技资讯；2013，第9卷，第26期
[3]郭尚平.《一种数字心率计的研制[J]》.中国医疗器械杂志；1994，第18卷，第6期，330-334．
摘要：心率是一种重要的生理参数,它反映了人心脏工作的频率。心率计可以测出人的心率，从而反映人是否健康。本设计基于AT89C51单片机设计心率计，通过HK2000B传感器采集并转换信号，通过一系列电路，最终在LED显示器上显示出来并实现计数功能。主要特点是方便、简单、性价比高。
关键词：心率计；AT89C51单片机；HK2000B传感器
The Design of heart rate monitor by using microcontroller
Abstract: Heart rate is an important physical parameter. Heart rate monitor can measure people’s heart rates. And heart rate can reflect the health of people. The design is based on Microcontrollers of AT89C51. And the design is based on transducer of HK2000B. The thesis includes a series of circuits. Finally, the number of heart rate will show on the indicator of LED and count. The main characteristics include convenient, simple and high cost-effective.
Keywords: heart rate monitor; Microcontrollers of AT89C51; transducer of HK2000B
目录
1、绪论
1.1基于单片机的简易心率计课题的背景及意义
1.2基于单片机的简易心率计的国内外研究现状
1.3国内外简易心率计的技术特点
2、基于单片机的简易心率计系统的总体设计
2.1系统整体方案一
2.1.1系统框图
2.1.2硬件设计原理图
2.1.3硬件设计原理
2.2系统整体方案二
2.2.1系统框图
2.2.2硬件设计原理
2.3方案比较论证
3、基于单片机的简易心率计系统的硬件设计
3.1传感器
3.2TL084运算法大器
3.3TL431
3.4单片机
3.5A/D转换器MAX1240
3.6MAX232芯片
3.7RT9163
3.8MAX860
3.9LED显示器
4、基于单片机的简易心率计系统的电路设计
4.1信号调理电路
4.1.1放大电路
4.1.2有源低通滤波电路
4.1.3电压提升电路
4.2单片机及其外围电路设计
4.2.1单片机最小电路
4.2.2数据采集电路
4.2.3串口通信电路
4.3LED显示接口电路
4.4电源模块设计
4.4.1正5V数字和模拟电源
4.4.2正3.3V数字电源
4.4.3负电源设计
5、基于单片机的简易心率计系统的软件设计
5.1软件设计流程图
5.1.1主程序流程图
5.1.2数据采集程序流程图
5.2AT89C51编程
5.3LED显示电路有关编程
6、基于单片机的简易心率计的调试
6.1调试方法
6.2调试过程中需要注意的问题
7、总结与展望
参考文献
附录
第一章 绪论
1.1基于单片机的简易心率计课题的背景及意义
由于人们的生活节奏和生活水平日益加快上升，人们在追求高质量生活的同时，压力也越来越大，也越来越注重自身的健康问题，为此，随着技术的越来越成熟，设计一种方便人们使用、能够测量人们心率的心率计，并且价格合理、可靠性高尤为重要，不仅仅是临床患者的需求,同样也是体育训练者和外出旅游者的需求,因此,心率计有着广阔的市场前景。
心率计的设计为现代社会人们的生活带来了诸多便利,在提高人们的生活质量、防治疾病的方面产生了一定的作用。它的应用在心血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用,它所记录的心脏活动时的生物电信号,已成为临床诊断的重要依据。监测心率早已不是什么高难度技术,但是,如何能做到监测得更精确、快速、有效,把误差降到最低,却是许多研究人员们一直需要努力的方向，也是本次设计的方向。
心脏这个强有力的肌肉系统将血液通过循环系统和呼吸系统送达全身来维持生命。了解锻炼对心率的影响对学生将来保持自身的健康有着非常重要的作用。心脏位于胸腔的中央，位于胸骨和两片肺中间，形状近似为锥形，心脏重约 300g，由 3 层组成，分别为心外膜、心肌、心内膜。心脏被连接着的心瓣分为四个部分、两个心房和两个心。!心脏收缩（心跳）的一个周期中，分为两个阶段： 心室舒张的时候，心脏充满了血液；心室收缩时，血液由心室流向动脉。因此，可以通过测定动脉的脉搏来测定心率。
在一系列的医学事件中，医者常常通过探测患者的脉搏来确定心脏是否仍然能将血液输送至全身。心率传感器的作用是探测脉搏的跳动，将物理量转化为数字信号，并传送至数据采集器接口，进行实验数据的记录和分析。可根据显示的数据确定实验者的血液循环系统以及自身的身体状态，从而判断身体是否健康。心率(heart rate)指心脏每分钟搏动的次数,它能够反映心脏的工作状态，而正常心率决定于窦房结的节律性。心率也是反映心脏是否正常工作的重要参数。心率同时也受植物性神经和体液因素调节。例如安静或睡眠时,心迷走中枢紧张性增高,心交感中枢紧张性降低,心率则会减慢；运动、情绪激动、精神紧张时,心迷走中枢紧张性降低,心交感中枢紧张性升高,心率则会加快；肾上腺素、去甲肾上腺素、甲状腺素等体液因素会增快心率。
心率计能够动态显示人的心跳数的变化,并将一分钟人的心跳数保持并以数字方式显示出来,记录完数据后,可以连续测量。此次设计是基于单片机的设计，软硬件结合，设计出简单、方便、快速，能够较精确的测出人体心率的心率计，并且便于携带。
1.2基于单片机的简易心率计的国内外研究现状
现在人们都很注重健康，国内国外都很重视基于健康的产品设计，心率反映人的健康状况，所以目前国内外已经设计出许多心率计，种类繁多、特点多样，大多数心率计都是基于单片机来设计的，有的通过光电传感器、有的通过红外线等，多种多样，但都能较准确的测出并显示测量结果。大部分心率计设计目前都是国外研究居多，功能较多、价格也相对昂贵，技术也是越来越发达、完善。而人们也不仅仅局限于心率测量，更希望所买的心率计含有更多功能，例如可以系统自动深度分析出健康状况的程度，便于使用，所以现在研究便于携带、功能强大的心率计已是大势所趋。心率计的外观也越来越多样化，有手环式的心率计、耳夹式的心率计、指夹式的心率计等等，心率计的外观越来越小巧、精致，方便携带，也方便人们使用，但是价格普遍都有些昂贵，所以此次应该设计出简单方便、价格相对便宜的心率计。
目前,市场上存在了一些心率计,但是价格较高,不利于心率计的普及, 因此通过选用较为常见的电子器件,测量过程操作简单,成品心率计成本较低,进行批量化生产后成本价格一般不足30 元,性能好,能够动态显示人的心跳数的变化,并将人的一分钟的心跳数显示出来,记录完数据后,仍可以继续连续测量。
本课题设计从节能、经济、方便的角度出发,以AT89C51单片机与HK2000B传感器来对采集到的心率信号进行处理。正文介绍了整个过程中的方案论证选取、硬件及硬件电路原理、软件控制流程。此数字心率计实现了心率的精确测量,以及人们的心跳是否正常,具有实用方便的特点。
设计开发电路是我们必须学习好的一门内容,掌握它能使我们设计的电路完整且正确。这需要不断的学习和实践。每个硬件电路对应的软件程序是不一样的,这需要深入学习每个电路的具体思路。同时,我们不仅要会操作AT89C51单片机,还要学习更多其他单片机。传感器也一样，了解学习更多传感器，在以后的工作中可以运用到。
心率计帮助人们完成对心率的测量，在快节奏的生活中，及时了解自己的身体状况，简单、性价比高的心率计更符合当代人们的需求。所以此次心率计更加符合这些要求，也具有一定的医学研究价值。
参考文献
[1]张强.《基于单片机的心率计设计》.医疗装备,2006:19(9):6一8
[2]黄川.《基于单片机的数字心率计设计》.科技资讯；2013，第9卷，第26期
[3]郭尚平.《一种数字心率计的研制[J]》.中国医疗器械杂志；1994，第18卷，第6期，330-334．