摘 要

心率，作为人体健康指标重要的一环，自古以来就是医学方面非常重视的一项指标。而随着科技发展的日新月异，人们也越来越关心自身的健康状况，传统的听诊手段由于耗时、工具限制及测量结果需要人工计数等局限性，在许多场合无法达到人们所需的要求，因而各式各样的心率检测仪器便应运而生。

当前市面上存在着许多各式各样的心率检测仪器，而其中的大部分仅仅提供检测数据，但当用户心率数据异常时，却未给出相关的报警或提升。

本篇论文利用STC89C52系列单片机、光电传感器及LCD显示模块，设计了简易的心率检测仪。通过光电传感器感应指端血液流动时光的透过程度来产生信号，滤波后进行放大、整形，再利用单片机系统内部定时器来计算时间并进行换算，并将换算结果于LCD1602液晶屏上显示。同时，系统可以设定正常心率的上下限，当检测者心率超出设定上限值或低于设定下限值时，蜂鸣器会进行报警，提醒用户心率过高（低），从而实现了心率检测的效果。

关键词：STC89C52；心率检测仪；LCD1602；光电传感器

Abstract

Heart rate, as an important part of human health indicators, has been a very important indicator in medicine since ancient times.With the rapid development of science and technology, people are more and more concerned about their own health. Due to the limitations of time-consuming, tool limitations and the need for manual counting of measurement results, traditional auscultation methods can not meet people's requirements in many situations, so a variety of heart rate detection devices emerge as the times require.

There are many kinds of heart rate detection devices on the market, most of which only provide detection data, but when the user's heart rate data is abnormal, no relevant alarm or improvement is given.

In this thesis, a simple heart rate detector is designed by using STC89C52 single chip microcomputer, photoelectric sensor and LCD display module. The signal is generated by the transmission of the time when the finger blood flows through the photoelectric sensor. After filtering, the signal is amplified and shaped. Then, the time is calculated and converted by using the internal timer of the single-chip microcomputer system, and the conversion result is displayed on the LCD screen LCD1602. At the same time, the system can set the upper and lower limits of normal heart rate. When the heart rate of the detector exceeds the set upper limit or is lower than the set lower limit, the buzzer will give an alarm to remind the user that the heart rate is too high (low), so as to achieve the effect of heart rate detection.

Keywords：STC89C52; heart rate detector; LCD1602; photoelectric sensor

目录

第一章 绪论 1

1.1 心率检测的历史背景 1

1.2 心率检测技术的发展方向 2

第二章 元件的选择与介绍 4

2.1传感器的选择方案 4

2.2主控芯片的选择方案 5

2.3显示模块的选择方案 6

2.4其他芯片介绍 7

第三章 系统电路设计 8

3.1电路设计原理及框图 8

3.2单片机控制电路设计 9

3.3显示电路设计 9

3.4信号采集电路设计 10

3.5滤波电路设计 10

3.6放大整形电路设计 11

3.7蜂鸣器报警电路 11

第四章 系统软件设计 13

第五章 系统仿真 16

5.1心率上下限调整仿真 16

5.2心率检测功能仿真 17

5.3报警与复位功能仿真 17

第六章 实物功能测试与调试 18

6.1实物调试 18

6.2功能测试 18

6.2.1心率检测与复位测试 19

6.2.2心率上下限修改测试 19

6.2.3蜂鸣器报警测试 19

6.3数据统计与误差分析 20

第7章 总结和展望 22

致谢 23

参考文献 23

附 录 25

附录A：系统整体原理图: 25

附录B：实物正反面拍摄图 26

附录C：系统源程序 27

第一章 绪论

1.1 心率检测的历史背景

心率，作为人体最重要的生命体征之一，切实反映着我们身体的情况。每个人的心率都会因为实时身体状况的改变而发生变化，产生这些变化的原因有很多，有的是因为年龄性别，有的是因为一些其他个体性的生理状况。一个成年人心率的变化趋势能够直接或间接地反映出该个体当前的健康情况，定期检测心率可以在很大程度上对心律失常、早搏、高血压、动脉硬化、心率衰竭、心跳过缓、过速等等疾病有着很好的预防作用^[1]，而在医学上测量心率有着十分重要的意义。 同时，当一些人群想增加自身的耐力或体力性能时，也需要对心率进行检测，从而进行针对性的锻炼，如运动员等，这类人群的心率通过锻炼往往比普通人群的心率更低。 与之相反的是，有心脏病病史的人群就必须通过实时检测心率来避免心率异常而产生各种并发性的疾病^[2]。而人们口中常说的心率，究其本质来说，可以归类为一种波，我们一般也称之为心率波。心率波的产生，是由于我们心室周期性地进行收缩与舒张运动，牵动主动脉随着一起进行收缩和舒张运动，从而引起血流的压力，也就是我们常说的血压，最终形成心率波。心率波常常被用来作为医学界临床诊断的依据，从心率波的波形、振幅、波速与运动周期等特征中能够提取出病人的具体病理信息和健康状况，在临床治疗方面有着十分重要的医学意义^[3]。但人体的生物信号有很大一部分都属于低频弱信号, 且带有强噪声背景，心率波信号更是如此，正常人的心率波都是十分微弱的低频非电生理信号。所以从古至今，如何准确快捷方便地测量患者的心率是中外医学界始终追寻的一个课题。

而在我国古代，心率的主要测量手段是测量脉搏，一个身体健康的成年人，他的心率和脉搏基本持平，因此，普遍情况下，通过测量脉搏即可得出一个人的心率。而脉诊作为我国传统中医诊治手段的一环，在我国已经有2600多年的悠久历史，内容极其丰富，是我国传统中医的精华，从古至今许多医学大家都留下了相关的传世之作，体现着传统中医“整体观念”与“辨证论证”的精神。话虽如此，但由于古时候大多采用“望、闻、问、切”的传统手段对病人进行病情诊断，使得相应的诊断结果会受到较大的人为影响因素。首先，切脉法受到切脉医生的主观感官、行医经验和语言表述的多种限制，很容易造成主观臆断，因为这种方法只能凭借医生的手指去辨别脉象的特征，导致测量的可信度和规范化下降；其次，这种用手指切脉诊断的技巧很难掌握，需要大量的时间与病例积累才能熟练掌握；最后，医生本人诊脉所得出的脉象无法通过笔记录和描述，这就导致各种病例的脉象无法流传下去，对后世脉象的进一步研究与发展极为不利。