便携式心率采集系统设计

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1、便携式心率采集系统设计学 生：学 号：指导教师：助理指导教师:业:随着生物医学工程技术的发展，医学信号测量仪器日新月异。生物医学测量与 临床医学和保健医疗的联系日益紧密。通过对人体各种生理信号的检测，能更好 的认识人体的生命现象，这其中脉搏信号包含丰富的人体健康状况信息，从中提取的心率值对人体健康有着重要的参考作用。 本文采用光电反射式传感器，设计了一 套便携式可穿戴的获取和保存脉搏信号的系统。本设计主要是基于STM32L低功耗单片机，利用光电传感器产生脉冲信号，经过放大整形滤波后，输入单片机内 AD进行采样并将数字化后的脉搏信号和计算出的心率值保存在SD卡中。后期通过上位机软件可以观测脉搏信

2、号，对人体健康进行评估，因此该系统适用于保健 中心、医院和家庭等场所。本设计所设计的基于单片机的便携式心率采集系统对 推进脉诊技术客观化和HRV研究具有积极的促进作用。关键词：脉搏，单片机，光电传感器，脉冲信号，便携式ABSTRACTABSTRACTWith the development of the biomedical engineering technology, the medical signal measuring instrument is changing everyday. Biomedical measurement and clinical medicine and h

3、ealth care increasingly close ties. We could better understand the phenomenon of human. life through various physiological signal detection of the human body. Pulse inclusions rich state of the health information, By using optical sensors, With the high development of electronics and computer nowada

4、ys, the pulse diagnosing technology should be objective and quantitive. this text access to the pulse signal design methods. This paper mainly introduces the concrete realization method for digital pulse counter, which uses photoelectric sensors to generate pulse signal. The pulse signal is amplifie

5、d and regenerated to input into MCU to carry out corresponding control, as a result the pulse number per a minute is measured. The use of the pulse counter is quick and convenient. Through observing the pulse signal, human health can be inspected, it is usually used in health care centers and the ho

6、spitals. In my design, Portable heart rate measuring instrument based on MCU has a positive role in promoting the objective of the pulse technology.Key words: Pulse, MCU, Photoelectric Sensor, Pulse Signal, Portable目录摘 要IIABSTRACT JJJ.1绪论11.1 课题研究背景及意义 11.2 脉搏检测仪介绍 21.3 关于本文主要研究内容及方法 42 整体系统结构62.1 脉

7、搏测量模块 72.1.1 常用的脉搏检测方法 72.1.2 光电式脉搏传感器 72.2 采集记录模块 112.2.1 主控单元132.2.2 电源单元142.2.3 接口单元202.3 处理显示模块 233系统软件设计253.1 功能配置：253.2 硬件相关配置： 263.3 文件系统配置: 264.系统实物图和测试结果 335.总结34参考文献35IV1绪论1绪论1.1 课题研究背景及意义随着人们生活水平的提高，地球环境遭到破坏，多种疾病威胁着人们的生命 而心脏病的发作又是人们难以预防的突发致命疾病。在医学上，通过测量人的心 率，便可初步判断人的健康状况。因此，心率计很快产生并得到发展。随

8、着单片 机技术的发展、人们的生活节奏加快，设计一种以使用方便为前提，能够快速测 出人心率的心率计，不仅是临床者的需要，也是体育训练者和外出旅游者的需要。 传统的脉搏测量采用诊脉方式，中医脉象诊断技术就是脉搏测量在中医上卓有成 效的应用，但是受人为的影响因素较大，测量精度不高。为了克服上述测量方法的不足，脉搏测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法。利用血液是高 度不透明的液体，光照在一般组织中的穿透性要比在血液中大几十倍的特点，可 通过光电传感器对脉搏信号进行检测，并通过单片机技术进行数据处理，实现智 能化的脉搏测试技术。当代的医用电子设备已不单单是医学电子测量仪器硬件系统，而是该从计算

9、机技术、数字信号处理技术和电子技术的生理量的检测。而生物电子测量仪器已 是电子信息产业的重要构成部分，它的发展对整个国民经济尤其对信息产业的发 展有着重要的影响，对高端电子测量仪器的发展是国家和企业正确选择。研究认 为，受测量仪器的智能化、和数字化发展趋势以及消费电子、3G网络。数字电视, 生物医学等市场的迅速发展的带动下，未来几年，通用测量市场会以超高的增长 率快速发展，一时也将促进电子测量技术产生新的发展趋势和新概念。更因为节 能、降耗、减排的国际大趋势更为电子仪器提供了更为广阔的新的市场。不管是 在国际或者国能，电子测量技术将快速发展，步入全新的电子信息的时代。而本课题把生理量的测量和生

10、物信号处理技术融为一体。所设计的心率测试 仪属于一种集轻型化、一体化、可视化等优点的便携式测试仪。由于心率是指人体心脏每分钟搏动的次数，但是这种搏动不是均匀的每次的 搏动间期之间的是存在细微的差异，而这种差异产生于自主神经系统对窦房结自 律性的调制，使得心搏间期一般存才几十毫米的波动或差异，这种差异或者波动 叫做心率变异性（Heart Rate Variability, HRV）。所谓的心率测试也就是在测量心 率变异性（HRV）。心率变异性（HRV）信息中包含着海量关乎与心脑血管的调节信息，该信息 受血压、温度、呼吸、血管紧张素还有肾素等多种因素影响尤其是最重要的自主 神经系统对其的调节作用。

11、在 1978年Wolf等第一次报道了心率变异性（HRV） 在急性心肌梗塞（AMI ）后过度降低同时严重心律失常和心源性猝死（SCD）也有 密切关系，从而导致了心率变异性（HRV）的分析以及检测在临床医学中收到了 高度重视，国外和国内有关基础和临床研究逐年增加。现在国际上认为，心率变 异性（HRV）分析作为对心脏自主神经均衡性、活性、以及相关病理状态的无创 口检测方法，并且在他的应用已经在急性心肌梗塞（ AMI）和糖尿病自主神经病 变（DAN）评价中得到了充分的肯定，并在高血压、阻塞性睡眠呼吸暂停综合征（俗 称打呼噜）、心力衰竭等多种心血管疾病和非心脑血管疾病中展现了非常广阔的应 用前景。同时心