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一、设计背景
在中医四诊（望﹑闻﹑问﹑切)中，脉诊占有非常重要的位置。脉诊是我国传统医学中最具特色的一项诊断方法，其历史悠久，内容丰富，是中医“整体观念”﹑“辨证论证”的基本精神的体现与应用。脉搏携带有丰富的人体健康状况的信息，自公元三世纪我国最早的脉学专著《脉经》问世以来，脉学理诊作为“绿色无创”诊断的手段和方法得到了中外人士的关注。但由于中医是靠手指获取脉搏信息，虽然脉诊具有简便﹑无创﹑无痛的特点易为患者接受，然而在长期的医疗实践中也暴露出一些缺陷。首先，切脉单凭医生手指感觉辨别脉象的特征，受到感觉﹑经验和表述的限制，并且难免存在许多主观臆断因素，影响了对脉象判断的规化。其次，这种用手指切脉的技巧很难掌握。再则，感知的脉象无法记录和保存影响了对脉象机理的研究。脉诊的这种定性化和主观性大大影响了其精度与可行性，成为中医脉诊应用﹑发展和交流中的制约因素。为了将传统的中医药学发扬光大，促进脉诊的应用和发展，必须与现代科技相结合，实现更科学﹑客观的诊断。
医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数的方法是用手按在病人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数。为了节省时间，一般不会作1分钟的测量，通常是测量10秒钟时间心跳的数，再把结果乘以6即得到每分钟的心跳数，即使这样做还是比较费时，而且精度也不高。因此，开发出一款功能强大的脉搏测量仪是非常有意义的。
二、实现功能
本课题设计完成了一个基于51单片机的脉搏测量系统。系统以STC89C52单片机为核心，以5mm光电对管为传感器（仿真中利用频率可调的方波模拟），利用单片机系统内部定时器计算时间，通过光电对管及其相关外部电路产生脉搏信号，单片机通过检测两次脉冲间隔时间计算脉搏跳动次数，在LCD上显示脉搏次数。系统实现了脉搏的实时监测与显示、阈值调整以及超限报警等功能。实验结果表明，系统工作正常，测量灵敏度高，实现了设计功能。本次设计的脉搏测量仪主要具有以下功能：
- 具有智能化产品的基本特点；
- 具有使用者的脉搏检测、实时显示等功能；
- 具有脉搏次数超限报警功能；
- 具有按键调整功能，可对当前脉搏报警上下限阈值进行调整；
三、仿真演示
调整下限阈值，默认下限阈值40。
调整上限阈值,默认上限阈值100。
当模拟脉搏频率为0.4Hz，此时LCD1602测出的脉率为24BPM，低于下限阈值，脉率异常，蜂鸣器报警。
当模拟脉搏频率为1Hz时，此时LCD1602测出的脉率为60BPM，高于下限阈值，低于上限阈值，脉率正常，此时蜂鸣器不报警。
当模拟脉搏频率为2Hz，此时LCD1602测出的脉率为120BPM，高于上限阈值，脉率异常，蜂鸣器报警。
四、源程序
#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
#define ulong unsigned long //宏定义
#define LCD_DATA P0 //定义P0口为LCD_DATA
sbit LCD_RS =P2^5;
sbit LCD_RW =P2^6;
sbit LCD_E =P2^7; //定义LCD控制引脚
sbit Xintiao =P1^0 ; //脉搏检测输入端定义
sbit speaker =P2^4; //蜂鸣器引脚定义
void delay5ms(void); //误差 0us
void LCD_WriteData(uchar LCD_1602_DATA); /********LCD1602数据写入***********/
void LCD_WriteCom(uchar LCD_1602_COM); /********LCD1602命令写入***********/
void lcd_1602_word(uchar Adress_Com,uchar Num_Adat,uchar *Adress_Data); /*1602字符显示函数，变量依次为字符显示首地址，显示字符长度，所显示的字符*/
void InitLcd();//液晶初始化函数
void Tim_Init();
uchar Xintiao_Change=0;
uint Xintiao_Jishu;
uchar stop;
uchar View_Data[3];
uchar View_L[3];
uchar View_H[3];
uchar Xintiao_H=100; //脉搏上限
uchar Xintiao_L=40; //脉搏下限
uchar num[10];
uint num_OK=0;
uchar XT=0;
uchar Key_Change;
uchar Key_Value; //按键键值
uchar View_Con; //设置的位（0正常工作，1设置上限，2设置下限）
uchar View_Change;
void main() //主函数
{
InitLcd();
Tim_Init();
lcd_1602_word(0x80,16,"Heart Rate: "); //初始化显示
TR0=1;
TR1=1; //打开定时器
while(1) //进入循环
{
if(Key_Change) //有按键按下并已经得出键值
{
Key_Change=0; //将按键使能变量清零，等待下次按键按下
View_Change=1;
switch(Key_Value) //判断键值
{
case 1: //设置键按下
{
View_Con++; //设置的位加
if(View_Con==3) //都设置好后将此变量清零
{
View_Con=0;
}
break; //跳出，下同
}
case 2: //加键按下
{
if(View_Con==2) //判断是设置上限
{
if(Xintiao_H<150) //上限数值小于150
{
Xintiao_H++; //上限+
}
}
if(View_Con==1) //如果是设置下限
{
if(Xintiao_L<Xintiao_H-1)//下限值小于上限-1（下限值不能超过上限）
{
Xintiao_L++; //下限值加
}
}
break;
}
case 3: //减键按下
{
if(View_Con==2) //设置上限
{
if(Xintiao_H>Xintiao_L+1)//上限数据大于下限+1（同样上限值不能小于下限）
{
Xintiao_H--; //上限数据减
}
}
if(View_Con==1) //设置下限
{
if(Xintiao_L>30) //下限数据大于30时
{
Xintiao_L--; //下限数据减
}
}
break;
}
}
}
if(View_Change)//开始显示变量
{
View_Change=0;//变量清零
if(stop==0) //心率正常时
{
if(View_Data[0]==0x30) //最高位为0时不显示
{
View_Data[0]=' ';
}
}
else //心率不正常（计数超过5000，也就是两次信号时间超过5s）不显示数据
{
View_Data[0]=' ';
View_Data[1]=' ';
View_Data[2]=' ';
}
switch(View_Con)
{
case 0: //正常显示
{
lcd_1602_word(0x80,16,"Heart Rate: ");//显示一行数据
lcd_1602_word(0xc0,16," ");//显示第二行数据
lcd_1602_word(0xcd,3,View_Data); //第二行显示心率
break;
}
case 1: //设置下限时显示
{
lcd_1602_word(0x80,16,"Heart Rate: ");//第一行显示心率
lcd_1602_word(0x8d,3,View_Data);
View_L[0]=Xintiao_L/100+0x30; //将下限数据拆字
View_L[1]=Xintiao_L%100/10+0x30;
View_L[2]=Xintiao_L%10+0x30;
if(View_L[0]==0x30) //最高位为0时，不显示
{
View_L[0]=' ';
}
lcd_1602_word(0xC0,16,"Warning L : ");//第二行显示下限数据
lcd_1602_word(0xCd,3,View_L);
break;
}
case 2: //设置上限时显示（同上）
{
lcd_1602_word(0x80,16,"Heart Rate: ");
lcd_1602_word(0x8d,3,View_Data);
View_H[0]=Xintiao_H/100+0x30;
View_H[1]=Xintiao_H%100/10+0x30;
View_H[2]=Xintiao_H%10+0x30;
if(View_H[0]==0x30)
{
View_H[0]=' ';
}
lcd_1602_word(0xC0,16,"Warning H : ");
lcd_1602_word(0xCd,3,View_H);
break;
}
}
}
}
}
void Time1() interrupt 3 //定时器1服务函数
{
static uchar Key_Con,Xintiao_Con;
uchar i,j;
uchar zancun;
bit flag_break;
TH1=0xd8; //10ms
TL1=0xf0; //重新赋初值
switch(Key_Con) //无按键按下时此值为0
{
case 0: //每10ms扫描此处
{
if((P3&0x07)!=0x07)//扫描按键是否有按下
{
Key_Con++; //有按下此值加1，值为1
}
break;
}
case 1: //10ms后二次进入中断后扫描此处（Key_Con为1）
{
if((P3&0x07)!=0x07)//第二次进入中断时，按键仍然是按下（起到按键延时去抖的作用）
{
Key_Con++; //变量加1，值为2
switch(P3&0x07) //判断是哪个按键按下
{
case 0x06:Key_Value=1;break; //判断好按键后将键值赋值给变量Key_Value
case 0x05:Key_Value=2;break;
case 0x03:Key_Value=3;break;
}
}
else //如果10ms时没有检测到按键按下（按下时间过短）
{
Key_Con=0; //变量清零，重新检测按键
}
break;
}
case 2: //20ms后检测按键
{
if((P3&0x07)==0x07) //检测按键是否还是按下状态
{
Key_Change=1; //有按键按下使能变量，（此变量为1时才会处理键值数据）
Key_Con=0; //变量清零，等待下次有按键按下
}
break;
}
}
switch (Xintiao_Con)//此处与上面按键的检测类似
{
case 0: //默认Xintiao_Con是为0的
{
if(!Xintiao)//每10ms（上面的定时器）检测一次脉搏是否有信号
{
Xintiao_Con++;//如果有信号，变量加一，程序就会往下走了
}
break;
}
case 1:
{
if(!Xintiao) //每过10ms检测一下信号是否还存在
{
Xintiao_Con++;//存在就加一
}
else
{
Xintiao_Con=0;//如果不存在了，检测时间很短，说明检测到的不是脉搏信号，可能是其他干扰，将变量清零，跳出此次检测
}
break;
}
case 2:
{
if(!Xintiao)
{
Xintiao_Con++;//存在就加一
}
else
{
Xintiao_Con=0;//如果不存在了，检测时间很短，说明检测到的不是脉搏信号，可能是其他干扰，将变量清零，跳出此次检测
}
break;
}
case 3:
{
if(!Xintiao)
{
Xintiao_Con++;//存在就加一
}
else
{
Xintiao_Con=0;//如果不存在了，检测时间很短，说明检测到的不是脉搏信号，可能是其他干扰，将变量清零，跳出此次检测
}
break;
}
case 4:
{
if(Xintiao)//超过30ms有信号，判定此次是脉搏信号，然后当信号消失后，执行以下程序
{
if(Xintiao_Change==1)//心率计原理为检测两次脉冲间隔时间计算心率，变量Xintiao_Change第一次脉冲时为0的，所有走下面的else，第二次走这里
{
if(60000/Xintiao_Jishu<200)
{
num[XT]=(60000/Xintiao_Jishu);
XT++;
if(XT>=5)
{
XT=0;
for(i=0;i<5;i++)
{
flag_break=0;
for(j=0;j<5;j++)
{
if(num[j]>num[j+1]) {zancun=num[j];num[j]=num[j+1];num[j+1]=zancun;flag_break=1;}
}
if(flag_break==0) break;
}
num_OK=(num[1]+num[2]+num[3]/*+num[5]+num[6]+num[7]*/)/3;
if((num_OK>=Xintiao_H)||(num_OK<=Xintiao_L))//心率不在范围内报警
speaker=0; //蜂鸣器响
else
speaker=1; //不响
}
View_Data[0]=num_OK/100+0x30; //计算心跳并拆字显示：心跳计时是以10ms为单位，两次心跳中间计数如果是100次，也就是100*10ms=1000ms=1s
View_Data[1]=num_OK%100/10+0x30; //那么计算出的一分钟（60s）心跳数就是：60*1000/（100*10ms）=60次 其中60是一分钟60s，1000是一秒有1000ms，100是计数值，10是一次计数对应 的时间是10ms
View_Data[2]=num_OK%10+0x30; //计算出的心跳数/100得到心跳的百位，%100是取余的，就是除以100的余数，再除以10就得到十位了，以此类推
//数字后的单个数据+0x30的目的是得到对应数字的液晶显示码，数字0对应的液晶显示码是0x30，1是0x30+1，以此类推
}
if(num_OK>200)
{
View_Data[0]='-';
View_Data[1]='-';
View_Data[2]='-';
speaker=1; //不响
// XT=0;
}
View_Change=1; //计算出心率后启动显示
Xintiao_Jishu=0; //心跳计数清零
Xintiao_Change=0; //计算出心率后该变量清零，准备下次检测心率
stop=0; //计算出心率后stop清零
}
else//第一次脉冲时Xintiao_Change为0
{
Xintiao_Jishu=0; //脉冲计时变量清零，开始计时
Xintiao_Change=1;//Xintiao_Change置1，准备第二次检测到脉冲时计算心率
}
Xintiao_Con=0; //清零，准备检测下一次脉冲
break;
}
}
}
}
/**定时器T0工作函数**/
void Time0() interrupt 1
{
TH0=0xfc; //1ms
TL0=0x18; //重新赋初值
Xintiao_Jishu++; //心跳计数加
if(Xintiao_Jishu==5000)//心跳计数大于5000
{
Xintiao_Jishu=0; //数据清零
View_Change=1; //显示位置1
Xintiao_Change=0; //置零，准备再次检测
stop=1; //心跳计数超过5000后说明心率不正常或者没有测出，stop置1
speaker=1; //关闭蜂鸣器
}
}
/**定时器初始化函数**/
void Tim_Init()
{
EA=1; //打开中断总开关
ET0=1; //打开T0中断允许开关
ET1=1; //打开T1中断允许开关
TMOD=0x11; //设定定时器状态
TH0=0xfc; //1ms
TL0=0x18; //赋初值
TH1=0xd8; //10ms
TL1=0xf0; //赋初值
}
/**在指定地址显示指定数量的指定字符**/
/**Adress_Com显示地址，Num_Adat显示字符数量，Adress_Data显示字符串内容**/
void lcd_1602_word(uchar Adress_Com,uchar Num_Adat,uchar *Adress_Data)
{
uchar a=0;
uchar Data_Word;
LCD_WriteCom(Adress_Com); //选中地址
for(a=0;a<Num_Adat;a++) //for循环决定显示字符个数
{
Data_Word=*Adress_Data; //读取字符串数据
LCD_WriteData(Data_Word); //显示字符串
Adress_Data++; //显示地址加一
}
}
/***************1602函数*******************/
void LCD_WriteData(uchar LCD_1602_DATA) /********LCD1602数据写入***********/
{
delay5ms(); //操作前短暂延时，保证信号稳定
LCD_E=0;
LCD_RS=1;
LCD_RW=0;
_nop_();
LCD_E=1;
LCD_DATA=LCD_1602_DATA;
LCD_E=0;
LCD_RS=0;
}
/********LCD1602命令写入***********/
void LCD_WriteCom(uchar LCD_1602_COM)
{
delay5ms();//操作前短暂延时，保证信号稳定
LCD_E=0;
LCD_RS=0;
LCD_RW=0;
_nop_();
LCD_E=1;
LCD_DATA=LCD_1602_COM;
LCD_E=0;
LCD_RS=0;
}
void InitLcd() //初始化液晶函数
{
delay5ms();
delay5ms();
LCD_WriteCom(0x38); //display mode
LCD_WriteCom(0x38); //display mode
LCD_WriteCom(0x38); //display mode
LCD_WriteCom(0x06); //显示光标移动位置
LCD_WriteCom(0x0c); //显示开及光标设置
LCD_WriteCom(0x01); //显示清屏
delay5ms();
delay5ms();
}
void delay5ms(void) //5ms延时函数
{
unsigned char a,b;
for(b=185;b>0;b--)
for(a=12;a>0;a--);
}
基于51单片机的脉搏测量仪仿真源文件及源程序百度网盘链接：链接：https://pan.baidu.com/s/1SmSCnLM7eEt0QqP1d88I8g
提取码：tv3h