1、单片机课程设计报告 AVR与虚拟仪器12020 年 6 月 23 日资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。单片机课程设计报告石天卓、孙虎、 李其鲁摘要 : 以 Mega16 芯片为核心 , 以 SMA1602 为显示设备 , 以压电陶瓷片为信号采集设备的心率计关键字 : Mega16 SMA1602压电陶瓷片一设计的系统的目的、用途、 功能我们一般看到在许多小型医院,对心率的测定仍采用人工听诊器的方式 , 为了方便心率的采集, 我们决定利用Mega16 单片机为主芯片制造一简单易用易携的心率计, 能够实现自动计录心跳次数并数字化形象直观的显示出来。为此, 其中心率计特色功
2、能的实现主要靠有效稳定的信号采集模式 , 我们经过查阅资料发现主要的心率采集有两种方法 : 经过一对红色发光二极管实现和经过压电陶瓷芯片实现。方案一 : 检测的基本原理 : 随着心脏的搏动 , 人体组织半透明度随之改变。当血液送到人体组织时 , 组织的半透明度减小 ; 当血液流回心脏 , 组织的半透明度增大。这种现象在人体组织较薄的手指尖、 耳垂等部位最为明显。因此 , 本心率计将红外发光二极管产生的红外线照射到人体的上述部位 , 并用装在该部位另一侧或旁边22020 年 6 月 23 日资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。的红外光电管来检测机体组织的透明程度并把它转换
3、成电信号。由于此信号的频率与人体每分钟的脉搏次数成正比 , 故只要把它转换成脉冲并进行整形、 计数和显示 , 就能实现实时检测脉搏次数的目的。方案二 : 检测的基本原理 : 随着心脏的搏动 , 人体手腕的脉搏和颈部的搏动较为明显 , 我们采用压电传感器放于上述部位 , 把压电传感器测得的信号转换成脉冲并进行整形、 计数和显示 , 就能实现实时检测脉搏次数的目的。二硬件设计思想和电原理图心率计精华即有效稳定的信号采集模式 , 我们经过查阅资料发现主要的心率采集有两种方案 : 经过一对红色发光、 接受二极管实现和经过压电陶瓷芯片实现。由于压电陶瓷芯片会不可避免得产生误差 , 有时是和信号相似的低频
4、率波形 , 即便经过低通滤波电路仍不可完全消除 , 因而我们首选了红色发光、 接受二极管作为我们的设计方案 , 检测原理如下 :随着心脏的搏动 , 人体组织半透明度随之改变。当血液送到人体组织时 , 组织的半透明度减小 ; 当血液流回心脏 , 组织的半透明度增大。这种现象在人体组织较薄的手指尖、耳垂等部位最为明显。因此 , 将红外发光二极管产生的红外线照射到人体的上述部位, 并32020 年 6 月 23 日资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。用装在该部位另一侧或旁边的红外光电管来检测机体组织的透明程度并把它转换成电信号。由于此信号的频率与人体每分钟的脉搏次数成正比 ,
5、 故只要把它转换成脉冲并进行整形、 计数和显示 , 就能实现实时检测脉搏次数的目的。以下是我们的红外线二极管方案的采集电路部分:但由于红外二极管发射和接受端总是不能有效得检测出脉冲波形 , 我们又缺乏对红外二极发射和接受管的了解 , 最后不得以放弃原有的设计方案 , 改为选用我们的第二套方案压电陶瓷传感器法。以下是我们的实验原理:随着心脏的搏动, 人体手腕的脉搏和颈部的搏动较为明显, 我们采用压电传感器放于上述部位, 压电陶瓷片将脉搏振动转化为电压信号 , 我们将压电陶瓷片测得的信号转换成脉冲并进行整形、计数和显示 , 从而实现实时检测脉搏次数的目的。虽然采取了滤波电路 , 但人体手腕的运动或
6、颈部的运动如说话依然会对信号采集产生影响 , 我们在采集信号的过程中仍需小心。42020 年 6 月 23 日资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。三硬件单元的使用说明:功能 :选用压电陶瓷片为我们的传感器, 用 LM324 芯片 IC1a 和 2 个电阻组成我们的功率放大电路 , 用 LM324 芯片 IC1b 组成我们的低通滤波电路 , 运用 mega16 作为我们的处理器 , 选择 LA1602 作为我们显示装置 , 选择普通的 5V 蜂鸣器作提示使用 , 电路图如下 :其中 , 信号采 集部 分 的电路图为 :52020 年 6 月 23 日资料内容仅供参考，如有
7、不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。四、 软件设计思想 :心脏跳动时会引起脉冲的变化 , 必然会产生上升沿与下降沿 , 因此在这里我们采用 T0 的下降沿触发。但压电陶瓷受外界的影响较大 , 电路中还设计连接了由IC1a、 R4 、 C4 组成的截止频率为10Hz 左右的低通滤波器电路, 以便进一步滤除干扰。滤波后的信号太过微弱 , 我们需要对它进行信号放大。放大电路采用LM324放大倍数A=1+R2/R1 。电 R1,R2 分别为 10K, 5 欧。由于没有买到5 欧的电阻 , 我们用了两个10 欧的并联代替。放大后的信号经过T0 口进入 Mega16。当有下降沿到来时 TCNT0 会自动
8、计数。人的心律一般在 50 150 之间 , 我们不用担心 TCNT0 会自动溢出。另外我们计时采用的是 CVAVR 的延时程序 , 有误差但很小。当一分钟到时蜂鸣器会响一声, 提示我们计数已经结束。为了方便计数我们还用了复位键, 当 Mega16 开始计数时, 蜂鸣器一样会响一下。 Mega16 采集到的信号我们经过PA 口输出到SMC1602 中。SMC1602 是一种液晶数字显示模块, 能够经过对其变成来实现显示内容。我们不但经过它显示出了心率而且能够分析出被测者心律的好坏。五、 软件流程图62020 年 6 月 23 日资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。开 始
9、取结显 示 脉初始化蜂鸣器正 常高了低了开始计数显 示 具一分钟到SMC1602 显六、 系统测试过程及测试数据我们采用红外线发射、 接受二极管作为我们的采集装置时 , SMA1602 工作正常 , 但显示测得的心率总为 0, 错误的可能无非两种 : 程序的错误和硬件采集电路的错误。为控制单一变量 , 我们对单片机 PB0 口输入方波脉冲 , 实验 LCD 屏成功精确显示出了脉冲个数 , 说明程序编写正确, 而硬件采集电路存在错误。后来, 李其鲁又多次检测电路焊接, 石天卓和孙虎多次检测电路设计原理 , 均没有发现错误。不得以 , 我们将自己焊接的电路拿到实验室用示波器进行检测 , 发现错误出现在右图所示部分:Q1 端没有电流变化。那么能够确定, 问题出在红外线二极发射与接受管上, 于是 , 我们查了它们具体的参72020 年 6 月 23 日
