1. 研究目的与意义
研究背景：随着科技发展的不断提高，生命科学和信息科学的结合越来越紧密，出现了各种新颖的脉搏测量仪器，特别是电子脉搏仪的出现，使脉搏测量变得非常方便。脉诊在我国已具有2600多年临床实践，是我国传统中医的精髓，但祖国传统医学采用“望、闻、问、切”的手段进行病情诊断，受人为的影响因素较大，测量精度不高。科技的创新，脉搏测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法，脉搏测量可利用电子仪器测量出精度更就的数据。人体脉搏信号中包含丰富的生理信息，也逐渐引起了临床医生的很大兴趣，达到了方便、快捷、准确的测量脉搏的目的。随着电子测量技术的迅速发展，现代电子测量仪器以极快的速度向数字化、自动化的方向发展。制成的脉搏测量仪器性能良好，结构简单，有较好的应用和推广价值。
2. 研究内容和预期目标
主要研究内容：
通过查阅资料发现主要的脉率采集有三种方法：采用一对红色发光二极管实现、采用反射式的红外管实现和采用压电陶瓷芯片实现。方法一：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，本脉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，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。方法二：采用反射式的红外管。现在市场上的脉率计普遍采用这种传感器来采集信号，因为此红外管接收和发射都在手指的同一侧，所以就不用考虑每个人手指情况不同所造成的麻烦了。但是同样的，对红外的知识了解相对匮乏，得到需要的信号也不太容易。方法三：采用压电陶瓷片通过脉搏的跳动采集信号。随着心脏的搏动，人体手腕的脉搏和颈部的搏动较为明显，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。当脉搏跳动时，压电陶瓷片便会产生相应的信号，虽然这是一种很陈旧的方法，但是却很实用，测试的时候能够明显的观测到信号的变化。
3. 研究的方法与步骤
| 拟采用的研究方法：
图1 本次研究的基本框架如图1所示，根据题目的需求，本次研究需要用到LM358运放电路，独立按键，LCD显示屏等外部设备。通过独立按键输入指令选择系统执行不同的命令，传感器采集信号，脉冲信号经过运放电路传到单片机。单片机结合时钟定时器对脉冲信号进行运算，得到脉搏信息显示在LC显示屏上。
图2 本设计的难点在软件编码与调试这一部分，软件这部分用C语言编写，C语言编写比较简单，而且看起来脉络清晰，明白，易懂。并且调试、修改起来也比较方便。编写时各个模块可以独立编写，各个模块用一个函数表示，需要时只需调用即可，最后再将各个模块联系起来。重点在硬件设计，硬件设计主要就是各个模块的设计，其关键在于仪器选型和电路设计，如：显示电路用显示屏显示，键盘主要用于设定脉搏波速上下限，不在此范围，则就报警。 器件的选择： MCU的选型 单片机作为脉搏测量仪的“大脑”，在本次的脉搏测量仪中起着运筹帷幄的作用。所以选择好我们的主板是最为关键的一步，这里我综合参考了三种不同的单片机型号如下： 1、 MSP430系列的单片机。这种型号的单片机我们平常接触的比较少，相比51系列，MSP430系列算是“新人”，96年市场上才大面积可循，不过确实性能很棒，16位的高级性能、超级低功耗的处理器。不过这种单片机多用于要电池供电的仪器上，而且价格较高不太适合我们这次的普通开发。 2、 STC89C52单片机。STC89C52是我们最熟悉的51系列的单片机中的一款，有一个高级性能八位处理器。经典51内核；8K字节程序存储空间；512字节数据存储空间；内带4K字节EEPROM存储空间；32个I/O口，可直接使用串口下载。51系列单片机是我们在大学里最为常见的一种入门级开发板，简单易上手，而且便宜。 3、 STM32系列单片机。其实之所以没有选择STM32作为本次实验的开发板，更多的是因为相较于STM32，我们平时课本、实验接触的51系列更多点，因而更熟悉。但在实际的应用中，STM32对51系列的优势还是很大的，也是现在较为主流的开发板。 综合比对之后，我选择了STC89C52作为我此次实验的主控模块。 显示屏的选型 显示屏作为脉搏测量仪的“嘴巴”，需要将测量者的心率信息、温度信息以及历史记录图像化的呈现出来，所以我选择LCD显示屏作为我的显示模块，目前单片机开发中常用的LCD显示屏有下面两种—— 1、 LCD1602。LCD1602是一种有十六乘二的字符液晶型显示屏，它优势点在显示字母和数字时候相当的方便，控制简单，成本较低。缺点是显示的字体特别地容易受字体大小的限制，尤其是不能显示图形。 2、 LCD12864。LCD12864显示屏是一种点阵液晶显示屏幕，它主要由一百二十八乘六十四的全点阵液晶显示。优势点有功耗特别低，体积非常的小，重量超级轻。缺点是液晶显示信息量大，相当来说程序和电路都比较复杂并且价格较高。 因为在本次实验中，并没有图形和曲线需要显示，所以结合成本考虑，最后选择LCD1602作为我的显示模块。 传感器的选型 传感器是我们采集脉搏信息的重要器件，传感器的选型决定了脉搏测量的难易程度与准确性，所以我参考了两种常见的传感器—— 1、 光电传感器。光电传感器测脉搏主要是依据氧合血红蛋白和还原血红蛋白在可见光和接近红外线的频谱范围内具有不同的吸收特性，还原血红蛋白对红外频率光线吸收较小，氧合血红蛋白吸收较多，因此对动脉的血红蛋白流动时透过红外传感器的阴影的测量间接地测量脉搏的频率。 2、 压电传感器。压电传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器。所谓压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变（包括弯曲和伸缩形变）时，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷的现象。通过此现象可以提取出人的脉搏信号。 相对于压电传感器，光电传感器在市面上更加的常见，而且价格上也更亲民，所以综合考虑，我最后选择红外对管。 另外在本次实验中还额外增加了一个温度传感器用于对室温，人体温度的测量，因为这里对温度传感器没有特殊的要求，所以选择DS18B20。
步骤： （1） 通过查阅相关资料，对不同的方案进行筛选和设计； （2） 理论计算与分析。通过大量的数据计算，计算和验证各器件的参数，分析出方案中存在的一些问题，并加以改进； （3） 绘制电路图，编写功能模块的程序并且进行仿真，得出结论； （4） 制作电路板，焊机实物； （5） 测试结果与分析调试。
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4. 参考文献
[1]程咏梅,夏雅琴,尚岚.人体脉搏波信号检测系统[j].北京生物医学工程,2006,(5).520-523.
[2]周洪建,蔡桂艳.三波长无创血氧饱和度测量算法及应用[j].中国生物医学工程学报,2007,(5).680-683,689.doi:10.3969/j.issn.0258-8021.2007.05.008.
[3]郝东来,罗文,张海峰,等.基于msp430的便携式心率计的设计[j].今日电子,2008,(12).99-101.
5. 计划与进度安排
（1）1周~4周：进行课题相关外文的翻译和文献的调研；
（2）5周~7周：对方案进行初步分析，并且计算和验证各器件的参数；
（3）8周~9周：绘制课题相关电路图并且仿真，得出结论；
