基于at89s51单片机的电子血压计设计毕业设计.doc
《基于at89s51单片机的电子血压计设计毕业设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于at89s51单片机的电子血压计设计毕业设计.doc(36页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、基于AT89S51单片机的电子血压计设计摘 要电子血压计具有易携带、精度高、智能化等特点,随着现代电子技术的发展,电子血压计呈现出家用化的趋势。然而传统单片机的电路设计复杂、稳定性不好、测量精度不高,因此本设计首先从血压测量方法切入设计出电路系统,然后以AT89S51单片机为控制核心,外围硬件电路由气体压力传感器US9111、串行A/D转换芯片ADC0832、LCD驱动芯片和其他模拟电路组成,同时采用KeiluVision2进行C语言编程来使硬件满足一个简易血压计的功能。本文所设计的血压计稳定性高,测量速度快,测量精度高,测试结果基本与水银血压计一致。另外,本系统的设计能满足人体健康测量需要,
2、对提高日常生活质量有很多好处,具有很高的市场价值。 关键词:单片机 血压计 传感器 精度The Design of Electronic Sphygmomanometer Based on AT89S51 MCUAbstractThe electronic blood pressure monitor is easy to be carried, high accuracy, intelligent features .With the development of modern electronic technology, electronic blood pressure monitor
3、shows the trend of the household. The circuit of the traditional microcontrollers design process is complex, and the stability is not good, as well as that the measurement accuracy is not high. Therefore, to sum up, the method of how to design the circuit system is the blood pressure measurement bri
4、efly, and then around the AT89S51 microcontroller development platform, composed of the peripheral hardware circuit by the gas pressure sensor US9111, the serial A/D conversion chip ADC0832, the LCD driver chip and other analog circuits under the preparation of KeiluVision2 the C programming languag
5、e. This sphygmomanometer designed perfect stability, excellent speed, high accuracy, and above all, the test results are basically consistent with the mercury sphygmomanometer. In addition, the design of this system meets the needs of the human health measurement. Moreover, there are many benefits t
6、o improve the quality of daily life, and of course it has a very high market value.Key Words: MCU; sphygmomanometer; sensor; accuracy;目 录1. 绪 论11.1 课题背景与现实意义11.2 血压计发展现状21.3 本文的研究内容32. 设计要求及方案论证42.1 血压测量原理42.2 设计要求52.3 设计方案52.4 器件介绍62.4.1 AT89S51单片机简介62.4.2 模数转换器ADC0832简介72.4.3 压力传感器(US9111-006-D)简介
7、92.4.4 运算放大器OP07和AD620简介103. 硬件电路设计113.1 数据处理模块113.2 模数转换模块123.3 1602点阵液晶显示123.4 气体压力传感器电路模块143.5 血压信号二次放大电路153.6 滤波电路153.7 气泵和气阀驱动电路174. 软件设计184.1 数据处理模块184.2 A/D转换模块194.3 液晶显示模块205. 系统性能测试23结 语24参考文献25附 录26附1 实物图26附2 部分程序代码27致 谢32IV1. 绪 论1.1 课题背景与现实意义伴随着单片机的不断升级,许多智能型电器设计都加入了单片机,单片机也成为许多产品不可或缺的一部分
8、,因此,现在的电子产品的开发单片机为核心。电子血压计就是电子产品中一个典型例子,目前,电子血压计在日常生活中得到越来越广泛的使用,它操作简单,使用者能迅速掌握其操作要点, 使用方便,冬天无 需使用者脱衣,并且测量时间段,极大的提高了工作效率。而且可 自动加压,排气,直接显示测量值,不要操作者熟练程度,听觉和环境等人为因素的干扰。在医疗保健中准确地提供血压信息是十分重要的,而现代人患血管疾病呈现低龄化趋势,如果经常测量自己的血压,就可以做到对自己的健康情况心里有数,早期发现问题,得到及时的治疗效果。单片机是电子血压开发的平台,它具有体积小、功耗低、功能强、稳定、可靠、使用灵活、性能、价格比高等显
9、著特点。中国从80年代起开始了单片机的热潮,三十多年过去了,单片机成为智能电器的一个不可缺少的部件,单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。单片机全称为单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)。它是将计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算机,通常片内都含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。如电机控制,UPS控制、信号处理等;内容较多、功能复杂的系统多采用嵌入式操作系统,单片机在各个领域都得到了广泛而又充分的应用,较微处理器更具个性的发展趋势
10、,得到了广大用户的认可1。单片机全称为单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)。它主要的技术发展方向是:不断扩展满足嵌入式应用时,对象系统要求的各种外围电路与接口电路,突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关,因此,发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看,Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面,最著名的厂家当数Philips公司,该公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势,将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此,当我们回顾嵌入式系统发展道路时,不要忘记Intel和Philips的历史功绩。
11、单片机是嵌入式系统的独立发展之路,向MCU阶段发展的重要因素,就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决;因此,专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展,基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此,对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用Windows和Linux操作系统。而51单片机是初学者基础入门的一种单片机,现在使用的型号主要有ATMEL公司89C51、8
12、9C52、89C2051;INTEL公司的80C31、80C51、87C51和其它如Philips、华邦等公司的许多产品。单片机是靠程序运行的,并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能,尤其是特殊的独特的一些功能,这是别的器件需要费很大力气才能做到的,有些则是花大力气也很难做到的1。总之,单片机开创了现代电子系统时代,成为主流电子系统。它带动了整个电子产业的发展,造就新一代电子精英,单片机将带你进入智能化电子领域和计算机工程控制领域,该设计对自己从事相关领域具有重要意义。1.2 血压计发展现状电子血压计从使用原理上为两类:一是听诊法(又称柯氏音法)电子血压计,目前只有极少数;二是示波法(又称
13、振荡法)电子血压计,是目前的主流血压计。电子血压计有臂式、腕式之分,其技术经历了最原始的第一代、第二代(臂式使用)、第三代(腕式使用)的发展,具体介绍如下所示2。第一代电子血压计(G1-NIBPM)使用MWD技术(减压时测量)。电路内部有快速加压气阀、电子快速排气阀、机械式定速排气阀和气压压力传感器等主要器件。第一代电子血压计有三个显著特征:一是使用了两个排气阀:电子快速排气阀和机械式定速排气阀;二是初始加压压力大多设定在200mmHg,强调加压速度要快,910秒内达到300mmHg等;三是加压刚停止时,放气速度超过7mmHg/s,23秒内后才能大致稳定为27mmHg/s。当快速加压到某一压力
14、时,通过一个机械式定速排气阀按27mmHg/s的速度放气,并在此放气过程中进行血压测量。第一代电子血压计在原理上存在缺陷,由于机械式定速排气阀的不稳定性,客观上提高血压初始压力。用户使用时,手臂有明显压迫感,同时由于机械式定速排气阀不稳定性,测量结果有时也会不稳定。当然,目前大部分国产血压计,初始压力大多设在190200mmHg,一定程度上可以克服加压速度造成测量不稳定问题。第二代电子血压计(G2-NIBPM)和第一代一样使用MWD技术(减压时测量)。使用的主要元器件有加压气泵、电子控制排气阀和气体压力传感器。与第一代电子血压计相比,第二代电子血压计只使用一个排气阀:电子控制排气阀,同时用于定
15、速排气及测量结束时的快速排气。当然第二代还有其他优点,如在加压过程中对血压进行一定程度的粗测量,用于决定加压压力,且在放气开始就稳定在34mmHg/s。这一代电子血压计解决了上一代存在的原理性缺陷,真正做到了定速排气,测量结果也相当稳定。第三代电子血压计(G3-NIBPM)与前两代不同,它采用MWI技术(加压时测量)。它有伺服加压气泵、电子控制排气阀和气压压力传感器等主要元器件组成。第三代在前两代的基础上增加了新功能,就是使用伺服加压气泵控制加压速度,在加压过程中测量血压。电子血压计经历了三代的发展,目前国内一些制造商,其技术水平都处于第一代,而且所有的方案提供商手上也只有这一代的技术方案;先
16、进的电子血压计技术都掌握在国外,这些公司主要有:欧姆龙、松下、爱安德、优胜医学和金亿帝。1.3 本文的研究内容本课题的内容就是要用AT89S51单片机为核心器件,通过C语言编程实现一个简单实用的电子血压计。首先根据电子血压计的具体性能与要求将其分为A/D转换、数据处理和数据显示三大模块,采用C语言对各个模块进行编程处理,然后运用Keil uvision 2软件进行软件仿真测试,最后通过ISP在线烧写器下载到实物电子血压计上进行调试,实现血压测量功能。本课题的主要工作首先是熟悉单片机和软件的使用;再是查阅资料进行方案设计;最后完成硬件电路设计和软件编写。本课题各章内容安排如下所示。第一章为基于A
17、T89S51单片机的电子血压计设计课题的概述。第二章阐述设计要求、方案论证及主要元器件功能介绍。第三章为硬件电路设计。第四章为软件设计。第五章为系统性能测试。2. 设计要求及方案论证2.1 血压测量原理血压的概念是指血管内的血液作用于血管管壁所产生的侧压力,也即血管侧面单位面积所承受的压力,通常以毫米水银柱(mmHg)为单位,1mmHg相当于133Pa或0.133kPa。它是人体健康的一项重要指标,在医学检测中精确测量血压是十分有必要的。一般医院通常所使用的是水银血压计,它是基于柯氏法,医生使用专业医用听诊器听到动脉血管产生的不同声音来判断收缩和舒张压。但这种方法存在一些不可避免的缺点:一是确
18、定舒张压比较困难;二是使用时仅凭人的视觉和听觉,带有个人主观因素。虽然以前出现过各种基于柯氏法电子血压计,但是还是不能克服其自身的缺点。目前,医学上大多数电子血压计都采用示波法,示波法电子血压计是目前的主流血压计3。示波法的测量过程与柯氏法类似,仍采用充气袖套来阻断上臂动脉血流。由于心搏的血液动力学作用,在气袖压力上将重叠与心搏同步的压力波动,即脉搏波。当气袖压力远高于收缩压时,脉搏波消失。随着袖套压力下降,脉搏波开始出现。当袖套压力从高于收缩压降到收缩压以下时,脉搏波会突然增大。到平均压时达到最大值。然后又随袖套压力下降而衰减。示波法血压测量就是根据脉搏波振幅与气袖压力之间关系来估计血压。与
19、脉搏波最大值对应的是平均值,收缩压和舒张压分别用对应脉搏波最大振幅的比例来确定。收缩压的确定采用最大振幅法,即在放气过程中脉搏波幅度包络线的上升段,当某一个脉搏波的幅度Ui与最大幅度Um(平均压)之比刚刚大于Ks(Ks为经验参数)时,就认为此时对应的气袖压力为收缩压。舒张压的确也是用最大振幅法来判定的,不过是在脉搏波幅度包络线的下降段,当某一个脉搏波的幅度Ui与最大幅度Um(平均压)之比刚刚小于Kd(Kd为经验参数)时,就认为此时对应的气袖压力为舒张压。图2.1 袖带压力、脉搏波形袖带气压和脉搏波经信号处理模块的处理后,得出如图2.1数据。图中的下方为被测者的脉搏波,上方为血压计升压和降压过程
20、中的袖带压力。在此基础上分析信号,提供收缩压、舒张压和平均压的计算。2.2 设计要求本设计以AT89S51单片机为控制核心,功能是实现人体血压的精确测量,并且采用了合适的人机接口,基本功能框图如图2.2所示。设计的基本功能要求如下所示。(1)血压测量:测量方式为上臂式。(2)液晶显示:选择1602点阵液晶显示屏显示人体血压信息。(3)按键控制:按键主要由开始键和复位键两个按键组成。开始键控制测量开始。复位键使显示数据复位,为再次测量血压作准备。电子血压计血压测量液晶显示按键图2.2 电子血压计基本功能框图上述是电子血压计的基本组成和功能,是一个简易实用的电子血压计。市场上的血压计除了具备基本功
21、能外,还可能具有其他附加功能,如温度测量和时钟功能等。2.3 设计方案由于现代化的电子血压计功能不断增加,在给我们提供各种服务功能的同时,也使用愈加繁琐,对此,我们可以根据自己的需求设计简易电子血压计。本次设计以AT89S51单片机为控制核心,并结合C语言编程来设计电子血压计。整个系统分为硬件和软件两个部分,硬件部分主要由单片机最小系统,压力传感器,放大电路,A/D转换和显示部分组成。软件部分主要由数据处理模块,A/D转换模块和显示模块组成。系统中人体上臂血压经过压力传感器,产生含有脉搏波的袖带压力信号。袖带的压力为直流电压信号,脉搏波为频率小于2Hz的低频电压信号。含有脉搏波的袖带压力信号经
22、过一次放大后,袖带压力信号传送至ADC0832通道0进行模数转换,采集袖带气压进行。为了得到脉搏波信号,必须滤除传感器产生的直流分量。然后再对脉搏波信号进行二次放大滤波,最后接到ADC0832通道1进行模数转换。经A/D转换后通过显示电路进行输出显示。该血压计能正确的测量和显示人体血压,血压数据能正确显示。电子血压计总体设计框图如图2.3所示。图2.3 电子血压计总体设计框图2.4 器件介绍2.4.1 AT89S51单片机简介AT89S51是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含4k Bytes ISP可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器。器件采用ATMEL公司的高密度、非易
23、失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构。芯片内集成通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,功能强大的微型计算机AT89S51成为许多嵌入式控制应用系统的控制核心。AT89SXX系列单片机实现了ISP下载功能,因此取代89CXX系列的下载方式,正因为这样,ATMEL公司已经停产了89CXX系列的单片机,现在市面上的AT89CXX多是停产前的库存产品。所以综合考虑采用ATMEL公司的AT89S51芯片4。图2.4.1为AT89S51单片机系统结构框图,由图可以看出,单片机内部主要包含下列几个部件所示。图2.4.1 AT89S51单片机系统结构框图 8位CPU。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 at89s51 单片机 电子 血压计 设计 毕业设计
限制150内