基于单片机的脉搏心率测量仪-参考论文(7)

4.5 软件说明

本程序采用C语言，程序的可读性非常好。

程序中对前一次测量的脉搏心率数据进行了自动保存，并且用数码显示。 程序在执行过程若发现有干扰则忽略该干扰而不显示，进一步减少读入数据 的误差。

第五章 抗干扰措施及使用方法

5.1抗干扰措施

为了提高测量仪的精确度，系统首先要解决的是硬件方面的干扰问题。光电式脉搏心率测量仪的测量过程中，前端测量到的脉搏心率信号十分微弱，容易受到外界环境干扰，其中主要的干扰源有测量环境光干扰、电磁干扰、测量运动噪声。

5.1.1环境光对脉搏心率传感器测量的影响

在光电式脉搏心率传感器中，光敏器件接收到的光信号不仅包含脉搏心率信息的透射光的信号，而且包含测量环境下的背景光信号，由于动脉波动引起的光强变化比背景光的变化微弱得多，因此在测量过程当中要保持测量背景光的恒定，减少背景光的干扰[13]。

测量环境下的背景光包含环境光和在测量过程中引起的二次反射光。为了减少环境光对脉搏心率信号测量的影响，同时考虑到传感器使用的方便性，采用密封的指套式包装方式，整个外壳采用不透光的介质和颜色，尽量减小外界环境光的影响，为了避免测量过程中的二次反射光的影响，在指套式传感器的内层表面涂上一层吸光材料，这样能有效减少二次反射光的干扰。

加上指套式外壳后的脉搏心率传感器测量到的脉搏心率波形比较平滑。这是因为加指套式的脉搏心率传感器中环境光在测量过程中基本不受外界环境光的影响，而且能够有效减少二次反射光，使照射到手指上的光波长单一，所以得到

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的脉搏心率信号较为稳定，没有明显的重叠杂波信号，能够很好的体现出脉搏心率波形的特征。

5.1.2电磁干扰对脉搏心率传感器的影响

通过光电转换得到的包含脉搏心率信息的电信号一般比较微弱，容易受到外界电磁信号的干扰，在传统的光电式脉搏心率传感器电路中，由于光敏器件和放大电路是分离的，那么在信号的传递过程就很容易受到外界电磁干扰，通常在一级放大电路采用电磁屏蔽的方式来消除电磁干扰[14]。本系统采用了新型的光敏器件，在芯片内部集成光敏器和一级放大电路，有效地抑制了外界电磁信号对原始脉搏心率信号的干扰。

工频干扰是电路中最常见的干扰，脉搏心率信号变化缓慢，特别容易受到工频信号的干扰，因此对工频信号干扰的抑制是保证脉搏心率信号测量精度的主要措施之一。通常脉搏心率信号的频率范围在0.3－30Hz之间，小于工频50Hz，因此通过低通滤波器可以有效滤除工频干扰，这在信号调理电路中容易实现；同时可以在控制电路中对光源进行脉冲调制，这样不但能够降低系统的功耗，而且能够在一定程度上减小外界的电磁干扰，在脉搏心率信号数据采集后，可以通过数据处理法方法进一步滤除工频信号的干扰[15]。

5.1.3 测量过程中运动噪声的影响

测量过程当中，通常情况下手指和光电式脉搏心率传感器可能产生相对的运动，这样对脉搏心率测量产生误差，可以通过2个方面减少运动噪声误差：一是改善指套式传感器的机械抗运动性，比如说使指套能够更紧的套在手指上，不易松动；二是从脉搏心率信号处理的角度，通过算法来减小误差。对于传感器的设计，现在采用的主要是第一个途径。

5.2测量仪使用方法

测量仪通电后，数码管全部显示0。把手轻轻置于右下角的传感器中，以稍微有压迫感为宜，这时很快就可以看到红色发光二极管会伴随你的脉搏心率而闪烁，让你直观的看到自己脉搏心率跳动的速度，按下复位键后单片机和显示部分开始工作，单片机立刻开始计数，同时数码管显示出你的心率和测试的时间，非

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常方便。如果偶尔出现不稳的情况，请按复位键对系统进行复位。

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第6章 系统调试

6.1 系统调试

根据系统设计方案，本系统的调试可分为两大部分：模拟部分和纯MCU部分。由于在系统设计中采用模块化设计，所以方便了对各电路功能模块的逐级测试。断开两部分的连接点，先调试MCU部分。试着输入一系列脉冲（用适当的电阻接正极，间断性地输入），观察MCU部分能是否能显示；模拟部分用不透明的笔在红外发射二极管和接收三级管之间摇摆，借助示波器观察波形效果如何。单片机软件先在最小系统板上调试，确保工作正常之后，再与硬件系统联调。最后将各模块组合后进行整体测试，使系统的功能得以实现。 1.放大倍数的增加

传感器的输出端经示波器观察有幅度很小的正弦波，但经整形输出后检测到的脉冲还是很弱，在确定电路没有问题的情况下，加强信号的放大倍数，调整电阻R12和R13的阻值。 2. 时钟的调试

根据晶体振荡频率计算出内部定时器的基本参数，通过运行一段时间可通过秒表来校正后,看时间误差的量,以这个量为依据改变程序中的内部定时器基本参数,就可使时钟调准确。 3. 开机后无显示

首先检查交流电源部分，有无交流，若无则可能保险管或变压器烧坏，如有继续查直流有无，如无则电源已烧坏，可更换解决。 4. 显示正常但经适当运动后测量，脉搏心率次数没有增加 可能是前置放大级有问题，可采用更换的办法判断并排除。 5. 进人测量状态, 但测量值不稳定

主要是光电传感器受到电磁波等干扰，其次是损坏或有虚焊。 6. 开机后显示不正常或按键失灵

可查手指摆放的位置或按键电路，若无故障则是硬件损坏。 7. 电源的改变

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理论上模拟部分有三处电压应为5V，但经过测试，全部使用5V电压也是可行的。

6.2 系统检验

系统上电后等待测试状态，如图6.1所示：

图6.1

测量中显示的数据，如图6.2所示：

图6.2

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