基于单片机的脉搏波采集系统的设计

张心歌

摘 要 脉搏波信号当中包含着人体最重要、最基本的生理参数，对诊断心脏及心血管疾病具有重要的临床诊断价值。本设计以STC89C52单片机为控制核心，利用压电脉搏传感器采集脉搏波，经信号放大、滤波、A/D转换后送入单片机处理，显示脉搏测量结果，并通过串口电路送上位机显示波形。

关键词 STC89C52；脉搏信号；信号调理电路；HK-2000B

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）05-0031-02

当前社会已经把追求自身和家人的健康作为一种时尚。但是由于人们的饮食结构和生活起居习惯的不合理，导致心血管疾病等慢性病成为威胁人类健康的高发病，如何监测和预防心血管疾病已成为日常保健不可缺少的重要部分。

传统中医的脉搏诊断主要依赖于医生各自的经验和主观判断，使得医生对脉象的辨识缺乏客观、统一、精确的标准。因此，采集脉搏波并在PC机上对脉搏波进行客观处理对更好的诊断和预防心脑血管疾病有着很强的社会意义和研究价值。

1 系统体系结构

本系统由单片机、脉搏传感器、信号调理电路、A/D转换器和串口通信电路等主要模块组成。系统结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图

脉搏传感器对人体脉搏波信号进行采集，并将采集到的信号通过信号调理电路进行放大、滤波等预处理，再将预处理后的模拟信号经过A/D转换变为数字信号，送入单片机进行计算并显示，最后由串行通信电路传至上位机，为更加详尽的病理分析做准备。

2 硬件电路设计

2.1 传感器的选取

本设计所选取的脉搏传感器是华科电子生产的HK-2000B型压电脉搏传感器。其内部将力敏元件（PVDF压电膜）、灵敏度温度补偿元件、温感元件、简单信号调理电路通过高度集成化工艺集成在传感器里，是一种软接触式的无创伤脉搏传感器，能将脉搏的压力转换为和脉压对应模拟电压信号。另外，传感器的采样频率为200 Hz，完全能满足脉搏信号采集需要。

2.2 信号调理电路

由脉搏传感器所提取的脉压信号幅值微小、频率低、随机性强。另外，采集过程不可避免地要引入一些干扰信号，如：检测现场很多电气设备运行时的干扰噪声、电子线路固有的热噪声和散粒噪声等，这些噪声会叠加在微弱的脉搏信号上，削弱和影响了脉搏信号的真实性，因此在数据正式使用之前要对其进行预处理。本设计主要通过信号放大、滤波等方式对信号进行预处理，以达到提高有效信号幅值，滤除干扰信号的目的。

1）放大电路的设计。因为传感器采样输出电压是-0.1 V～0.6 V，幅值微小且有负电压存在，而A/D转换器MAX1240定义的最低转换极限为0V。因此需要放大电路提升信号幅值。本设计选用LM358构成放大电路如图2所示。满足A/D转换采样电压要求。

图2 放大电路

2）滤波电路的设计。根据临床经验，人体脉搏通常在40～180次/min，其频率约为0.6 Hz～3 Hz，脉搏波的绝大部分能量集中在30 Hz以下，另外，为了避免工频50 Hz的干扰。LPF的转折频率取40 Hz，HPF的转折频率取0.1 Hz。则HPF的通带频率范围为0.1 Hz～40 Hz。滤波电路如图3所示。

图3 滤波电路

2.3 A/D转换电路

本设计要求所采集的信号具有较高的分辨率，选用MAXIM公司生产的单通道12位逐次逼近型串行A/D转换器。它外围电路简单，共有8个管脚，模拟信号由AIN管脚输入，DOUT、CS、SOLK管脚分别与单片机P1.2、P1.1、P1.0相连。经使用，其转换速度快，工作可靠，适用于数据采集系统中。

2.4 主控芯片

本设计选用单片机STC89C52作为主控芯片，主要完成信号的A/D转换、测量数据显示及与上位机的串口通信功能。STC89C52系列单片机是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，使用经典的MCS-51内核，指令代码与传统8051单片机完全兼容但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。满足本设计需要和日后扩展的需求。

2.5串口与上位机连接电路

串口通信的由于其线路简单、设计成本较低，在速度要求不高的近距离数据传送中应用广泛。单片机将从MAX1240采集到的12位数据经处理分成两个字节的数据后，再经过串口通信电路发送到COM，可以连接电脑等常规D型串行接口。MAX232是美信公司为RS232标准串口设计的接口电路，TXD与RXD分别与单片机的RXD与TXD相连，右下角的DB9 插头连接计算机的串行口。本设计采用此连接方式，除作串口通信外，本电路也是ISP程序下载电路。

3 软件设计

本设计中单片机对数据所进行的处理相对简单，程序设计流程如图4所示。

4 结束语

本文通过对脉搏波采集系统硬件和软件详细的介绍，完成了系统的设计过程。经实验调试，采集到的信号清晰平稳，噪声基本滤除，整个系统具有一定的稳定性，并能在PC机上显示波形。可应用于中老年人或心脑血管疾病患者的监护以及日常的健康检测。

图4 程序设计总流程图

参考文献

[1]景军，牛英勃，景桂芳，等.基于无线传输技术的人体脉搏采集分析系统[J].微处理机，2009，30（6）.

[2]张洪润，张亚凡.传感器技术与应用教程[M].北京：清华大学出版社，2005.

[3]刘涛，赵艳飞，刘志刚，等.基于STC89C52的多通道脉搏采集系统设计[J].现代电子技术，2011，34（15）.

[4]蒋超，金陶威，李世娇，等.高精度无线脉搏波采集系统[J].电子测量技术，2013，39（7）.endprint

摘 要 脉搏波信号当中包含着人体最重要、最基本的生理参数，对诊断心脏及心血管疾病具有重要的临床诊断价值。本设计以STC89C52单片机为控制核心，利用压电脉搏传感器采集脉搏波，经信号放大、滤波、A/D转换后送入单片机处理，显示脉搏测量结果，并通过串口电路送上位机显示波形。

关键词 STC89C52；脉搏信号；信号调理电路；HK-2000B

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）05-0031-02

当前社会已经把追求自身和家人的健康作为一种时尚。但是由于人们的饮食结构和生活起居习惯的不合理，导致心血管疾病等慢性病成为威胁人类健康的高发病，如何监测和预防心血管疾病已成为日常保健不可缺少的重要部分。

传统中医的脉搏诊断主要依赖于医生各自的经验和主观判断，使得医生对脉象的辨识缺乏客观、统一、精确的标准。因此，采集脉搏波并在PC机上对脉搏波进行客观处理对更好的诊断和预防心脑血管疾病有着很强的社会意义和研究价值。

1 系统体系结构

本系统由单片机、脉搏传感器、信号调理电路、A/D转换器和串口通信电路等主要模块组成。系统结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图

脉搏传感器对人体脉搏波信号进行采集，并将采集到的信号通过信号调理电路进行放大、滤波等预处理，再将预处理后的模拟信号经过A/D转换变为数字信号，送入单片机进行计算并显示，最后由串行通信电路传至上位机，为更加详尽的病理分析做准备。

2 硬件电路设计

2.1 传感器的选取

本设计所选取的脉搏传感器是华科电子生产的HK-2000B型压电脉搏传感器。其内部将力敏元件（PVDF压电膜）、灵敏度温度补偿元件、温感元件、简单信号调理电路通过高度集成化工艺集成在传感器里，是一种软接触式的无创伤脉搏传感器，能将脉搏的压力转换为和脉压对应模拟电压信号。另外，传感器的采样频率为200 Hz，完全能满足脉搏信号采集需要。

2.2 信号调理电路

由脉搏传感器所提取的脉压信号幅值微小、频率低、随机性强。另外，采集过程不可避免地要引入一些干扰信号，如：检测现场很多电气设备运行时的干扰噪声、电子线路固有的热噪声和散粒噪声等，这些噪声会叠加在微弱的脉搏信号上，削弱和影响了脉搏信号的真实性，因此在数据正式使用之前要对其进行预处理。本设计主要通过信号放大、滤波等方式对信号进行预处理，以达到提高有效信号幅值，滤除干扰信号的目的。

1）放大电路的设计。因为传感器采样输出电压是-0.1 V～0.6 V，幅值微小且有负电压存在，而A/D转换器MAX1240定义的最低转换极限为0V。因此需要放大电路提升信号幅值。本设计选用LM358构成放大电路如图2所示。满足A/D转换采样电压要求。

图2 放大电路

2）滤波电路的设计。根据临床经验，人体脉搏通常在40～180次/min，其频率约为0.6 Hz～3 Hz，脉搏波的绝大部分能量集中在30 Hz以下，另外，为了避免工频50 Hz的干扰。LPF的转折频率取40 Hz，HPF的转折频率取0.1 Hz。则HPF的通带频率范围为0.1 Hz～40 Hz。滤波电路如图3所示。

图3 滤波电路

2.3 A/D转换电路

本设计要求所采集的信号具有较高的分辨率，选用MAXIM公司生产的单通道12位逐次逼近型串行A/D转换器。它外围电路简单，共有8个管脚，模拟信号由AIN管脚输入，DOUT、CS、SOLK管脚分别与单片机P1.2、P1.1、P1.0相连。经使用，其转换速度快，工作可靠，适用于数据采集系统中。

2.4 主控芯片

本设计选用单片机STC89C52作为主控芯片，主要完成信号的A/D转换、测量数据显示及与上位机的串口通信功能。STC89C52系列单片机是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，使用经典的MCS-51内核，指令代码与传统8051单片机完全兼容但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。满足本设计需要和日后扩展的需求。

2.5串口与上位机连接电路

串口通信的由于其线路简单、设计成本较低，在速度要求不高的近距离数据传送中应用广泛。单片机将从MAX1240采集到的12位数据经处理分成两个字节的数据后，再经过串口通信电路发送到COM，可以连接电脑等常规D型串行接口。MAX232是美信公司为RS232标准串口设计的接口电路，TXD与RXD分别与单片机的RXD与TXD相连，右下角的DB9 插头连接计算机的串行口。本设计采用此连接方式，除作串口通信外，本电路也是ISP程序下载电路。

3 软件设计

本设计中单片机对数据所进行的处理相对简单，程序设计流程如图4所示。

4 结束语

本文通过对脉搏波采集系统硬件和软件详细的介绍，完成了系统的设计过程。经实验调试，采集到的信号清晰平稳，噪声基本滤除，整个系统具有一定的稳定性，并能在PC机上显示波形。可应用于中老年人或心脑血管疾病患者的监护以及日常的健康检测。

图4 程序设计总流程图

参考文献

[1]景军，牛英勃，景桂芳，等.基于无线传输技术的人体脉搏采集分析系统[J].微处理机，2009，30（6）.

[2]张洪润，张亚凡.传感器技术与应用教程[M].北京：清华大学出版社，2005.

[3]刘涛，赵艳飞，刘志刚，等.基于STC89C52的多通道脉搏采集系统设计[J].现代电子技术，2011，34（15）.

[4]蒋超，金陶威，李世娇，等.高精度无线脉搏波采集系统[J].电子测量技术，2013，39（7）.endprint

摘 要 脉搏波信号当中包含着人体最重要、最基本的生理参数，对诊断心脏及心血管疾病具有重要的临床诊断价值。本设计以STC89C52单片机为控制核心，利用压电脉搏传感器采集脉搏波，经信号放大、滤波、A/D转换后送入单片机处理，显示脉搏测量结果，并通过串口电路送上位机显示波形。

关键词 STC89C52；脉搏信号；信号调理电路；HK-2000B

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）05-0031-02

当前社会已经把追求自身和家人的健康作为一种时尚。但是由于人们的饮食结构和生活起居习惯的不合理，导致心血管疾病等慢性病成为威胁人类健康的高发病，如何监测和预防心血管疾病已成为日常保健不可缺少的重要部分。

传统中医的脉搏诊断主要依赖于医生各自的经验和主观判断，使得医生对脉象的辨识缺乏客观、统一、精确的标准。因此，采集脉搏波并在PC机上对脉搏波进行客观处理对更好的诊断和预防心脑血管疾病有着很强的社会意义和研究价值。

1 系统体系结构

本系统由单片机、脉搏传感器、信号调理电路、A/D转换器和串口通信电路等主要模块组成。系统结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图

脉搏传感器对人体脉搏波信号进行采集，并将采集到的信号通过信号调理电路进行放大、滤波等预处理，再将预处理后的模拟信号经过A/D转换变为数字信号，送入单片机进行计算并显示，最后由串行通信电路传至上位机，为更加详尽的病理分析做准备。

2 硬件电路设计

2.1 传感器的选取

本设计所选取的脉搏传感器是华科电子生产的HK-2000B型压电脉搏传感器。其内部将力敏元件（PVDF压电膜）、灵敏度温度补偿元件、温感元件、简单信号调理电路通过高度集成化工艺集成在传感器里，是一种软接触式的无创伤脉搏传感器，能将脉搏的压力转换为和脉压对应模拟电压信号。另外，传感器的采样频率为200 Hz，完全能满足脉搏信号采集需要。

2.2 信号调理电路

由脉搏传感器所提取的脉压信号幅值微小、频率低、随机性强。另外，采集过程不可避免地要引入一些干扰信号，如：检测现场很多电气设备运行时的干扰噪声、电子线路固有的热噪声和散粒噪声等，这些噪声会叠加在微弱的脉搏信号上，削弱和影响了脉搏信号的真实性，因此在数据正式使用之前要对其进行预处理。本设计主要通过信号放大、滤波等方式对信号进行预处理，以达到提高有效信号幅值，滤除干扰信号的目的。

1）放大电路的设计。因为传感器采样输出电压是-0.1 V～0.6 V，幅值微小且有负电压存在，而A/D转换器MAX1240定义的最低转换极限为0V。因此需要放大电路提升信号幅值。本设计选用LM358构成放大电路如图2所示。满足A/D转换采样电压要求。

图2 放大电路

2）滤波电路的设计。根据临床经验，人体脉搏通常在40～180次/min，其频率约为0.6 Hz～3 Hz，脉搏波的绝大部分能量集中在30 Hz以下，另外，为了避免工频50 Hz的干扰。LPF的转折频率取40 Hz，HPF的转折频率取0.1 Hz。则HPF的通带频率范围为0.1 Hz～40 Hz。滤波电路如图3所示。

图3 滤波电路

2.3 A/D转换电路

本设计要求所采集的信号具有较高的分辨率，选用MAXIM公司生产的单通道12位逐次逼近型串行A/D转换器。它外围电路简单，共有8个管脚，模拟信号由AIN管脚输入，DOUT、CS、SOLK管脚分别与单片机P1.2、P1.1、P1.0相连。经使用，其转换速度快，工作可靠，适用于数据采集系统中。

2.4 主控芯片

本设计选用单片机STC89C52作为主控芯片，主要完成信号的A/D转换、测量数据显示及与上位机的串口通信功能。STC89C52系列单片机是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，使用经典的MCS-51内核，指令代码与传统8051单片机完全兼容但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。满足本设计需要和日后扩展的需求。

2.5串口与上位机连接电路

串口通信的由于其线路简单、设计成本较低，在速度要求不高的近距离数据传送中应用广泛。单片机将从MAX1240采集到的12位数据经处理分成两个字节的数据后，再经过串口通信电路发送到COM，可以连接电脑等常规D型串行接口。MAX232是美信公司为RS232标准串口设计的接口电路，TXD与RXD分别与单片机的RXD与TXD相连，右下角的DB9 插头连接计算机的串行口。本设计采用此连接方式，除作串口通信外，本电路也是ISP程序下载电路。

3 软件设计

本设计中单片机对数据所进行的处理相对简单，程序设计流程如图4所示。

4 结束语

本文通过对脉搏波采集系统硬件和软件详细的介绍，完成了系统的设计过程。经实验调试，采集到的信号清晰平稳，噪声基本滤除，整个系统具有一定的稳定性，并能在PC机上显示波形。可应用于中老年人或心脑血管疾病患者的监护以及日常的健康检测。

图4 程序设计总流程图

参考文献

[1]景军，牛英勃，景桂芳，等.基于无线传输技术的人体脉搏采集分析系统[J].微处理机，2009，30（6）.

[2]张洪润，张亚凡.传感器技术与应用教程[M].北京：清华大学出版社，2005.

[3]刘涛，赵艳飞，刘志刚，等.基于STC89C52的多通道脉搏采集系统设计[J].现代电子技术，2011，34（15）.

[4]蒋超，金陶威，李世娇，等.高精度无线脉搏波采集系统[J].电子测量技术，2013，39（7）.endprint