基于LabVIEW的脉搏检测系统设计

基于LabVIEW的脉搏检测系统设计摘要本课题以STC15单片机作为控制系统核心的心率测量仪的设计，以红外光电传感器作为检测人体心率脉搏的元件，采集到的心率脉搏信号再传送到单片机电路进行处理，得出的数据在LCD12864显示出来。当系统运行时，LCD12864显示是当前人体的脉搏心率跳动次数、脉搏波形，测量结束后显示的是最后一次测量脉搏心率跳动次数和脉搏波形。再通过单片机采集脉搏信号，利用功能强大的虚拟仪器LabVIEW设计出脉搏的采集与分析系统。在单片机上实现了采集脉搏传感器的模拟信号，然后通过串口将数据传输到上位机进行处理与分析，实现远程监控的功能。实验结果表明，系统工作正常，测量灵敏度高，实现了设计功能。关键词：脉搏检测系统，STC15W408AS，红外光电传感器，串口，LabVIEWDesign of pulse rate detection systemBased on LabVIEWMeasurement and Control Technology and Instrument level 2014 grade 14 classWei Cai-lianTutor GanYong-jingAbstract This topic for this STC15 single-chip microcomputer as a control system for the core of the heart rate meter design, with infrared receiving sensor as the detecting element of human pulse of heart rate, heart rate were collected pulse signal transmit to MCU circuit for processing, the data in LCD12864 display. When the system is running, the LCD12864 display is the current pulse rate of the pulse rate of the human body and the pulse waveform. After the measurement, the pulse rate of the pulse rate and pulse pulse are measured. By single-chip microcomputer to collect the pulse signal, the use of powerful LabVIEW virtual instrument design pulse acquisition and analysis system, on the single chip microcomputer to realize the collection of the analog signal of the pulse sensor and then through a serial port to transmit data to PC for processing and analysis, realizes the remote monitoring function. The experimental results show that the system works normally, the measurement sensitivity is high, and the design function is realized.Keywords:Pulse detection system, STC15W408AS,infrared emission receiving sensor, serial port, LabVIEW玉林师范学院本科生毕业设计目录1 引言11.1 脉搏的研究背景与意义11.2 选题意义12 系统设计方案12.1 实现的要求和功能12.2 采集主控芯片方案22.3 脉搏传感器的选择22.4 上位机实现方案43 硬件电路设计53.1 系统总框架53.2 单片机模块63.2.1主芯片STC15W408AS介绍63.2.2 单片机最小系统模块73.2.3电源电路73.2.4复位电路73.3 脉搏信号的采集83.4 脉搏信号的处理93.4.1低通滤波放大电路93.4.2 电压比较器93.4.3 运算放大器LM358103.5 液晶显示模块113.6 USB串口通信模块124 系统软件设计124.1测量计算原理124.2 主程序流程介绍134.3 显示程序流程134.4 ADC 采用程序流程介绍144.5 LabVIEW上位机程序设计164.5.1 LaBVTEW串口通信配置164.5.2 LabVIEW 脉值及波形显示176 系统测试与结果分析186.1下位机测试188 误差分析与修正20总结21致谢22参考文献23附录24附录A硬件原理图24附录B PCB图25附录C 硬件外观图26附录D LabVIEW程序及前面板：27附录F 部分程序281 引言1.1 脉搏的研究背景与意义每分钟脉搏跳动次数这一物理量在生产加工，人们日常生活的各个方面都是一个最基本也是非常重要的一个物理量，在很多应用条件下，需要对脉搏跳动这个量进行检测和监控。近几年来，伴随现代科学技术的不断进步，对现代设备的精度的要求也越来越高，信息技术领域的前沿尖端技术包括传感器技术，通讯技术以及计算机技术，技术应用的非常的普遍，已经应用到了社会生活的各个范围。1.2 选题意义由心脏搏动而引起的脉搏,这个信息可以反映身体的健康情况。针对脉搏的跳动,我们都知道在中医上有一种非常重要的诊断方式，那就是诊脉。中医的医生一直是用手来号脉,进而得到脉搏的信息。通过手号脉是一种很难掌握的技巧,因此人们十分的迫切有一种仪器可以快速准确的得到脉搏跳动的次数这个信息。作为工业管制系统中必不可少的组成部分，实时数据采集，是进行工业分析，进行工业处理以及控制的根据。大规模集成电路、单片机、计算机等近些年来，在工业控制领域有着广泛的应用，实时的数据采集是必然的趋势，采集既是对模拟量通过模数转换器，数字化的过程。这就对模数转换器的性能提出了更高的要求，以及通过使用单片机进行数据，处理和数据传输，和对计算机接口技术，通信技术等技术提出了跟高的要求。2 系统设计方案2.1 实现的要求和功能(1)通过光电传感器采集指尖脉搏信号，通过A/D转换、MCU处理及设计的算法得到脉率；(2)通过上位机(LabVIEW)及液晶屏实时显示波形及脉率值，实现人体脉率的现场及远程实时监测；(3)采集到的波形完好干净，噪声小；(4)测量结果误差范围在6%以内；(5)上位机界面友好，人性化，便于专业人士分析观察；(6)价格合理，性价比较高；2.2 采集主控芯片方案方案一：利用STC15W408AS单片机完成对各个模块进行控制。方案二：利用单片机STC89C51作为控制部分。方案论证：方案一中STC15W408AS单片机是STC生产的单时钟/机器周期（1T)的单片机，是高速/高可靠、低功耗、超强抗干扰，8路高速10位A/D转换。方案二中STC89C51单片机虽然简单易懂，但功耗较大，数据传输速率低，要实现较复杂的控制功能还存在一定的难度。综上所述，本设计采用方案一，用STC15W408AS作为芯片控制部分。系统所采用的STC15W408AS是STC生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。STC15W408AS还带有丰富多样和功能灵活齐全的片内外设，为用户提供了丰富的选择空间，同时，也为设计人员们的设计、创新及创造提供了更大的空间。2.3 脉搏传感器的选择测量脉搏跳动，传统的测量方法主要是两种：一是利用压力传感器测量血液中压力的变化进而计算脉搏的跳动，二是光电容积法。目前，由于第二种方式测量的准确性和便利性，是应用最为普遍的监测测量方案之一。光电容积法的基本理论是，由于血管正常的搏动时，会导致人体组织不同的透光率，就是利用这种不同，来达到测量的目的。光源与光电变化器这两个部分组成了这种传感器，一般贴着人的手指或者耳垂。光源利用的是波长为500nm700nm范围的发光二极管，该波长范围的光，对动脉中氧和血红蛋白具有选择吸收的特性。当一束光照射人体表皮血管时，由于动脉的搏动会改变血液容积的变化，这种变化会导致这束光的透光率发生改变。人体组织反射出来的光线经由光电变换器接收，转变为电信号，再将这个电信号输出。由于心脏是周期性搏动的，动脉中的血管容积也会跟着周期性变化。因此有光电变化得到的电信号也会跟着周期性变化。它们的变化基本上都可以看成是同步的。这样通过电信号周期性的变化，我们就可以得到脉搏跳动的信息，进而的到心率这一指标。目前市场上常用的光电容积脉搏探测器主要分为两大类：透射式光电容积探测器与反射式光电容积探测器。它们的结构如图2.1所示：图 2.1 反射式与透射式比较Figure 2.1 Comparison of reflection and transmission（1）反射式是靠血液与组织反射的光强来间接测量脉搏信号，探测的范围更广，不会受制于探测未知的厚度，但是它提取的信号要比透射式更加微弱，对调理电路要求更高。（2）透射式是手指放在发射管和接收管之间，手指中血流量的变化会使光电接收管的光电流也随之变化，这种方法不能准确测出血液容积量的变化。但是很好能反映出心率的时间关系。它是针对身体一些比较薄弱的部位设计的，比如说手指或者是耳朵，探测器一侧发出的近红外光能够穿透血液和组织被另一侧的光电探测器所接收，这样就能再现脉搏信号。由上述克制，透射式红外光电传感器能很好地与本设计契合，故将其运用到本设计当中。当手指侧方在红外对管中间的时候，心脏的跳动，引起血管中的血流量的变化，红外发光二极管产生的红外线照射在放在光传递路径中的手指上，经过手指非血液组织的衰减和反射，由对面的红外接收二极管来接受期透射光，并把透射过来的不同光照强度转换成脉冲，继而进行放大、滤波后传送到单片机的外部计数口，最后单片机对该输入的信号脉冲进行计算处理，即可实时的测出脉搏次数。脉搏信号的检测提取、滤波放大，然后传到单片机工作的过程如下图2.2所示图2.2 信号检测处理工作流程图FIG 2.2 Flow chart of signal detection and processing2.4 上位机实现方案上位机和单片机实现是通过串口来实现的。单片机自带串口，实现起来非常方便。在本设计中，通信协议采用自定义的。上位机的实现方案有很多种，目前主流的面向对象编程软件有Visual Basic .NET、C#、Java、LabVIEW等。本设计中的上位机实现采取了LabVIEW。LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。 LabVIEW软件是NI设计平台的核心，也是开发测量或控制系统的理想选择。 LabVIEW开发环境集成了工程师和科学家快速构建各种应用所需的所有工具，旨在帮助工程师和科学家解决问题、提高生产力和不断创新。与 C 和BASIC一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。本设计运用了模块化的思想，每一个功能是一个子vi，主程序只是提供按钮分别调用子vi。任务,我们可以按照模块化的设计理念,把一项项复杂的测试任务变成一系列的子任务。3 硬件电路设计3.1 系统总框架设计以STC15W408AS单片机为处理控制核心，根据设计的需要，显示被测者心率值，通过串口发送到上位机、显示波形等功能。本设计主要包括STC15最小系统、LCD12864显示模块、信号采集电路、放大电路、比较电路、液晶显示电路。其下位机整体硬件电路如图3.1所示。本设计是基于单片机调用串口，与单片机进行数据传输的，从而实现了将脉搏传感器采集上来的数据传输到LabVIEW上位机上，数据交由LabVIEW上位机进行处理与分析。上位机发生开始采集指令给下位机，下位机开始启动采集任务，采集脉搏传感器的模拟数据，并由单片机控制串口芯片，将单片机中的数字化的脉搏跳动信号，通过串口转发到上位上，从而完成了上位机采集数据的过程。本次设计的核心部件是51单片机(STC15W408AS)，通过51单片机的ADC功能，采集红外光电传感器的值，从而实现心率波形的的实时测量，并在通过串口传递给上位机显示。系统的总框架如图3.1所示：图3.1 系统总框架Figure 3.1 Overall framework of the system3.2 单片机模块3.2.1主芯片STC15W408AS介绍 （1）STC15W408AS单片机引脚分布如图3.2所示。图3.2 STC15W408AS引脚图FIG. 3.2 STC15W408AS pin drawing（2）下面将对STC15W408AS芯片部分引脚的功能及特性进行说明：1）RST：表示异步复位引脚。当RST为低电平状态时，MCU为复位状态，重设内部寄存器，及片内SRAM；当RST从低电平变为高电平的时候，PC指针从0地址开始。STM15中的RST具有施密特功能，在输入电压不达1.9V时芯片会自动复位。2）SCK、SDA、RS、CS:连接对应的液晶显示屏的接口，SCK是I2C的时钟控制线，SDA是I2C的数据传输线,RS为RD是读数据的控制信号。3）P1.0/ADC0：ADC的输入通道经过调理电路放大后的脉搏信号，其峰峰值已能达到0.5V左右，而STC15W408AS系列单片机片内集成有有12位转换精度的ADC模块，最小分辨率为能满足其对精度的需要，其采样频率最高可达200ksps,而信号的频率只有010Hz，所以采样频率也能完全符合要求。并且采用片内集成的ADC12还可以节约开发的成本，增强系统的稳定性、4）P3.3/INT1:外部中断1，既可以上升沿中断也可以下降沿中断，如果INT1管脚仅为下降沿中断。如果INT1被清，INT1管脚既支持上升沿支持下降沿中断。作为输出信号接口。）TXD和：分别为串口发送和接受引脚。3.2.2 单片机最小系统模块单片机最小系统指的是单片机的最小应用系统，是用最少的元器件组成的单片机可以正常工作的系统，由单片机、电源电路、复位电路组成。3.2.3电源电路如果没有电源电路，单片机最小系统就不能运行，电源电路负责给单片机提供工作需要的电压。图3.3 电源电路Figure 3.3 Power circuit3.2.4复位电路单片机复位是指将整个系统初始化，以便系统回到原始状态重新运行。复位的条件为，在RST引脚输入连续两个周期以上的高电平，然后单片机就开始执行复位操作。本设计中采用的是按键复位，复位电路所接的引脚为单片机的RST引脚。本设计复位电路原理图如图3.4所示图3.4 复位电路Figure 3.4 Reset circuit3.3 脉搏信号的采集信号采集电路如下图3.5所示。D1,D2分别为红外发射二极管和红外接收二极管，D1和D2组成红外传感器。因红外传感器输出的脉冲信号是非常微弱的信号，而且频率很低（如脉搏50次/分钟为0.78Hz，200次/分钟为3.33Hz），并且还伴有各种噪声干扰，故该信号要经过R4、C4低通滤波，去除高频干扰。当传感器检测到较强的干扰噪音时，其输出端的直流电压信号会有很大变化。图3.5信号采集电路FIG. 3.5 Signal acquisition circuit3.4 脉搏信号的处理3.4.1低通滤波放大电路如图3.6所示，R5与R6、R4的电阻和之比为放大器的放大倍数，经过计算所得该放大器的理论值为200倍，但由于2号接口上-5V供压不足再加上材料限制和人为的因素，该放大倍数只有20倍左右。信号输入时要经过R4和C4共用组成低通滤波电路，目的是将输入的信号进行频率截止和清除干扰，以提高测量数据的精确度。而LM358的作用就是将滤波后得到的微弱信号进行放大，以便于被单片机采集到，放大倍数则按照单片机采集信号的标准通过R5和R6的阻值比例来调节。图中C6为耦合电容，作用为隔直流通交流，之所以使用10NF的电容，是为了让所有的信号通过。图3.6 信号放大电路FIG 3.6 Signal amplifier circuit3.4.2 电压比较器电压比较器是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F 变换电路、A/D 变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。我们主要介绍其基本概念、工作原理及典型工作电路，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小并判断出其中哪一个电压高，接到的信号电压小于该值时显示0V，当大于该值时显示5V，这就形成了0和5V的方波。如图3.7所示。其中射极跟随器正向输入是接上图的一级放的输出的，所以这里叫做二级，二级的射极跟随器是为了能够带负载能力强和输出稳定。三级也就是比较器为了能够输出整形后的脉搏方波，输出接一个LED灯，能直观显示脉搏跳动，来一次高电平灯就亮一次。其中4口是经过整形后方波输出端口，10K电位器是用来调节门限电压。图3.7 信号比较电路Figure 3.7 Signal comparison circuit3.4.3 运算放大器LM358如图3.8所示，LM358 内部含有有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运，供电输入范围为3V-30V，其针脚定义如下：8脚为正电源；4脚为负电源（双电源工作时）或地（单电源工作时）；1、2、3脚是一个运放通道，1脚是输出端，2脚是反向输入端，3脚是同相输出端；5、6、7脚是另一个运放通道，7脚输出端，6脚是反相输出端，5角是同相输入端。工作原理：8脚主要供电输入，2脚的电压与3脚电压比较，6脚的电压与5脚电压比较，分别对应两个独立的输出：输出1和输出2当输入1（+）大于输入1（-），输入2（+）大于2（-）是，输入1和输出2输出高电平；当输入1（+）小于输入1（-），输入2（+）小于2（-）是，输入1和输出2输出低电平；图3.8 LM358的引脚结构Figure 3.8 LM358 pin structure3.5 液晶显示模块显示电路运用LCD12864和2只发光二极管来实时监测被测者的心率，监测完毕，蜂鸣器发出一声短促鸣响，液晶显示心率值。设计要求同时实现对波形和频率进行显示，而12864液晶屏本身并不带有绘图的指令，所以想在12864液晶屏上动态的绘制曲线并非易事。考虑到12864液晶有图像模式和一般模式两种模式，在一般模式下可以显示文字，而在图形模式下可以对12864液晶的128*64个点进行控制，通过一个一个点显示，便可以形成动态的曲线。显示电路原理图如图3.9所示。图3.10 LCD1602显示模块原理图Figure 3.9 LCD1602 display module schematic diagram3.6 USB串口通信模块本设计选USB串口来进行单片机和LabVIEW上位机的通信，USB传输时使用的是差分信号，采用USB通信方式时还需要实现USB通信协议。单片机串口输出的TTL电平信号，不能直接用于USB通信，而且USB协议很复杂，不容易用单片机实现。所以我们可将单片机串口输出的电平通过CH340G转接芯片装换成上位机USB接口可以识别的差分信号和实现USB通信协议之后，就将数据传送至上位机。其中TXD与单片机的P3.1相连，RXD与P3.相连。目前市场上的多数与上位机通信产品大都是采用串口通信。该项目采用后发现其非常简单可行，对于相关的使用上位机的仪器设备有一定的借鉴意义。4 系统软件设计基于单片机心率计的软件设计主要由主程序流程图、中断程序流程图及显示子程序组成。C语言程序有利于实现较复杂的算法，汇编语言程序则具有较高的效率且容易精细计算程序运行的时间，而心率计的程序既有较复杂的计算（时间t内的平均值），又要求精细计算程序运行时间（动脉搏动时间），所以控制程序可采用C语言和汇编语言混合编程。4.1测量计算原理在单片机中，主要实现了测量的计算，这个测量的原理是，在t秒时间内，有连续的K个脉搏跳动，则在t时间内，脉搏跳动频率的平均值n（次/min）为：n=60K/t (4-1)我们通过使用脉动信号去控制单片机上的定时器T0，中断计数使用的是工作寄存器，假定该值为N，于是得到：t=0.001N (4-2)由前面两个式子可以得到：n=60K/t=60K/0.001n=60000K/N (4-3)上式的数据模型，就是使用单片机计算脉动跳动频率的公式原型。4.2 主程序流程介绍在程序设计时，一般采用模块化的设计模式，这样的设计可以使得每个模块都相对独立，互不影响。因为模块化的程序是将程序分成多个小模块来设计，使得设计思路更加清晰，所以可读性更高。也可以对单个模块进行设计或调试，管理起来也更方便。主程序流程图如4.1图所示。图4.1 主程序设计Figure 4.1 Main program design4.3 显示程序流程显示程序将单片机计算出来的心率和AD转化的波形显示在液晶显示屏上。如图设计中关键的是定时10ms，是为采样2次脉搏建立基础。本设计是用定时器T1定时来实现10ms定时，等待每10ms定时的，等待每10ms检测时间t，程序中是用XinTiao_Jishu表示，那么就可以由公式n=6000/t来算出每分钟脉搏数，这里是2次脉搏就显示脉搏数，所以t是M为2的时候的时间，也就是T0计数器对两个脉冲时间的计数，计算结果最后转换成十进制，送到液晶进行显示。图4.2 显示程序流程Figure 4.2 Display program flow4.4 ADC 采用程序流程介绍 ADC 初始化。n P1端口设置成ADC功能n ADC存放的10bit数字信号，清零n 禁止ADC中断 ADC 转换n ADC上电，确定转换速率和通道，启动转换n 延时n 等待转换完毕，否则一直等待n 清标志位n 读取10bit的转换值。/*-读取ADC结果-*/BYTE GetADCResult(BYTE ch) ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDLL | ch | ADC_START; _nop_(); /等待4个NOP _nop_(); _nop_(); _nop_(); while (!(ADC_CONTR & ADC_FLAG);/等待ADC转换完成 ADC_CONTR &= ADC_FLAG; /Close ADC return ADC_RES; /返回ADC结果/*-初始化ADC-*/void InitADC() P1ASF = 0x01; /设置P1口为AD口 ADC_RES = 0; /清除结果寄存器 ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDLL; Delay1(2); /ADC上电并延时4.5 LabVIEW上位机程序设计本设计中下位机和上位机需要通过USB串口进行通信，单片机要想向上位机发送数据，就需要设置相应的串口工作方式和波特率，本设计采用了串口工作方式1，波特率设定为9600bps。所以设定定时器1工作于8位自动重载模式，用于产生9600bps的波特率。4.5.1 LaBVTEW串口通信配置本设计选用USB串口通信来进行上位机和下位机之间数据传输，下位机设定的定时器波特率为9600bps，所以我们在配置LabVIEW软件上位机的VISA串口时，要设定与下位机一样的波特率才能通信。因为我们没有用到VISA的其它串口设定，VISA串口的波特率也是9600bps，所以我们就不用设定VISA串口了。程序运行期间利用While循环读取串口数据，读取数据的VISA配置串口如图所示。运用VISA进行串口通信过程为，首先调用VISA ConfigureSerial Port子VI进行串口配置，VISA Resource Name、Baud rate Data Bits和Parity分别用来配置串口号(COM1-COM4 )，波特率，数据位和奇偶校验位。然后通过VISA Write子VI和VISA Read子VI分别从串口输入和输出数据，最后调用VISAClose来关闭VISA17。其中VISA串口函数在LabVIEW中的配置如图5.1所示：图 4.3 VISA串口配置Figure 4.3 VISA serial port configuration 由于要和单片机串口设定的协议保持同步，所以在这里波特率同样设定为9600，数据比特选定八位，其它的奇偶校验、流控制并未设定。这样就实现了VISA串口的配置。其次要读取VISA，如图5.2所示，在读取VISA时一定要设定每次读取时的字节，由于串口中每次发送的数据为5位电压值，所以在这里同样设定为5位。他其实就是指定要读的字节数，然后再侦测一下串口缓冲区里有多少数据，侦测完了它就告诉 VISA 读，VISA就可以完全读出来。图4.4 VISA串口读取Figure 4.4 Read by VISA serial port4.5.2 LabVIEW 脉值及波形显示VISA串口配置好了之后，脉搏值监控VI将单片机传送到LAVIEW的1个字节的脉搏显示数据存入VISA的I/O缓冲区中，串口读取，然后有个条件不为空时，执行，为空就不执行，成功显示数据后清空VISA缓冲区，开始下一次循环。当前波形显示程序框图如图5.3所示。字符的匹配，截取字符串(函数)，返回输入字符串的子字符串，从偏移量位置开始，包含长度个字符。连线板可显示该多态函数的默认数据类型。指定字符串中的字符数值，函数在该字符数值后开始查找匹配。偏移量必须为数值。字符串中第一个字符的偏移量为0。如未连线或小于0，则默认值为0。通过字符的截取与匹配可以截取串口发送过来的数值，最终显示单片机计算出来的脉波数。图4.5 脉搏数据波形读取和显示Figure 4.5 read and display pulse data waveform经过VISA串口的配置以及读取，单片机串口输出的数据就能被精确的读取出来。直接通过波形显现出来，波形如下图所示：图 4.6 前面板脉值及波形显示Figure 4.6 front panel pulse value and waveform display6 系统测试与结果分析6.1下位机测试 实际测量：对不同四位同学同时进行手机应用软件测量和下位机测量。手机测量的原理是：人体血液的颜色由于氧含量的变化产生周期性的改变。然后用高光，即摄像头旁的LED 闪光灯，照亮指尖下的毛细血管，当心脏将新鲜的血液压入毛细血管时，亮度即红色的深度会有轻微变化，肉眼仔细也能看出来，通过摄像头检测这一规律变化的间隔，即可算出心跳。在这里以手机软件测得数据为标准值，对处于正常状态下10名不同的测试者分别进行测量，进行误差分析，实验数据如表4.1所示：由以下可以看出有误差，但误差基本在正负4以下，但有时测量也会超过测量精度，那是两者起始时间与结束时间掌握不准导致。 表6.1 实验数据Table 6.1 Experiment data实验人显示的数据（次/min）实际数据（次/min)误差相对误差（%）同学A第一次测量788244.88%第二次测量7933.66%第三次测量8022.44%同学B第一次测量969933.03%第二次测量9811.01%第三次测量9633.03%同学C第一次测量797545.33%第二次测量7411.33%第三次测量7234.00%同学D第一次测量899011.11%第二次测量9222.22%第三次测量9444.44%8 误差分析与修正(1) 阳光的干扰。因为本心率计是通过红外光线透过手指采集到信号，进而对信号处理得到人体的心率值，光照在本系统中很关键。而且在各种不同的环境中，外界光照的强度不一样，这对实验的干扰却大。但是外界光照对于人体是均衡的，即各处光照强度相同，对人体内变化的影响是相同的，即可以相互抵消。(2) 测量过程中手指的抖动。红外传感器检测到的人体信号很微弱，手指的一点抖动都会引起测量心率值的大幅变化。为了解决这个问题，在设计中，把红外对管相距一定距离（够放下食指）之后固定死，这样在测量的时候只要被测者尽量保持手指不动，就可以大大减小手指抖动对试验的影响。(3) 呼吸的影响。 试验的原理主要是血液中的含氧量的变化进而导致人体组织变化而检测心率的，这样就使得均匀呼吸和急促呼吸使人体内的含氧量变化很大。据试验所得，当人剧烈运动之后呼吸会比较局促，这时他的心率值就会波动很大。正常情况下 ，心率指的是当人心平气和时的心跳值。（4）情绪的影响被测者情绪过于激动或者过于伤心都会测量不够准确，所以，测量时尽量保持平静。 总结本文设计了基于LabVIEW的脉搏检测系统分析，主要包括下位机脉搏信号采集模块、脉搏信号处理模块、单片机处理和液晶显示模块、串口通信模块、上位机设计，其中最难的应该是信号的采集和信号处理部分。脉搏信号需要从人体采集得到，所以使用的传感器必须是安全无害的，否则会对人体造成损害。另外脉搏信号比较微弱，所以要使用单片机对其进行分析就需要先将这种模电和测控电路的知识。结合以前模电学过的知识，决定使用低通滤波器对信号处理、再将放大后的信号输入比较器进行比较，把模拟信号转化成数字信号。完成信号处理后就可以交给单片机进行分析了。实现了具有电池供电与充电功能，并且能从液晶屏上直接观察脉搏波形，实现便携式携带与测量。脉率的测量具有较高的准确度，误差在4%以内，并且可以简单的判断脉率是否在安全范围。低功耗，有比较长的待机时间。能实现人机交互，可以在PC机上观察待测者的脉率波形。但是采用透射式红外反射接受传感器，测量的位置比较单一，且不适合进行长时间测量，时间过久会造成手指麻木。脉率的测量不够精确，系统的稳定性不高，很难在剧烈运动时实现对脉率的采集。 致谢在本文即将结束之际，我要由衷地感谢我的导师，在整个毕业设计的制作过程对我的帮助、指导和监督，感谢您在我遇到问题时总能及时的给我提点，帮助我一起解决问题，诚挚的感谢学校给予的机会，以及导师的耐心教导，同学的热心帮助，在此表示衷心的感谢，此外通过本次毕业设计，还认识到了我们学校导师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及诲人不倦的师者风范这些都将是我需终身学习的。并且在制作过程中，努力查找资料以及在师长同学的帮助下，自身独立思考动手去制作出成功的作品，让我学到了在今后的学习生活过程中，要不气不馁，细心耐心，学以致用，脚踏实地的完成每一件事情，也让我深刻感受到自身学识的远远不足，更让我明白要更加努力的去学习丰富自己的专业知识和动手能力与理论知识的相结合。最后，再次诚挚的感谢学校和我的导师！参考文献1陈志旺.STM32嵌入式微控制器快速上手M.-2版.北京：电子工业出版社2014：22-23.2陈志旺.STM32嵌入式微控制器快速上手M.-2版.北京：电子工业出版社，2014：82-82.3陈铁军，余旺新，莫燕斌.单片机原理及应用技术讲义M.成都：西南交通大学出版社，2014：170-171.4彭震.从51菜鸟到ARM(STM32)高手进阶之旅M.北京：北京航空航天出版社，2014：154-154.5何道清，张禾，谌海云.传感器和传感器技术M.北京：科学出版社，2008：182.6郭书军.ARMCortex_M3系统设计与实现：STM32基础篇M.北京：电子工业出版社，2014.7杨兴明.电子设计竞赛基础与实践M.合肥：合肥工业大学出版社，2013.8洪月华，肖志军.C语言程序设计M.成都：西南交通大学出版社，2011.9马洪连.嵌入式电路设计教程M.北京：电子工业出版社，2013.10黄智伟.凌阳单片机课程设计指导M.北京：北京航天航空大学出版社，2007.11 姜元恩.人体脉搏分析及在心血管健康监测中的应D.中国科学科学技术大学,2008.5.12 姚春鹏.皇帝内经素问译注M.北京：中华书局出版社，2010，145-150.13 费兆馥.现代中医脉诊学M.北京：人民卫生出版社，2003,9-11.14 王华亮.基于蓝牙传输的便携式脉搏信号检测与分析系统D.兰州理工大学,2011. 附录附录A硬件原理图图 A1 硬件原理图附录B PCB图图B1 PCB图附录C 硬件外观图图C1 正面图C2 反面附录D LabVIEW程序及前面板：图D1 LabVIEW程序框图图D2 LabVIEW程序前面板附录F 部分程序27