知网论文查重引言

大学生体能测试的研究结果表明，大多数在校大学生缺乏运动意识、体能严重不足^[1]。心率作为体能测试的一个重要测试项目，是大学生体能强弱的一个重要指标。大学生应该加强体育锻炼。在体育锻炼中，心率的变化可以反映出身体的机能水平、运动训练强度、代谢水平及身体的技能恢复程度^[2]。

心率的变化控制在合理的范围之内，对体育锻炼有很重要的意义。因此，在运动时应该尽可能地将心率保持在高水平的心搏量和心输出量范围内，以便于有效地增强心脏功能水平和身体技能水平^[3]。

如果运动保护意识薄弱，运动量超过了一定的限制范围，身体会产生很大的负荷。心率的变化可以很明显的看出身体负荷的变化。针对不同人心率变化的不同，可以适当地对运动量进行调节，起到强身健体的目的。

传统的心率测量设备体积大、不便于携带，测试者不方便在运动过程中实时检测心率的变化。因此，如何设计一种心率测量系统，可以使大学生在户外进行一些课外活动时，方便、快捷、准确地知道心率的变化，从而可以控制运动强度，达到锻炼身体的同时保护身体的目的。

在日常活动中，要做到实时看到心率的数值。对显示心率的屏幕的是否抗震、是否便于携带、耗电量大小等都提出了相应的要求。

OLED有机发光二极管显示具有宽视角、低功耗、制造工艺简单等优点^[4]。在照明、平板显示方面发挥着自己特有的作用。未来，具有柔性化显示特点的OLED 将成为最热门的技术热点和前沿话题。近年来，国内和国外的OLED技术都取得了很大的进步。相信在未来，OLED在显示方面产生的影响力将会超过TFT-LCD和LED。

OLED相比传统的LCD更适合用于便携性移动设备。在心率测量系统上，OLED的体积要小于LCD，且效率要高于LCD，可视范围要大于LCD，在缓震方面也要好于LCD。

本论文旨在介绍如何基于12864OLED显示设计一种便携性心率检测设备。适用于大学生日常心率的检测、运动心率检测等方面。

 

 

 

2  心率测量系统设计

2．1  测量心率的一般方法

实验上习惯用电测法来测量心率，通过测量心率引发的某些电信号，测量这些电信号的周期和频率等，进而得出具体的心率数值。根据这一原理，人体大体的心率信号，可以分为：体表电信号、压力大小、距离变化、容积改变、心跳声^[5]。

1.体表电信号

利用心电图来测量两个R波之间相距多远，得出结果。

2.压力大小

主要是利用压力传感器来采集由于心脏跳动产生的轻微脉搏震动，转换为周期性的电信号，这样，通过测量这些电信号，进而可以得到心率的具体数值。

3.距离变化

原理是在脉搏起伏的过程中，对光的散射会引起微小的差别，通过测量这些微小的差别，转换为电信号，来测量心率。

4.容积改变

在心脏跳动的一个循环，会引起血液有多变少，或者由少变多。根据某些光在血液中的透过率和在人体中的透过率的不同，通过测量透过率差异引起的传感器上电流不同，转换为电压信号，进而可以测量出血液浓度变化的周期，即心脏跳动的周期，心率。

5.心跳声

心脏跳动时，会有微小的声音起伏。通过测量这些心跳声信号来测量心率。

心率测量的信号不外乎上述5种信号，选定一个合适的信号，进而确定具体的方案，对整个课题顺利的进行有很大的帮助。

2．2  系统设想

要设计的是一种日常可以携带的产品，在设计时，考虑到系统的大小、体积。

若采集心电信号进行测量，会使整个设备很复杂，而且在测量时，对测试者的要求也比较多，不符合设计整个系统的目的。

由于要在运动中对心率进行准确的测量，在运动过程中会存在很多的干扰，天气、环境噪音等，故脉搏的变化、声音变化等会存在很多的干扰，会使测量的准确度大大下降。

综合考虑上述因素，绝对根据密度变化这一信号作为测量心率的依据，根据一次心跳中血液浓度的变化来进行测量。

设想传感器发出一束光，由于在一次心跳过程中，毛细血管中血液的浓度会发生周期性的变化，而血液中的血红蛋白对不同光的透过率会不同^[6]。这样，传感器发出的光强在碰到皮肤表面的毛细血管后，反射回的光强也会产生周期性的变化。

传感器最后输出的是经过处理的电信号。但是电信号的变化特别微弱，需要经过放大器的处理后进行放大，然后经过数模转换器或者其他设备后变为单片机可以处理的信号进行计算后是，送入OLED屏幕进行显示。

整个系统的大概设想有了后，需要对所需要的元器件进一步选择。器件选型的同时还要对电路布局进行设计。

除了上述设想外，还可以利用生物电信号^[7]。心脏跳动会引起身体表面电信号的改变。在身体表面放置一个正极、一个负极，测量微弱的生物电信号，采用AD623对信号进行处理，并利用滤波器，陷波器进行处理进而得到合适的结果。

此外，根据不同的信号，还可以利用光栅进行测量^[8]，利用体震信号进行测量^[9] ，等等。

2．3  系统方案确定

综合考虑了以上各种因素，本液晶显示心率测量系统对器件完成了选型。

本系统分为传感器模块、电源模块、电压比较器模块、控制模块和液晶显示模块。

传感器模块决定采用Pulse Sensor传感器，其原理是运用了光电容积法，集成了一个滤波器，一个放大器，输出模拟波形。其测量的时候非常方便，直接把手指放上去就可以采取信号，符合设计本系统的初衷；选择这一器件的另一原因是因为其占据的空间小、效率高、便于携带。

由于传感器输出的是经过光电转换器转换后的模拟信号，STC89C52无法进行识别，考虑到数模转换器的复杂性，并不便于携带，故在对输出波形进行分析后，电压比较器模块采取了电压比较器LM393完成数模这一功能。

控制模块采用STC52系列单片机。单片机功能足够使用、耗电小、且便于编程。

液晶显示模块采用一块不带字库的0.96寸12864OLED显示屏，体积小、功耗低、整体水平要好于1602LCD。

 

表1 各模块名称及功能

模块名称 功能 Pulse Sensor传感器 收集心率信号，转变为电信号，输出模拟信号 LM393电压比较器 数模转换功能 STC89C52单片机 数据处理，控制液晶显示 12864OLED 显示心率，便于观察 电源 提供系统所需的不同电压的电源

 

2．4  系统特点

系统在设计时，一直秉持着便携性与性能的统一。

系统特点有：

1. 便携性
2. 安全可靠
3. 寿命长，功耗低
4. 电源电压采用5V，便于获得
5. 小巧灵活，便于存放

本系统在使用时对人体没有任何损伤，可适用于日常心率的快速、准确测量。也可用于日常体育锻炼时对心率的实时准确检测。