心率測試儀設(shè)計.doc

心率測試儀1引言健康對于每一個人來說都是至關(guān)重要的。體現(xiàn)一個人的健康狀態(tài)有幾個常用的指標，如體溫，脈搏，心率以及血壓等。心率是指人體心臟每分鐘搏動的次數(shù)它是反映心臟是否正常工作的一個重要參數(shù)。同時心率值也是衡量體力勞動強度和腦力勞動強度的重要指標。目前全國正在推行新的工資制度崗位技能工資制。崗位技能工資制包括勞動技能、工作責任、勞動強度和勞動條件四項指標。其中評定某個崗位勞動強度大小最有效的方法就是測定該崗位工人作業(yè)時的心率值。但國內(nèi)一直投有有效的專用心率儀，所以勞動強度測定成了當前推行崗位技能工資制的阻力。因此，設(shè)計一種可隨身攜帶、可長時間記錄、顯示和存貯心率值，可與微機通訊并具有較強抗干擾能力的心率測試儀是十分必要的。而且具有相當大的實用價值。隨著電子技術(shù)與計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，電子產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地擴大，其應(yīng)用已經(jīng)深入到人類的日常生活當中了，尤其是在醫(yī)療中。智能化電子產(chǎn)品將成為新的潮流趨勢。目前市場上所推出的家庭醫(yī)療電子產(chǎn)品大多以測量血壓為主,智能脈搏測試儀器尚不多見。利用數(shù)字電路里的計數(shù)電路和模擬電路里的放大電路能夠很好的滿足市場上大量電子產(chǎn)品的需求。同時隨著市場的需求增大，電路測試儀的精度提高的同時，必須考慮電路的成本和系統(tǒng)的運行速度等等。心率測試儀2摘要為了更好地運用我們所學的知識，加深對電子技術(shù)相關(guān)的掌握，本次心率測試儀電子線路的設(shè)計我采用了基于TTL和數(shù)字電路系列芯片制作了一個簡易的心率測試儀。本次電路設(shè)計是由放大整形電路、濾波電路、倍頻電路、實基電路、邏輯控制電路、計數(shù)鎖存電路、譯碼顯示電路和報警電路組成。測試儀主要是通過感應(yīng)人體心率的跳動的信號，可用壓力傳感器或者紅外光傳感器來傳遞信號，經(jīng)過放大整形濾波后，可由倍頻電路來縮短測量時間，并用由555定時器接成的施密特觸發(fā)器做時基電路產(chǎn)生60s定時，最后心率信號通過計數(shù)器和鎖存器后進入七段數(shù)碼管顯示出來，一分鐘后計數(shù)顯示結(jié)束，數(shù)字不符合正常的心率范圍時，報警電路將啟動，二極管將發(fā)出亮光。關(guān)鍵字：放大電路、濾波電路、倍頻電路、時基電路、鎖存電路、計數(shù)譯碼顯示電路、報警電路心率測試儀3心率測試儀設(shè)計1、設(shè)計方案與思路1.1傳感器：將微小的心率信號轉(zhuǎn)換為與此相應(yīng)的電信號。1.2放大整形電路：將由傳感器得到的微小信號放大整形成具有一定形狀的信號。1.3倍頻電路：將放大整形后的脈沖信號的頻率提高，從而縮短測量時間。1.4時基控制電路：在555定時器的控制下，產(chǎn)生短時間的控制信號，使脈沖信號能夠在一定時間內(nèi)送到計數(shù)和顯示電路中。1.5鎖存電路：保存計數(shù)的結(jié)果以便于刷新，重新計數(shù)。1.6整體框架：二、單元電路設(shè)計級參數(shù)計算2.1傳感器心率傳感器的作用是將心率信號轉(zhuǎn)換為響應(yīng)的電沖信號。心率傳感器是心率測試儀中重要的組成部分，其性能的好壞直接影響到后置電路的處理和結(jié)果的顯示。目前典型的心率傳感器有以下三種：光電類、壓阻類和壓電類。在這三種當中目前采用最多的是壓電型傳感器，其工作原理是利用敏感元件直接把壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴Ｔ趥鞲衅鞯倪x擇中，壓力傳感器和紅外光傳感都是很好的選擇。同時為排除電源的噪聲干擾，在傳感器之前需接一個電容接地。2.2放大與整形放大電路是模擬電子電路中最常用、最基本的一種典型電路。無論日常使用的收音機、電視機，或者精密的測量儀器和復雜的自動控制系統(tǒng)等，其中一般都有各種各樣不同類型的放大電路。所謂“放大”表面上是將信號的幅度由小變大，其實“放大”的本質(zhì)首先是實現(xiàn)能量的控制，放大的對象是變化量。運放電路的輸入電阻高，抑制共模信號能力強，由于每個人的心率強弱不一樣，檢測的信號強弱大小也不一樣，則放大倍數(shù)應(yīng)當適當。放大電路有很多種，在本次設(shè)計中，采用了同相比例運算電路。由一個運放器、三個電阻和一個電容組成,放大倍數(shù)大約為25倍。電路圖如下：傳感器放大器濾波器整形時鐘振蕩器譯碼顯示鎖存器計數(shù)器計數(shù)器報警電路與門心率測試儀4整形電路的功能是將模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為高低電平信號輸出到單片機系統(tǒng)往往整形電，可以采用反相滯回電壓比較器進一步提高電路抗干擾能力，并且可以經(jīng)過對強弱脈搏的測試和統(tǒng)計分析可以將其閾值確定。路比較復雜，要較好的對不規(guī)則型信號進行規(guī)制整形是有一定難度的事情，電壓比較器往往是個很好的選擇，為了簡單點直接選用經(jīng)過放大后通過一個電平轉(zhuǎn)換來整形。2.3濾波電路濾波電路的作用實質(zhì)上是“選頻”，即允許某一部分頻率的信號順利通過，而將另一心率測試儀5部分頻率的信號濾掉。在無線電通信、自動測量和控制系統(tǒng)中，常常利用濾波電路進行模擬信號的處理，如用于數(shù)據(jù)傳送、抑制干擾等。在模擬電路中，根據(jù)工作信號的頻率范圍，濾波電路有很多種類，有低通，高通，帶通和帶組等濾波電路。低通濾波電路是指低頻信號能夠通過而高頻信號不能通過的濾波器；高通濾波器剛好相反，能通過而低頻信號不能通過；帶通濾波器是指頻率在某一個頻率范圍內(nèi)的信號能通過，而在此頻率范圍之外的信號均不能通過；帶組濾波器剛好相反，在特定范圍內(nèi)，信號均被阻斷，頻率以外的信號均允許通過。在本次設(shè)計中采用的是二階壓控有源低通濾波電路，把干擾信號即高頻信號濾掉，同時還要達到把心率放大的效果，有源濾波電路的截止頻率為1kHz左右，放大倍數(shù)為2倍左右。2.4倍頻電路為了縮短測量時間，提高測量效率，在電路中添加倍頻電路將有效的縮短測量時間和提高效率，在設(shè)計中采用了4倍頻，將在15s內(nèi)測量出1min內(nèi)的心率信號。倍頻電路的形式很多，如鎖相倍頻器、異或門倍頻器等，由于鎖相倍頻器電路比較復雜，成本比較高，所以這里采用了能滿足設(shè)計要求的異或門組成的4倍頻電路。利用第一個異或門的延遲時間對第二個異或門產(chǎn)生作用，當輸入由“0”變成“1”或由“1”變成“0”時，都會產(chǎn)生脈沖輸出。電路中的電容是為了延時而做的。心率測試儀62.5定時電路555定時器是一種多用途的數(shù)字-模擬混合集成電路，利用它能方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便，所以555定時器在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域都有很大的應(yīng)用。在本次試驗中，555定時器是為了在60s內(nèi)完成測試，則定時器的定時時間長度為60s。2.6計數(shù)電路計數(shù)器不僅能用于對時鐘脈沖計數(shù)，還可以用于分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖系列以及進行數(shù)字運算等。計數(shù)器的種類非常繁多，如果按計數(shù)器中的觸發(fā)器是否同時翻轉(zhuǎn)分類，可以將計數(shù)器分為同步式和異步式兩種。在同步計數(shù)器中，當時鐘脈沖輸入時觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)是同時發(fā)生的。而在異步計數(shù)器中，觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)有先有后，不是同時發(fā)生的。如果按計數(shù)過程中的數(shù)字增減分類，又可以將計數(shù)器分為加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器。隨著計數(shù)脈沖的不斷輸入，作遞增計數(shù)的稱為加法計數(shù)器，作遞減計數(shù)的稱為減法計數(shù)器，可增可減的稱為可逆計數(shù)器。如果按計數(shù)器中數(shù)字的編碼方式分類，可分為二進制計數(shù)器、二-十進制計數(shù)器、格雷碼計數(shù)器等。有時也用計數(shù)器的計數(shù)容量區(qū)分各種不同的計數(shù)器，例如十進制計數(shù)器、六十進制計數(shù)器等。心率測試儀72.7鎖存電路鎖存器是一種對脈沖電平敏感的存儲單元電路，它們可以在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)。一位鐘控D觸發(fā)器只能傳送或存儲一位二進制數(shù)據(jù)，而在實際工作中往往是一次傳送或存儲多位數(shù)據(jù)。為此，可以把若干個鐘控D觸發(fā)器的控制端CP連接起來，用一個公共的控制信號來控制，而各個數(shù)據(jù)端仍然是各自獨立地接收數(shù)據(jù)。用這種形式構(gòu)成的一次能傳送或存儲多位數(shù)據(jù)的電路稱為鎖存器。輸出