便攜式脈搏檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

便攜式脈搏檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)專(zhuān)

業(yè)：學(xué)

號(hào)：姓

名：指導(dǎo)教師：題目的意義及背景題目的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)方案總體概述電路詳細(xì)解析目錄題目設(shè)計(jì)的意義及背景為什么設(shè)計(jì)這個(gè)課題？社會(huì)的需求——體積小、質(zhì)量輕，它可以替代用脈搏聽(tīng)診器等進(jìn)行測(cè)量的傳統(tǒng)方法，使用非常方便。

什么是脈搏波？脈搏波：人體心室周期性的收縮和舒張導(dǎo)致主動(dòng)脈的收縮和舒張，是血流壓力以波的形式從主動(dòng)脈根部開(kāi)始沿著整個(gè)動(dòng)脈系統(tǒng)傳播。采用什么樣的方法？光電容積法：光電式脈搏傳感器是根據(jù)光電容積法制成的脈搏傳感器，通過(guò)檢測(cè)透過(guò)手指的光強(qiáng)可以間接測(cè)量到人體的脈搏信號(hào)。光電式技術(shù)的應(yīng)用及優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)損傷、可重復(fù)性好。脈搏波檢測(cè)傳感器原理朗伯比爾(LamberBeer)定律：

物質(zhì)在一定波長(zhǎng)處的吸光度和他的濃度成正比。當(dāng)恒定波長(zhǎng)的光照射到人體組織上時(shí),通過(guò)人體組織吸收、反射衰減后測(cè)量到的光強(qiáng)將在一定程度上反映了被照射部位組織的結(jié)構(gòu)特征。下圖為手指的血液流動(dòng)情況與光吸收量的系：脈搏波檢測(cè)傳感器原理脈搏主要由人體動(dòng)脈舒張和收縮產(chǎn)生的,在人體指尖,組織中的動(dòng)脈成分含量高,而且指尖厚度相對(duì)其他人體組織而言比較薄,透過(guò)手指后檢測(cè)到的光強(qiáng)相對(duì)較大,因此光電式脈搏傳感器的測(cè)量部位通常在人體指尖。因此可以認(rèn)為光透過(guò)手指后的變化僅由動(dòng)脈血的充盈而引起的,那么在恒定波長(zhǎng)的光源的照射下,通過(guò)檢測(cè)透過(guò)手指的光強(qiáng)將可以間接測(cè)量到人體的脈搏信號(hào)。

光電傳感器結(jié)構(gòu)剖析：

題目的設(shè)計(jì)要求和指標(biāo)主要任務(wù)：a.設(shè)計(jì)完成主控電路，接收信號(hào)放大電路，濾波整形電路，顯示電路。b.液晶用nokia5110，該液晶使用簡(jiǎn)單，連接只需６根線（除去背光）就可以工作。測(cè)量誤差：不大于±3次技術(shù)指標(biāo)：采用3.6V電池供電，1分鐘完成測(cè)量后自動(dòng)待機(jī)，直至撤離探頭并再次達(dá)到測(cè)試部位時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)下一次測(cè)量。

題目的設(shè)計(jì)要求和指標(biāo)預(yù)期目標(biāo)：設(shè)計(jì)光電脈搏探頭，發(fā)射紅外光或紅光作為探測(cè)信號(hào)，照射到指尖等人體組織后，接收其透射或反射信號(hào)。能夠通過(guò)傳感器采集到人體指尖脈搏跳動(dòng)的頻率，誤差每分鐘小于±3次，超過(guò)設(shè)定脈搏跳動(dòng)次數(shù)自動(dòng)報(bào)警。測(cè)試儀在測(cè)量狀態(tài)時(shí)，能在光電探頭達(dá)到合適測(cè)試部位時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)測(cè)量，1分鐘完成測(cè)量后自動(dòng)待機(jī)，直至撤離探頭并再次達(dá)到測(cè)試部位時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)下一次測(cè)量。

紅外二極管發(fā)射出來(lái)的紅外光照到人體手指反射后，紅外接收管將接收到的反射光信號(hào)轉(zhuǎn)化為微弱的電信號(hào)，經(jīng)TLV2463兩級(jí)放大，四階低通濾波將干擾信號(hào)濾除。由于轉(zhuǎn)化后的電信號(hào)并不是規(guī)則的波形，需要用施密特觸發(fā)器整形為方波，便于測(cè)試。單片機(jī)只能采集到正的電壓值，因此還需要對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行直流疊加使它成為正的電壓值。單片機(jī)在一分鐘內(nèi)采集到的高電平次數(shù)近似為人體脈搏跳動(dòng)的次數(shù)，將此值通過(guò)液晶顯示出來(lái)即完成測(cè)試。整體方案選擇檢測(cè)模塊

紅外二極管發(fā)出的光照射到手指，經(jīng)過(guò)手指組織的血液吸收和衰減，反射后由光敏二極管接收。將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)電信號(hào)。信號(hào)取樣電路如下圖。信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路采用運(yùn)算放大器TLV2463兩級(jí)放大，對(duì)微小電脈沖信號(hào)進(jìn)行放大。它具有輸入阻抗高和輸出阻抗低以及調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)方便等優(yōu)點(diǎn).濾波電路

濾波電路采用低噪聲運(yùn)放OPA37GU構(gòu)成，電路設(shè)計(jì)采用FilterProDesktop設(shè)計(jì)軟件，該軟件設(shè)計(jì)出精確的阻容參數(shù)達(dá)到很好的濾波效果。電壓比較電路

電壓比較器在設(shè)計(jì)中是將上一級(jí)波形整形為規(guī)則的方波。由比較器專(zhuān)用芯片LM339D構(gòu)成。主控電路

使用LaunchPadMSP430單片機(jī)開(kāi)發(fā)板。單片機(jī)面積小功能強(qiáng)大，通用I/O可獨(dú)立編程；可提供輸入、輸出與中斷（邊沿可選）的任意組合；所有尋址指令可對(duì)端口控制寄存器進(jìn)行讀/寫(xiě)訪問(wèn)。LCD顯示電路

液晶使用nokia5110，該液晶使用簡(jiǎn)單，連接只需６根線（除去背光）就可以工作。通過(guò)字模工具就可以寫(xiě)英文字符、漢字等。并且該液晶為3.3V，與本設(shè)計(jì)的超低功耗單片機(jī)MSP430電平兼容。因此使用該液晶。主要電路模塊程序流程圖實(shí)物照片結(jié)論

本設(shè)計(jì)通過(guò)傳感器采集到人體指尖脈搏跳動(dòng)的頻率，誤差每分鐘小于±3次，超過(guò)設(shè)定脈搏跳動(dòng)次數(shù)自動(dòng)報(bào)警。測(cè)試儀各項(xiàng)指標(biāo)基本達(dá)到題目要求。這次設(shè)計(jì)不僅是對(duì)我們所學(xué)