雙波長頻分光電脈搏波測量電路課件

雙波長頻分光電脈搏波測量電路（用雙蹤示波器2V以上量程顯示）

雙波長頻分光電脈搏波測量電路（用雙蹤示波器2V以上量程顯示）1要求：（1）保證每個(gè)波長的脈搏波信號(hào)>1VP-P；（2）通道竄擾：<-20dB；（3）脈搏波信號(hào)的頻率：0.25--20Hz；（4）信噪比：>20dB。要求：（1）保證每個(gè)波長的脈搏波信號(hào)>1VP-P；2正弦波的產(chǎn)生設(shè)計(jì)思路發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)光電傳感器接收帶通濾波器解調(diào)解調(diào)交直流分離交直流分離調(diào)制放大電壓變換放大電壓變換單片機(jī)計(jì)算輸出正弦波的產(chǎn)生設(shè)計(jì)思路發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)光電傳感器接收帶通濾波器3各部分電路及原理分析各部分電路及原理分析4正弦波產(chǎn)生我們這里采用的是雙波長頻分式即兩個(gè)不同波長660nm紅光和940nm紅外光，所以只用到了兩個(gè)不同頻率的載波260HZ和1360HZ。（可根據(jù)需要改為500Hz和5500Hz）方案：（已經(jīng)否定）

用兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生兩個(gè)正弦波，頻率分別為260HZ和1360HZ。正弦波產(chǎn)生我們這里采用的是雙波長頻分式即兩個(gè)不5基本電路基本電路6備選方案1：

用定時(shí)器來產(chǎn)生500HZ和5500HZ的方波,然后用一個(gè)低通濾波器（可改為帶通）濾出基波分量，就得到了正弦波。555定時(shí)器電路圖如下：

備選方案1：

用定時(shí)器來產(chǎn)生500HZ和557備選方案2：

用單片機(jī)配合低通濾波器實(shí)現(xiàn)輸出正弦波。首先用單片機(jī)輸出一個(gè)方波，然后再用一個(gè)低通濾波器，就得到了正弦波。

8253單片機(jī)備選方案2：8253單片機(jī)8光電傳感器接收這里采用TI的OPT101。DESCRIPTIONTheOPT101isamonolithicphotodiodewithon-chiptransimpedanceamplifier.Outputvoltageincreaseslinearlywithlightintensity.Theamplifierisdesignedforsingleordualpowersupplyoperation,makingitidealforbatteryoperatedequipment.Theintegratedcombinationofphotodiodeandtransimpedanceamplifieronasinglechipeliminatestheproblemscommonlyencounteredindiscretedesignssuchasleakagecurrenterrors,noisepick-upandgainpeakingduetostraycapacitance.The0.09x0.09inchphotodiodeisoperatedinthephotoconductivemodeforexcellentlinearityandlowdarkcurrent.TheOPT101operatesfrom+2.7Vto+36Vsuppliesandquiescentcurrentisonly120mA.Itisavailableinclearplastic8-pinDIP,5-pinSIPandJ-formedDIPforsurfacemounting.Temperaturerangeis0°Cto70°C.光電傳感器接收這里采用TI的OPT101。DESCRIPTI9lSINGLESUPPLY:+2.7to+36VlPHOTODIODESIZE:0.090x0.090inchlINTERNAL1MWFEEDBACKRESISTORlHIGHRESPONSIVITY:0.45A/W(650nm)lBANDWIDTH:14kHzatRF=1MWlLOWQUIESCENTCURRENT:120mAlAVAILABLEIN8-PINDIP,5-PINSIP,AND8-LEADSURFACEMOUNTPACKAGES光譜響應(yīng)率lSINGLESUPPLY:+2.7to+36V光10帶通濾波器這里選取了美信的濾波器集成芯片MAX274它是由互相獨(dú)立的可以級(jí)聯(lián)的四個(gè)二階單元組成的有源濾波器?？梢詷?gòu)成巴特沃斯，切比雪夫以及貝塞爾低通以及帶通濾波器。濾波器的參數(shù)有四個(gè)電阻決定，因此穩(wěn)定性較分立元件搭出來的跟穩(wěn)定。

帶通濾波器這里選取了美信的濾波器集成芯片MAX11雙波長頻分光電脈搏波測量電路ppt課件12外接電阻的阻值計(jì)算方法如下:步驟1:計(jì)算電阻R2,電阻R2、R4決定中心頻率FO。R2=2×109/F0步驟2:計(jì)算電阻R4,R4=R2-5kΩ步驟3:計(jì)算電阻R3,電阻R3決定中心頻率FO、品質(zhì)因數(shù)QR3=(Q×109/F0)×(Rx/Ry)Rx/Ry的比值由FC所連接的電平?jīng)Q定步驟4:計(jì)算電阻R1,電阻R1決定其增益。低通濾波器:R1=(2×109)/(F0×HOLP)×(Rx/Ry)HOLP為低通輸出LPO在直流輸入下的增益。帶通濾波器:R1=R3/HOBPHOBP為帶通輸出BPO在中心頻率處的增益。外接電阻的阻值計(jì)算方法如下:13基本電路基本電路14解調(diào)上面一步的帶通濾波器已經(jīng)將兩個(gè)500HZ和5500HZ的已調(diào)信號(hào)分離了，解調(diào)就是要從這個(gè)已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)原信號(hào)。方案1：包絡(luò)檢波法：解調(diào)上面一步的帶通濾波器已經(jīng)將兩個(gè)500H15方案2：

相干檢波法，它要求用一個(gè)與調(diào)制嚴(yán)格相同的時(shí)序信號(hào)和已調(diào)信號(hào)相乘，再通過一個(gè)低通濾波器，即可得到原信號(hào)。

方案2：

相干檢波法，它要求用一個(gè)與調(diào)制嚴(yán)格16交直流分離這里采用一個(gè)高通濾波器。交直流分離這里采用一個(gè)高通濾波器。17放大電壓變換信號(hào)放大電路主要利用運(yùn)算放大器的級(jí)聯(lián)放大功能實(shí)現(xiàn)。將輸入的微小交流信號(hào)送入第一級(jí)進(jìn)行8.5倍的放大，再進(jìn)入第二級(jí)相似的放大電路放大100倍放大電壓變換信號(hào)放大電路主要利用運(yùn)算放大器的級(jí)18雙波長頻分光電脈搏波測量電路ppt課件19單片機(jī)（帶A/D轉(zhuǎn)換）在軟件方面，利用AVR單片機(jī)ATMEGA16所具有的AD轉(zhuǎn)換功能，邊采樣邊存儲(chǔ)有用數(shù)據(jù)，依托核心理論的算法實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理。ATmega16是基于增強(qiáng)的AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。單片機(jī)（帶A/D轉(zhuǎn)換）在軟件方面，利用AV20由于脈搏波信號(hào)的頻率范圍在0.1Hz~60Hz，因此，采樣頻率在100Hz較為合適。為了得到這個(gè)頻率，先通過設(shè)置ADCSRA寄存器的ADPS位得到128的預(yù)分頻系數(shù)，然后通過在中斷服務(wù)程序中寫延時(shí)來延長采樣周期。由于脈搏波信號(hào)的頻率范圍在0.1Hz~60Hz，因此，采樣頻21備選方案：

采用一個(gè)減法器備選方案：

采用一個(gè)減法器22輸出預(yù)期波形輸出預(yù)期波形23后續(xù)拓展：

進(jìn)入與非門與時(shí)鐘信和控制信號(hào)運(yùn)算計(jì)數(shù)顯示輸出波形清零信號(hào)時(shí)鐘信號(hào)后續(xù)拓展：

進(jìn)入與非門與時(shí)鐘信和控制信號(hào)運(yùn)算計(jì)數(shù)顯示輸出波形24輸出波整形：

信號(hào)的整形是由六施密特觸發(fā)器40106實(shí)現(xiàn)的。整形后的波形成為方波，轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行下面的運(yùn)算。輸出波整形：

信號(hào)的整形是由六施密特觸發(fā)器4025與非運(yùn)算電路（輸入控制信號(hào)）與非運(yùn)算電路（輸入控制信號(hào)）26555產(chǎn)生周期為10秒的信號(hào)555產(chǎn)生周期為10秒的信號(hào)27計(jì)數(shù)電路經(jīng)與非運(yùn)算的脈搏信號(hào)進(jìn)入到計(jì)數(shù)器4518的使能端EN中進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的兩個(gè)清零信號(hào)R1、R2，都與4098產(chǎn)生的清零信號(hào)（高電平有效）相連，每十秒清零一次，開始重新計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)電路經(jīng)與非運(yùn)算的脈搏信號(hào)進(jìn)入到計(jì)數(shù)器4518的使能端E28顯示電路為實(shí)現(xiàn)鎖存示數(shù)的目的，顯示電路選用4511驅(qū)動(dòng)譯碼管。計(jì)數(shù)器輸出的結(jié)果是10秒鐘的脈搏數(shù)。4511芯片的EL管腳在低電平時(shí)更新示數(shù)，高電平時(shí)保持當(dāng)前示數(shù)不變。給E