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便携式脉搏测试仪报告

便携式脉搏测试仪
报告
学院:信息科学与工程学院
专业:电子信息工程
年级:10级
组员:陈均、洪浩、陈帅
任务及要求
一、 任务
设计并制作一个便携式人体脉搏测试仪,该测试仪采用红光或红外光发射接收技术,从人体手指或耳垂处采样获取脉搏信息,并能实时显示被测者每分钟的脉搏数。

其系统框图如图1所示,其中A 、B 为2处信号观测点用于作品评测。

光电脉搏探头
光电
传感
放大滤波 信息处理 显示
信号调理 A B
图1 脉搏测试仪系统方框图
二、 要求
1. 基本要求
(1) 设计制作光电脉搏探头,发射红外光或红光作为探测信号,照射到指尖等人体组织后,接收其透射或反射信号。

(2) 设计制作脉搏信号调理电路与信息处理电路,测量并显示被测人每分钟脉搏次数,以医学仪器产品同时测量值为对照,测量误差不大于±3次。

(3) 测试仪必须采用3.6V 电池供电,并尽量降低待机电流
与工作电流。

作品应留有电池供电电流测试点以便评测时测量功耗。

(4)测试仪能在白天室内日常亮度环境下正常工作。

(5)测试仪在测量状态时,能在光电探头达到合适测试部位时自动启动测量,1分钟完成测量后自动待机,直至撤离探头并再次达到测试部位时自动启动下一次测量。

2.发挥部分
(1)可预置脉搏次数上下告警门限,当脉搏次数测量值超出告警限时,测试仪告警。

(2)可将测试仪设置为监护状态或回放状态。

在监护状态,测试仪进行定时、连续长时间测量并保存测量数据,在回放状态,回放所保存测量数据。

记录数据时应包括其测量时间。

(3)可在不小于128×64点阵的屏幕上实现光电脉搏信号波形动态显示。

(4)其它。

内容摘要
脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生的,在人体指尖,组织中的动脉成分含量高,而且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄,透过手指后检测到的光强相对较大,因此光电式脉搏传感器的测量部位通常在人体指尖。

手指组织可以分成皮肤、肌肉、骨骼等非血液组织和血液组织,其中非血液组织的光吸收量是恒定的,而在血液中,静脉血的搏动相对
于动脉血是十分微弱的,可以忽略,因此可以认为光透过手
指后的变化仅由动脉血的充盈而引起的,那么在恒定波长的
光源的照射下,通过检测透过手指的光强将可以间接测量到
人体的脉搏信号。

一、概述
通过红外对管拾取脉搏MV级的信号,经过第一级放大器
进行放大,进入有源滤波器滤去工频干扰信号,再经过第二
级放大器进行放大,此时信号幅值达到V级,再须把信号通
过比较器进行整形,得到160计数器所需要的时钟脉冲信号,在经过译码器在数码管上显示心跳的次数。

通过555构成的
60S定时电路控制计数器实现定时功能。

再通过若干逻辑门
电路构成上下限预警,当达到或低于限值时,报警。

二、方案设计
信号采集一级放大有源滤波二级放大
定时器
计数器
整形
驱动器
数码管显示
报警
逻辑门
(1)用红外对管将脉搏的跳动转换为电压信号,并加以放大、滤波和整形转换为数字信号;
(2)把整形完的信号通过计数器、译码器最终用数码管显示出来。

(3)整个电路用555构成的时基电路定时60S。

(4)通过门电路实现上下限预警。

三、电路设计方案
1、光电转换电路
血液是高度不透明的液体,光照在一般组织中的穿透性要比血液中大几十倍,据此特点,采用光电效应手指脉搏传感器来拾取脉搏信号。

反向偏压的光敏二极管,它的反向电流具有随光照强度增加而增加的光电效应特性,在一定光强范围内,光敏二极管的反向电流与光强呈线性关系。

指端血管的容积和透光度随心搏改变时,将使光电三极管极管收到不同的光强,并由此产生的光电流均随之作相应变化。

常用检测脉搏的光电传感器分为红外对管和红外放射管。

采用红外对管。

将对管夹于手指端部,通过手指的血液浓度会随着心脏的跳动发生变化,红外对管对应的信号便会发生相应的变化,采集此信号经过放大,滤波,比较等处理便可以得到理想的信号。

2、放大电路
(1)一级放大电路
同向比例放大电路信号的采集中会有很强的共模信号,
但是为了减少干扰,可以采用两级同相比例放大电路,集成运算放大器采用LM324。

(2)二级放大电路
后级放大电路同样采用同相比例放大电路。

3、滤波电路
由于有50 赫兹的工频干扰和传感器在测量时有震动带来的干扰, 必须对所取信号进行滤波处理。

考虑到脉搏的频谱特性以及滤波50 赫兹工频干扰可以采用截止频率为2.5 赫兹的低通滤波器滤除。

因为压控电压源型二阶低通滤波器电路结构简单,调整方便,且使用电路多采用运算放大器做有源
器件,几乎没有负载效应,故选择压控电压源型滤波电路
4.整形电路
整形电路采用运算放大器LM324构成的单限电压比较器。

5、定时电路
60s定时电路采用555定时器构成的单稳态触发器,频率用电位器调制1HZ.当到60S时用门电路输出一个低电平,接到计数器的使能端,实现定时。

定时电路
6.报警电路
在60S到时,若心跳次数没达到下线则报警,本设计值是40次。

若心跳次数达到上限,本设计值是240,则在测量过程中或结束时就会报警。

7.计数、译码及显示电路
计数、译码及显示电路由十进制计数器74LS160、共阴极译码驱动器74LS48和共阴极数码管组成。

74LS160的CLR引脚经开关引出实现计数清零。

整形后的脉搏信号作为74LS160时钟脉冲,进行计数。

定时、显示、报警总电路
理论分析与计算
1、光电发射接收参数分析与计算:
红外接收二极管在红外光的照射下能产生电能,单个二极管能产生0.4 V电压,0.5 mA电流。

在指夹中,红外接收二极管和红外发射二极管相对摆放以获得最佳的指向特性。

红外发射二极管中的电流越大,发射角度越小,产生的发射强度就越大。

在图中,R1选100 Ω是基于红外接收二极管感应红外光灵敏度考虑的。

R1过大,通过红外发射二极管的电流偏小,红外接收二极管无法区别有脉搏和无脉搏时的信号。

反之,R1过小,通过的电流偏大,红外接收二极管也不
能准确地辨别有脉搏和无脉搏时的信号。

其电路原理图及参数如图所示。

2、处理参数分析与计算: (1)前级放大电路:
电路及参数如图所示,波形如图所示。

图4
放大倍数A u =200K/10K=20图5
(2) 滤波电路:
有源滤波电路及参数如图所示,经滤波后脉搏波形所示如下。

10000
100
放大倍数:A u=75K/10K=7.5
(4)整形电路:
阈值电压:Vt=5*(10k/(10k+91k))=0.5V
波形显示如图所示。

五、元器件清单及总原理图
红外对管1对电阻(500,10K,100k,91k``)若干导线若干LM324 5 电容(1uf,10uf,10nf···) 若干计数器74LS160 5 驱动器74LS48 5
定时器555 1
七段共阴数码管 5
逻辑门74LS04,32,08,22 各两个
开关 2
夹子 1
图A:总体电路图
六、测试方案与测试结果
1、测试方案及条件:
本组实验测试通过对不同人进行脉搏次数检测,软件给
与校正进行误差分析,测试是在白天自然光及夜晚熄灯两个条件下测试的。

2、测试结果:误差在3个以内
3、测试结果分析:
误差可能由芯片干扰,电源干扰,外界光线干扰,导线干扰,自然磁场等造成.
七、总结:
通过对本次比赛很大程度上锻炼了我们的动手能力,真正的感觉到了学以致用,再设计、组装、调试过程中增强了我们的团队合作能力,巩固了课本学到的知识。

本次设计没有用单片机,这是一个遗憾,没有完成这部分的设计。

书到用时方很少,今后我们会更加努力,我们三人许下诺言:做一件到40岁都能拿出去吹牛的事情!。

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