《课程设计心率监测器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课程设计心率监测器.docx（26页珍藏版）》请在第壹文秘上搜索。
1、电子技术基础题目名称：人体脉搏计姓名：学号：班级：指导教师：摘要21设计题目及规定31.1 设计题目31.2 设计目的313设计内容及规定31.4 脉搏计设计原理及其原理框图32设计方案42.1 方案背景42.2 方案提出43电路设计分析43.1 信号发生与采集43.2 2放大整形电路53.2.1放大电路53.2.2有源滤波电路63.2.3整形电路73.3倍频电路83. 4基准时间产生电路103.4 .1秒脉冲103.5 .215分频的2分频器113.5计数译码显示电路123.5.1计数电路123.5.2显示译码电路133.6控制电路153. 7试验设计总电路164所用元件及试验心得163.1
2、 元件列表164. 2试验心得175参照文献17附录18摘要伴随医学B发展和平常生活中，人们保健意识的提高，脉搏成了一项重要的生命指标，因此，脉搏0测量便成了越来越常见的一项体检项目之一。综合考虑到各个年龄段0脉搏特性（包括强度、速率和节律等），本次课程设计就针对这样一种切合实际B问题而进行的。首先进行仿真，外加一种脉搏信号，运用传感器接受脉搏信号并转换为电脉冲信号，然后将电脉冲信号进行放大，紧接着增大频率（即进行倍频处理），最终进行滤波处理，从而得到效果比较良好日勺电脉冲信号;与此同步，设计出能产生短时间日勺控制信号，以控制测量时间（本次设计时用到了施密特触发器）；此外还要设计出控制电路，用
3、以保证在基准时间控制下，使倍频后的脉冲信号送到设计的计数、显示电路中。最终将整个电路图合并，便得到了我们期望的仿真电路图，并反复进行调试便可完毕仿真。最终我们将仿真电路图拿出来做实物，并将做好B实物进行反复日勺调试，直到调出对0成果，那么我们的课程设计便是成功地完毕了。关键字：脉搏计脉搏信号倍频滤波基准时间计数器数码管一tt*SSB三C1、题目：人体脉搏计2、设计目的：1、熟悉脉搏计电路的构成、工作原理和设计措施。2、掌握多谐振荡器、倍频器、计数器、译码器等的工作原理、使用措施、特点、用途及重要参数的计算措施。3、熟悉集成电路74LSO0、74LS161.74LS48、555定期器、有源滤波电
4、路时特点、用途及重要参数的选择措施。3、设计规定为提高运用电子技术基本知识进行理论设计、实践创新以及独立工作、团体合作B能力，通过实践制作一种数字频率计，学会合理B运用集成电子器件制作基于数字电路和模拟电路B课程设计与制作。电子脉搏计是用来测量一种人心脏跳动次数的电子仪器，也是心电图的重要构成部分。它是用来测量频率较低B小信号。规定：(1)实目前15s内测量IminB脉搏数;(2)用数码管将测得的脉搏数用数字的形式显示；(3)测量误差不大于土4次/min。注:正常人的脉搏数为6080次min,婴儿为90100次min,老人为100150次/min。4、脉搏计的基本原理及其原理框图分析设计题目规
5、定脉搏计是用来测量一种人心脏跳动次数的电子仪器，也是心电图B重要构成部分。由给出B设计技术指标可知，脉搏计是用来测量频率较低的小信号（传感器输出电压一般为几种毫安），它的基本功能应当是用传感器将脉搏的跳动转换为电压信号，并加以放大整形和滤波。在短时间内（15s内）测出每分钟的脉搏数。简朴脉搏计B框图如下图所示。EQ11瞌插件盾神毋Ea=*计方1、方案背景伴随人们生活水平的提高，心脏疾病的发病率呈上升趋势，已成为威胁人类身体健康B杀手之一。由于心脏病的发作具有突发性和随机性，所认为患者进行实时的测量监控已成为必然的趋势。伴随电子科技的不停发展，生命科学和信息科学B结合越来越紧密，许多研究人员都投
6、身于人类0健康事业之中。心率：用来描述心动周期的专业术语，是指心脏每分钟跳动的次数，以第一声音为准。心电信号是一种非常弱且频率较低的信号，一般幅值在O.05-5mv,频率在0.05-100Hzo脉搏波:人体心室周期性的收缩和舒张导致积极脉的收缩和舒张，使血流压力一波0形式从积极脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波称为脉搏波。脉搏波所展现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，很大程度上反应出人体心血管系统中许多生理病理B血流特性。而心率日勺测量是一种评价病人生理状况很好的措施，心率与脉搏在身体正常的时候是相等的。在房颤等心脏疾病时候可出现不等。因此心率测量问题可以转化为脉搏时测量，而脉搏
7、B测量更轻易实现特点，在实际应用中得到广泛运用。2、方案的提出1、传感器将脉搏跳动信号转换为与此相对应的电脉冲信号。2、放大与整形电路将传感器B微弱信号放大，整形除去杂散信号。3、倍频器将整形后所得到的脉冲信号的频率提高。如将15s内传感器所获得的!信号频率4倍频，即可得到对应一分钟的脉冲数，从而缩短测量时间。4、基准时间产生电路产生短时间B控制信号，以控制测量时间。5、控制电路用以保证在基准时间控制下，使4倍频后日勺脉冲信号送到计数、显示电路中。6、计数、译码、显示电路用来读出脉搏数，并以十进制数日勺形式由数码管显示出来。7、电源电路按电路规定提供符合规定B直流电源。上述测量过程中，由于对脉
8、冲进行了4倍频，计数时间也对应地缩短了4倍（15s）,而数码管显示日勺数字却是IminB脉搏跳动次数。用这种方案测量日勺误差为4次/min,测量时间越短，误差也越大。三电备修计与分常1、信号的发生与采集脉搏传感器的作用是将脉搏信号转换为响应B电冲信号。脉搏传感器是脉象检测系统中重要的构成部分，其性能的好坏直接影响到后置电路日勺处理和成果日勺显示。根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类：传感器工作原理的分类中物理传感器应用时是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩效应现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量日勺微小变化都将转换成电信号。这里传感器采用了红外光电转换器，作用是
9、通过红外光照射人日勺手指日勺血脉流动状况，把脉搏跳动转换为电信号，其原理电路如图3.1所示。图3.1中，红外线发光管VD采用TLP521-1,接受三极管V采用TLP521-1。用Vp=5VH矩形脉冲电源供电，R1m500,凡取10K2、放大整形电路1、放大电路：由于传感器发出B信号很微弱，只有几毫伏左右，因此采用放大电路实现信号放大作用，由于传感器输出电阻比较高，故放大电路采用了同相放大器，如图3.2.1所示，运放采用了LM324,电源电压+5V,放大电路的电压放大倍数为10倍左右。0J-图3.2.1参数的计算如下：由图3.2.1可知这是同相比例运算电路：由于运放输入的虚短虚断有：R3Ui=R
10、3+rMU。（1+上）M=+R3,应设计规定放大倍数在IO左右，在这里取16,有:/R4U+r3)=16令R3=10K求得:R4=150K;再由平衡电阻知识得：R5=R3R4=9.375K;又由于人体脉搏跳动频率限制，可取CI=100Uf。2、有源滤波电路采用了二阶压控有源低通滤波电路，如图所示，作用是把脉搏信号中的高频干扰信号去掉，同步把脉搏信号加以放大，考虑到去掉脉搏信号中的干扰尖脉冲,因此有源滤波电路的截止频率为IkHz左右。为了使脉搏信号放大到整形电路所需的电压值，一般电压放大倍数选用1.6倍左右。集成运放采用LM324。图电路中既引入了负反馈，又引入了正反馈。当信号频率趋于零时，由于
11、C3B电抗趋于无穷大，因而正反馈很弱；当信号频率趋于无穷大时，由于C4日勺电抗趋于零，因而Up(s)趋于零。可以想象，只要正反馈引入得当，就可以在f=f时使电压放大倍数数值增大，又不会因正反馈过强而产生自己振荡。由于同相输入端电位控制由集成运放和R8、R9构成日勺电压源，故称之为压控电压源滤波电路。参数计算如下：应设计规定放大倍数为1.6,即：R9Au=l+g=1.6;取R8=20K,即得：R9=12K.令R6=R7=R,C4=C3=C;由f二薪得：又因f=lkHz,取C=22nF,即得：R=7.2Kt,3、整形电路通过放大滤波后的脉搏信号仍是不规则的脉冲信号，且有低频干扰，仍不满足计数器的规
12、定，必须采用整形电路，这里选用了施密特触发器作为迟滞电压比较器，如图3.2.3所示，其目H是为了提高抗干扰能力。参数如下:5V图3.2.3作为上拉电阻选用RIO=IK。电压传播特性如下图所示:VDD传播特性放大整形部分仿真成果:注：黄色表达整形后的信号。3、倍频电路该电路B作用是对放大整形后H脉搏信号进行4倍频，以便在15s内测出1Inin内的人体脉搏跳动次数，从而缩短测量时间，以提高诊断效率。倍频电路的形式诸多，如锁相倍频器、异或门倍频器等，由于锁相倍频器电路比较复杂，成本比较高，因此这里采用了能满足设计规定BTTL异或门构成倍频路，如图所不。-.UO图U21A和U21B构成二倍频电路，运用
13、第一种异或门日勺延迟时间对第二个异或门产生作用，当输入由“0”变成“I”或由“I”变成“0”时，都会产生脉冲输出，输入输出波形如下图所示。倍频器时频率特性两个二倍频电路就构成了四倍频电路。电容器CrJ作用是为了增长延迟时间，从而加大而出脉冲宽度。异或门用74LS86o参数设置如下：由试验室提供元件可取：C6=C5=0.47FRlI=I50k4倍频电路仿真成果:4、基准时间产生电路基准时间产生电路的功能是产生一种周期为30s（即脉冲宽度为15s）的脉冲信号，以控制在15s内完毕一分钟的测量任务。实现这一功能B方案诸多，我们采用如图3.4.1B方案。友IDdlMWt114fa1KPrbPil151
14、由框图可知，该电路由秒脉冲发生器、十五分频电路和二分频电路构成。1、秒脉冲发生器VCC5VVCCO 500?R13 ,1U15k 3R1447FVCCRST OUTDISTHRTRICONG ID555_VIRTUAL Timer图3.6.2555多谐振荡器参数如下：电路通过RI3、R14充电时有:Tl=0.7(R13+R14)C通过R14放电有:T2=0.7Rl4C得：T=Tl+T2=0.7(R13+2Rl4)C由设计规定得T=Is,取C=47uF0得：R13+2Rl4=30.4K取Rl3=400欧,R14=15K.2、十五分频和二分频器电路如图2T3所示，由SN74161构成十五进制计数器，进行十五分频，然后用CC4013构成二分频电路，产生一种周期为30s的方波，即一种脉宽为15s的脉冲信号。5U .QYOI?I OUa dN3 8 Q 8 0 8 图15分频和2分频电路基准时间产生电路仿真成果:5、计数译码显示电路1、计数电路由人体脉搏B实际状况，这里选用同步四位十进制计数器74LSl60。假如将三片74LS160直接并行连接即可得千进制计数器，三片芯片都
