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毕业设计说明书(论文) 设计题目:________数字脉搏计的设计______ 专业:___________通信技术___________ 级:________通信技术 07-1 班_______ 班学号:_________ ________ 姓名:__________ ____ 指导教师:__________ _______ 2009 年 10 月 6 日

四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 目录摘要 ............................................................... 1 第 1 章绪论 ......................................................... 2 第 2 章数字脉搏计时器的方案比较 ...................................... 3 2.1 方案比较与论证 .............................................. 3 2.2 倍频器组成数字脉搏计时器的设计 .............................. 3 2.3 门控电路组成数字脉搏计时器的设计 ............................ 4 第 3 章单元电路的设计 ................................................ 6 3.1 放大与整形电路 .............................................. 6 3.1.1 传感器 .................................................. 6 3.1.2 放大电路 ................................................ 7 3.1.3 有源滤波电路 ............................................ 7 3.1.4 整形电路 ................................................ 7 3.1.5 电平转换电路 ............................................ 7 3.2 倍频电路 .................................................... 8 3.3 基准时间产生电路 ............................................ 8 3.3.1 秒脉冲发生器 ............................................ 9 3.3.2 十五分频和二分频 ........................................ 9 3.4 计数、译码、显示电路 ....................................... 10 3.5 控制电路 ................................................... 13 总结 .............................................................. 15 致谢 .............................................................. 16 参考文献 ............................................................ 17 附录整机电路图 ................................................... 18 I

四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 摘要人体脉象中富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息。而脉搏的病理生理性改变常引发各种心血管事件，脉搏生理性能的改变可以先于疾病临床症状出现，通过对脉搏的检测可以对如高血压和糖尿病等引起的血管病变进行评估。同时脉搏测量还为血压测量，血流测量及其他某些生理检测技术提供了一种生理参考信号。本文主要介绍了数字式脉搏计的具体实现方法，利用压电传感器产生脉冲信号，经过放大整形后，输入单片机内进行相应的控制，从而测量出一分钟内的脉搏跳动次数，快捷方便。通过观测脉搏信号，可以对人体的健康进行检查，通常被用于保健中心和医院。关键词脉搏计；脉冲信号；压电传感器第 1 页

四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 1 章绪论脉搏是临床检查和生理研究中常见的生理现象，包含了反映心脏和血管状态的重要生理信息。人体内各器官的健康状态、病变等信息将以某种方式显现在脉搏中即在脉象中。人体脉象中富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息，我们可以通过对脉搏波检测得到的脉波图含有出许多有诊断价值的信息，可以用来预测人体某些器脏结构和功能的变换趋势，如:血管几何形态和力学性质的变异会引起脉搏波波形和波速等性质的改变，而脉搏的病理生理性改变常引发各种心血管事件，脉搏生理性能的改变可以先于疾病临床症状出现，通过对脉搏的检测可以对如高血压和糖尿病等引起的血管病变进行评估。同时脉搏测量还为血压测量，血流测量及其他某些生理检测技术提供了一种生理参考信号。在医院临床监护和日常中老年保健中，脉搏是一项基本的生命指标，因而脉搏测量是最常见的生命特征的提取。近年来出现的日常监护仪器，如便携式电子血压计，可以完成脉搏的测量。但是这种便携式电子血压计利用微型气泵加压橡胶气囊，每次测量都需要一个加压和减压的过程，存在体积庞大、加减压过程会有不适、脉搏检测的精确度低等缺点。第 2 页

四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 2 章数字脉搏计时器的方案比较 2.1 方案比较与论证电子脉搏计是用来测量一个人心脏跳动次数的电子仪器，也是心电图的主要组成部分。由给出的设计技术指标可知，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个毫伏)，它的基本功能应该是： 1）用传感器将脉博的跳动转换为电压信号，并加以放大、整形和滤波； 2）在短时间内(15s 内)测出每分钟的脉搏数。本设计要求实现在 15s 内测量 lmin 的脉搏数，并且显示其数字。常人脉搏数为 60~80 次／min，婴儿为 90~100 次／min，老人为 100~150 次/min。满足上述设计功能可以实施的方案很多，现提出下面两种方案： 2.2 倍频器组成数字脉搏计时器的设计方案一的原理框图如图 2-2 所示，图中各部分的作用如下： 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：将传感器的微弱信号放大，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 内传感器所获得信号频率的 4 倍频，即课得到对应一分钟脉冲数，从而缩短测量时间。 4）基准时间产生电路：产生短时间的控制信号，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 倍频后的脉冲信号送到计数、显示电路中。 6) 计数、译码、显示电路：用来读出脉搏数，并以十进制数的形式由数码管显示出来。 7) 电源电路：按电路要求提供符合要求的直流电源。第 3 页

四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 图 2-2 方案 1 方框图上述测量过程中，由于对脉冲进行了 4 倍频，计数时间也相应的缩短了四倍（15s），而数码管显示的数字却是 1min 的脉搏跳动次数。用这种方案测量的误差为 4 次/min，测量时间越短，误差也越大。 2.3 门控电路组成数字脉搏计时器的设计方案二的原理框图如图 2-3 所示，图中各部分的作用如下： 1）六进制计数器：用来检测六个脉搏信号，产生五个脉冲周期的门控信号。 2）基准脉冲（时间）发生器：产生周期为 0.1s 的基准脉冲信号。 3）门控电路：控制基准脉冲信号进入 8 位二进制计数器。 4）8 位二进制计数器：对通过门控电路的基准脉冲进行计数，例如 5 个脉搏周期为 5s，即门打开 5s 的时间，让 0.1s 周期的基准脉冲信号进入 8 位二进制计数器，显示计数值为 50，反之，由它可相应求出 5 个脉冲周期的时间。 5）定脉冲数产生电路：产生定脉冲数信号，如 3000 个脉冲送入可预置 8 位计数器输入端。 6）可预置 8 位计数器：以 8 位二进制计数器输出值（如 50）作为预置数，对 3000 脉冲进行分频，所得的脉冲数（如得到 60 个脉冲信号），即心率，从而完成计数值换成每分钟的脉搏次数。现在所得的结果即为每分钟 60 次的脉搏数。第 4 页

四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 图 2-3 方案 2 方框图该方案是首先测出脉搏跳动 5 次所需的时间，然后再换算为每分钟脉搏跳动的次数。这种测量方法的误差小，误差最多 1 次/min。此方案的传感器、放大与整形、计数、译码、显示电路等部分与方案一完全相同。 2.4 方案比较方案一结构简单，易于实现，但测量精度偏低；方案二电路结构复杂，成本高，测量精度较高。根据设计要求，精度为 4 次/min，在满足设计要求的前提下，应尽量简化电路，降低成本，故选择方案一。第 5 页

四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 3 章单元电路的设计 3.1 放大与整形电路如上所述，此部分电路的功能是有传感器将脉搏信号转换为电信号，一般为几十毫伏，必须加以放大，已达到整形电路所需的电压，一般为几伏。放大后的信号波形是不规则的脉冲信号，因此必须加以滤波整形，整形电路的输出电压应满足计数器的要求。所选放大整形方案电路框图如图 3-3 所示。 3.1.1 传感器光敏传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD 和 CMOS 图像传感器等。它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。最简单的光敏传感器是光敏电阻，当光子冲击接合处就会产生电流。此传感器就采用了红外光电转换器，作用是通过红外光照射人的手指的血脉流动情况，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 传感器信号调节原理电路图 3-2 同相放大器电路图中，红外线发光管 VD 采用 TLN104，接收三极管 VT 采用 TLN104.用+5V 电源供电；R1 采用 500Ω，R2 采用 10KΩ。第 6页

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