logo资料库

基于压电传感器的心率计的计算机设计与仿真.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.05M 资料格式：doc 举报 版权申诉
第1页 / 共48页
第2页 / 共48页
第3页 / 共48页
第4页 / 共48页
第5页 / 共48页
第6页 / 共48页
第7页 / 共48页
第8页 / 共48页
资料共48页，剩余部分请下载后查看
    摘 要
    Abstract
    目 录
    第一章 引 言
    1.1 心率研究的意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 课题要求
    1.4 设计内容
    1.5 主要技术指标及参数
    1.6 传感技术的研发概况
    第二章 设计方案论证
    2.1 传感器的分类及工作原理
    2.1.1 传感器的分类
    2.1.2 传感器的工作原理
    2.2 传感器的选用分析
    2.3 设计方案
    第三章 硬件电路设计
    3.1 心率计工作原理框图
    3.2 电源供电电路
    3.2.1 采用交流220V电源供电方式
    3.2.2 采用直流电源供电方式
    3.3 测量电路
    3.4 传感器的性能
    3.4.1 传感器的型号选择
    3.4.2 传感器的供电电路
    3.5 放大电路
    3.6 滤波整形电路
    3.6.1 滤波电路
    3.6.2 整形电路
    3.7 倍频电路
    3.7.1 利用CD4046锁相环及计数器构成的倍频电路
    3.7.2 利用简单门电路等组成的二倍频电路级联
    3.8 控制电路
    3.8.1 闸门信号的产生
    3.8.2 启动清零的控制
    3.9 计数译码显示电路
    第四章 仿真结果与分析
    4.1 Multisim 2001的功能及特点
    4.2 测量电路
    4.3 放大电路
    4.4 滤波电路
    4.5 整形电路
    4.6 倍频电路
    4.7 闸门控制电路
    4.7.1 闸门电路
    4.7.2 控制电路
    4.8 计数显示电路
    4.9 整机电路
    结 论
    参考文献
    致 谢
    附录
    毕业设计(论文) 基于压电传感器的心率计的 计算机设计与仿真 学 专 姓 学 院： 业： 名： 号： 指导教师： 2010 年 6 月
    摘 要 摘 要 脉搏波所呈现出来的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，能 反映出人体心血管系统中许多生理疾病的血流特征。根据人体脉搏信号特 征，本文设计了一种脉搏波动频率测量系统。本次设计的压电传感器基础上 的心率计，原理结构主要由六部分组成，其中包括：测量电路、放大电路、滤 波整形电路、计数显示电路、控制电路、电源供电电路。其中传感器的选取是 设计中的首要任务，其次就是信号的放大及计数电路的设计，关键点是计数电 路中计数方式的选择。显示电路可以借助传统的设计模块作为参考。利用压电 传感器，将人体的脉搏通过压电陶瓷片转换为可处理的电信号，经过集成运算 放大器、滤波电路、整形电路等模块，在 555 时基电路、数码显示、控制、计 数等电路元件的配合下，利用 Multisim2001 仿真软件，可以实现此心率计的仿 真设计。各个电路模块，根据其功能特点均有多种方案选择，我们在设计过程 中，利用所掌握的理论知识，对各种方案做出比较，并要求选择出最佳方案， 完成整体设计，并且实现利用 Multisim2001 软件对每一模块的仿真。 本次设计任务详细分析了压电传感器应用于心率测量上的原理及优点，阐 述了其他各配合电路的组成与工作特点，得出了在不同测量数据和技术参数条 件下的仿真结果，使得本次课题的预期结果得以实现。 关键词：压电传感器，控制电路，计数器， Multisim2001 仿真软件 I
    Abstract Abstract The shape, intensity, speed, and rhythm of pulse signals mostly reflect the physical and pathological characters of heart-blood system in human bodies. According to the characteristics of the human pulse signals, a pulse fluctuation frequency measurement system is designed. The design of piezoelectric sensors on the basis of heart rate, the main principle behind the structure from the six components, including: measuring circuit, amplifier, filter plastic circuit, counts show circuit, control circuits, power supply circuits. The selection of these sensors is the primary task in the design, followed by the signal is enlarged and the number of circuit design, the key point is counting circuit in the counting method choice. Show circuit can use the traditional design module as a reference. Use of piezoelectric sensors, will feel the pulse of the human body through the piezoelectric ceramics can handle the conversion to electrical signals, through integrated operational amplifiers, filter circuits, such as plastic circuit module, in 555 at-circuit, digital display, control, counting and other circuit elements , Coupled with the use Multisim2001 simulation software, can achieve this rate of simulation design. Each circuit module, according to their functional characteristics have the choice of a variety of programmes, we in the design process, mastered by the use of the theory of knowledge, to compare the various options and asked to choose the best option, to complete the overall design, and Implementation of Multisim2001 software for each module of the simulation. The task of designing a detailed analysis of piezoelectric sensors for measuring heart rate and on the principle of merit, on the other circuit with the composition and characteristics of the work, come in different measurement data and technical parameters under the conditions of the simulation results, making The topics to achieve the expected results. Keywords: Piezoelectric sensors, control circuit, counters, Multisim2001 simulation software control circuit. II
    目 录 目 录 摘 要..............................................................................................................................I Abstract........................................................................................................................II 目 录........................................................................................................................... III 第一章 引 言............................................................................................................. 1 1.1 心率研究的意义............................................................................................ 1 1.2 国内外研究现状............................................................................................ 2 1.3 课题要求........................................................................................................ 2 1.4 设计内容........................................................................................................ 2 1.5 主要技术指标及参数.................................................................................... 2 1.6 传感技术的研发概况.................................................................................... 3 第二章 设计方案论证............................................................................................... 5 2.1 传感器的分类及工作原理............................................................................ 5 2.1.1 传感器的分类..................................................................................... 5 2.1.2 传感器的工作原理............................................................................. 6 2.2 传感器的选用分析........................................................................................ 7 2.3 设计方案........................................................................................................ 8 第三章 硬件电路设计............................................................................................. 10 3.1 心率计工作原理框图.................................................................................. 10 3.2 电源供电电路.............................................................................................. 11 3.2.1 采用交流 220V 电源供电方式........................................................ 11 3.2.2 采用直流电源供电方式................................................................... 11 3.3 测量电路...................................................................................................... 11 3.4 传感器的性能.............................................................................................. 13 3.4.1 传感器的型号选择........................................................................... 13 3.4.2 传感器的供电电路........................................................................... 13 3.5 放大电路...................................................................................................... 14 3.6 滤波整形电路.............................................................................................. 16 3.6.1 滤波电路........................................................................................... 16 3.6.2 整形电路........................................................................................... 17 III
    目 录 3.7 倍频电路...................................................................................................... 20 3.7.1 利用 CD4046 锁相环及计数器构成的倍频电路............................20 3.7.2 利用简单门电路等组成的二倍频电路级联................................... 21 3.8 控制电路...................................................................................................... 22 3.8.1 闸门信号的产生............................................................................... 22 3.8.2 启动清零的控制............................................................................... 26 3.9 计数译码显示电路...................................................................................... 26 第四章 仿真结果与分析......................................................................................... 30 4.1 Multisim 2001 的功能及特点.......................................................................30 4.2 测量电路...................................................................................................... 31 4.3 放大电路...................................................................................................... 32 4.4 滤波电路...................................................................................................... 33 4.5 整形电路...................................................................................................... 34 4.6 倍频电路...................................................................................................... 35 4.7 闸门控制电路.............................................................................................. 36 4.7.1 闸门电路........................................................................................... 36 4.7.2 控制电路........................................................................................... 37 4.8 计数显示电路.............................................................................................. 37 4.9 整机电路...................................................................................................... 39 结 论........................................................................................................................... 40 参考文献..................................................................................................................... 41 致 谢........................................................................................................................... 42 附录............................................................................................................................. 43 IV
    第一章 引 言 第一章 引 言 1.1 心率研究的意义 中医对脉诊是十分重视的，认为通过脉诊可以了解患者脏腑气血的盛衰， 可以探测病因、病位、预测疗效等。从近代医学的角度来看，人体循环系统承 担着协调全身各组织的能量代谢，输送氧气、营养物质，运走代谢废物等重要 的工作，还承担运送抗体、激素等物质以协调整体的动态平衡。从整体的角度 对疾病进行综合分析，显然循环系统的信息将占很重要的比重；从整个循环系 统来看桡动脉介于大动脉与小动脉之间，由于心脏的舒缩、内脏血容量的变化、 血管端点阻抗、管道内脉波的反射、血液的粘滞性、血管壁的粘弹性等因素使 脉象携带着有关心脏运动、内脏循环、外周循环等丰富的心血管系统及整体的 动态信息。因此脉诊的临床意义很大，它的机理是急待于我们进行研究的。 作为现代电子仪器与医学相结合的一个重要应用课题，具有深远意义。现 代医学的不断发展和进步，使人们对各种测量仪器的要求越来越高，而心率的 测量是一种评价人生理状况的好方法。心率是一种重要的生理参数，它反应了 人体心脏工作的频率。本设计是一款性价比比较高的电子心率计，它解决了传 统测量方法的不准确性和随机性，能够准确的测量出人体的心率，并以数字的 方式将测量结果显示。它利用压电陶瓷片将人体脉搏转换为可处理的电信号， 再经过信号的放大、整形滤波，而实现人体心率的测量和显示，具有抗干扰能 力强、稳定性能好、电路成本低、应用范围广等优点。 本设计旨在综合压电传感器以及相关专业知识，设计一个数字脉搏计，对 人体脉搏进行测量经数码管显示，最终利用软件 Multisim2001 仿真出实验结果。 本课题综合性较强，可以巩固所学专业基础理论和基本操作技能，培养综合运 用所学知识与技术独立分析问题解决问题的能力；通过在设计中选择合适的传 感器，进而掌握其原理、应用范围、功能等；还可以深入了解心率计的工作原 理、元器件选择以及电子仪器的常用设计方法等，进而掌握使用计算机进行电 子线路设计与仿真的基本思想和方法。通过这次毕业设计，重温了专业理论知 识，锻炼了动手操作技能，实现了理论和实践的有机结合，为将来从事相关行 业积累了初步的设计经验。 1
    第一章 引 言 1.2 国内外研究现状 在医疗诊断中， 快速脉搏测定已从传统的测量方法向多参数生命体征监护 仪和自动脉搏测量仪发展。由于其操作简单、快捷、准确、可定时、可记忆存 储数据等功能特点，不仅减轻了医务人员的工作强度,也使医疗手段得以现代化、 高科技化。新技术和新工艺使传感器和实验室仪表两者成为同一个芯片，这是 全新的提高。这种多元化的测量系统正朝着体积小，功耗低、使用灵活、 便于 携带， 适合于社区和住院病房使用,有较强的分析能力，可扩展等方向发展。 如 与 PC 机进行通信，将采集到的脉搏信号通过无线网络传输到 PC 端，从而实现 远程医疗等。 现今多数医生用听诊器测量脉搏，医用脉搏计可以精确测出心率，并且可 以测出心肌收缩力度，从而判断病人的健康状况；而家用脉搏计只需测出脉搏 的频率，功能简单，数字脉搏计正好适应了这一要求，使用简单，便于携带,。 1.3 课题要求 1、选用合适的传感器。 2、设计与传感器配合的信号处理电路。 3、设计相关电子线路并画图。 4、熟练掌握 Multisim2001 和 Protel99SE 的使用方法。 5、完成对设计的电子线路和系统的仿真实验。 6、测试相关点的波形，记录、分析整理测试数据。 1.4 设计内容 1、方案比较及论证，查阅相关资料，选择最佳设计方案，列出设计思想。 2、了解心率计的测量原理，结构特点以及控制要求。 3、了解心率计的工作原理、结构框图等，完成单元电路设计。 4、实现电路的测量与仿真。 5、绘制电路原理图，列元件明细表，整理及分析有关数据。 6、总结。 1.5 主要技术指标及参数 1、计数范围：1～999。 2
    第一章 引 言 2、数字显示位数：三位静态十进制计数显示被测信号数值。 3、具有计数及锁存功能。 4、性能良好，工作可靠。 1.6 传感技术的研发概况 随着社会的进步，科学技术的发展，特别是近 20 年来，电子技术日新月异， 计算机的普及和应用把人类带到了信息时代，各种电器设备充满了人们生产和 生活的各个领域，相当大一部分的电器设备都应用到了传感器件，传感器技术 是现代信息技术中主要技术之一，在国民经济建设中占据有极其重要的地位。 自 20 世纪 50 年代以来，科学家对于脉学的理论、脉诊方法、临床诊断和 实验研究等方面均开展了大量工作，取得了较大进展。脉象的客观化研究集中 在脉象仪的研制方面。脉象传感器是脉象仪的关键部分。英国人 Marey 最早设 计了以弹簧为动力的杠杆式脉搏传感器，并记录了桡动脉脉搏波。1860 年首次 出现杠杆和压力鼓式描述脉搏图，1895 年开始采用换能的方式，出现了杠杆式 光学脉搏描述器。20 世纪 50 年代我国学者朱颜首次将杠杆脉搏描述器引用到中 医脉诊的研究中来。自 20 世纪 70 年代至今，研究人员已研制出种类繁多的换 能器以模拟中医切脉的手指采集脉搏信号并记录。目前应用的脉象传感器种类 繁多，根据其工作原理可分为 4 种：通过感受脉动处压力的变化而描述脉搏图 的压力传感器；通过感受脉管容积的变化来描述脉象的光电传感器；利用声学 原理，拾取由脉搏引起的振动即所谓听信号的传声器；还有超声多普勒检测技 术。 但是目前国内医疗机构对于脉搏和血压的测量在相当程度上还依赖于听诊 器，医疗事业的发展使其测量将由数字化仪器所代替。传感器是脉搏检测仪器 中的重要部件。国内外科研人士在提取脉搏图象方面已开展了大量工作，先后 研制了不同种类的传感器及测量设备以获得脉搏波形。如：液态传感器，将单 位长度管段动脉内血液体积随时间变化量转换成导电液柱体电阻的改变参量来 测量脉搏波形。它的灵敏度虽高，却因液态传感器本身结构特点的限制使测量 过程并不方便。由新型高分子材料 PVDF、扩散硅等压电材料（具有压电效应） 制成的压电传感器在医用领域得到了广泛应用。采用红外线来检测采集人体的 脉搏，检测的部位为任意一手指或者耳垂的液晶显示型心率计也较为应用。随 3
    分享到：
    赞 收藏

    相关推荐

    资料库

    课程资源

    共收录17145份资料，累计13个分类，关注成员有19位，主要包括：PHP,网络管理,网页制作,Java,.Net,数据库,3G/移动开发,C/C++,游戏开发,嵌入式,讲义,软件测试,专业指导

    热门标签

    PHP 网络管理 网页制作 Java .Net 数据库 3G/移动开发 C/C++ 游戏开发 嵌入式 讲义 软件测试 专业指导

    最新资料