便攜式心率測試儀.doc

一、題目的要求和意義及所做工作隨著科技的不斷發(fā)展，人們在生活中利用科技給自己帶來了許多的好處，于是我們便想著能否設(shè)計一個心率測頻儀，使大家即便在家中就能方便的測量自己的心率，看自己的身體是否健康，并且省去了在醫(yī)院排隊所浪費的時間，這可是一舉多得呀！本人的專業(yè)是電子信息工程，對于設(shè)計這心率測頻儀有一點的信心，并且我相信自己在設(shè)計過程中能夠更全面地應(yīng)用單片機、信號的采集與處理、Proteus軟件和Protel99SE軟件，提高自己的動手能力。研究出這種心率計也能夠推動中國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，推動醫(yī)療設(shè)備的發(fā)展。所以，我選擇了這個課題。本人所做的工作:負(fù)責(zé)單片機的程序設(shè)計和PCB圖的排版.二、方案的設(shè)計及具體電路的設(shè)計和參數(shù)的計算(1)、概述本設(shè)計包5大模塊：穩(wěn)壓電源模塊、傳感器模塊、信號放大整型模塊、單片機控制處理模塊、顯示模塊、串口通訊模塊。本設(shè)計以51單片機為核心，把各個模塊有機結(jié)合成一個整體，以實現(xiàn)無創(chuàng)性人體心率檢測功能。以下為各個模塊的功能的概述：1、穩(wěn)壓電源模塊：提供+5V直流電壓，為各個模塊提供穩(wěn)定純正的電壓。2、傳感器模塊：根據(jù)容積法原理制作光電傳感器，以作為人體信號與電信號轉(zhuǎn)換。3、信號放大整型模塊：放大傳感器接收回的微弱信號，并對其濾波整型以方便處理。4、單片機控制處理模塊：利用51單片機的高性能對各個模塊進行控制并對信號進行處理5、顯示模塊：使用數(shù)碼管顯示數(shù)值(2)、穩(wěn)壓電源模塊電源模塊有兩個方案:1、雙電源供電信號放大部分使用運算放大器，利用雙電源供電可以方便地使用運算放大器的典型電路。但是需要外置雙輸出變壓器，雙穩(wěn)壓電路并為作品增加成本，大大提高了設(shè)計制作的難度。同時，由于需要背負(fù)重量較大的變壓器，降低作品的輕便型。而且負(fù)電壓并不適合數(shù)字電路處理。2、單電源供電單電源供電可以節(jié)省負(fù)電壓穩(wěn)壓電路，而且可以直接利用干電池供電，降低電路設(shè)計制作復(fù)雜性，但是信號放大處理部分則需要較為復(fù)雜的設(shè)計。綜合上述，對比兩方案最終確定使用單電源供電，考慮作品需要用到數(shù)字電路，因此使用常用的三端穩(wěn)壓芯片LM2940附加上簡單的外圍電路設(shè)計出符合模擬電路和數(shù)字電路的+5V電壓。LM2940是低壓差正電壓穩(wěn)壓芯片，輸入輸出壓差VV5.0的情況也可以正常工作，最大輸出電流高達1A，外圍電路簡單方便。如圖所示，利用二極管保護輸入電源反接燒毀電路；LED發(fā)光二極管作為電源指示燈；高容量電解電容濾除輸入輸出電壓的低頻波紋，低容量瓷片電容濾除輸入輸出電壓的高頻尖峰脈沖，分別取典型值：470uF/16V電解電容，0.1uF瓷片電容。+5V穩(wěn)壓電源電路圖(3)、傳感器模塊方案分析：光源與光電傳感器位置有以下兩種安裝方式，分別垂直透射法與水平投射法。垂直透射法安裝方式是讓光由上往下地穿透手指，但是光線必須經(jīng)過指甲、指尖骨，因此大大降低光的透過性，導(dǎo)致光電傳感器接收信號過于微弱。而水平投射法可以避開指甲與指骨某些部分，令光線較為容易地透過指尖，以達到比較高的強度，方便光電傳感器接收。綜合上述，本傳感器模塊采用水平投射法的安裝方法。本傳感器模塊采用超高亮度白光散射LED作為光源，高敏感度光敏三極管作為光敏傳感器。具體實現(xiàn)電路如下圖所示。傳感器模塊電路圖(4)、信號放大整形濾波模塊由于傳感器模塊輸出的電壓信號mVV40，并且其中夾雜著許多干擾信號。因此信號放大整型模塊必須具有大的放大能力與濾波能力。1、信號放大模塊電路如圖所示:利用運算放大器實現(xiàn)反向比例放大電路。運算放大器在深度負(fù)反饋的條件下工作于線性區(qū)，根據(jù)“虛短”和“虛斷”的概念對以上電路進行分析，可得：根據(jù)“虛短”概念可得：a點電壓REFaVVfoutaainRVVRVV整理可得：)(ainfaoutVVRRVV由于)(ainfREFVVRRV，則：)(inafoutVVRRV設(shè)定運算放大器在0inV的情況下，VVout2，放大器增益500uA，則取定KR1，mVVa4根據(jù)以上設(shè)定值計算出各個部分參數(shù)：1000500ffuRRRA取定KRf500電阻+-inVoutVRREFVfRa信號放大電路2、信號濾波模塊oVi信號濾波電路信號濾波電路由RC組成無源濾波器。由于心律