便攜式脈搏測試儀報告概要

1、便攜式脈搏測試儀摘要：本設計采用LaunchPadMSP430單片機開發(fā)板作為控制核心。系統(tǒng)采用lcd12864液晶顯示每秒鐘脈搏信號產生的波形， 系統(tǒng)主要包括光電傳感器取樣電 路、放大和低通濾波電路、 計數顯示電路、燈光報警電路。 用波長為600-1000nm的紅外二極管照射指尖，光敏二極管接收透射信號進行轉換。 轉換后的微弱電流 信號經運放0P07轉化為電壓。電壓信號經放大整形后成為較為規(guī)則的方波，直 流疊加后的信號被單片機進行A/D采樣，轉化為相應的脈搏跳動值，最后通過 液晶顯示出來。當測量的脈搏跳動次數超過設定值是，單片機控制燈光報警。關鍵詞：MSP430 LaunchPad光電傳感器

2、lcd12864放大整形ABSTRACTThis design adopts LaunchPadMSP430 single-chip microcomputer ascontrol core development board. System USES lcd12864 LCD every second pulsesignal waveform, the system mainly includes sampling circuit, photoelectric sensoramplifier and low-pass filter circuit, counting display circ

3、uit, sound and light alarmcircuit. With a wavelength of 600-1000 nm infrared diode irradiation fingertips,photosensitive diode receiving the reflection signal conversion. After transformation ofthe weak current signal by op-amp 0P07 into voltage. Voltage signal after amplificationplastic become more

4、 rules of square wave, dc superposition after A/D sampling signalby single chip microcomputer, is converted to the corresponding pulse value, at last,through the LCD display. When measuring the pulse number is more than set value,single-chip microcomputer control buzzer alarm.Key words:MSP430LaunchP

5、ad Photoelectric sensor lcd12864 Zoom in plastic一、系統(tǒng)方案1整體方案選擇系統(tǒng)由光電傳感器取樣電路、 信號放大和低通濾波電路、計數顯示電路、聲 光報警電路完成對人體脈搏頻率的測試。紅外二極管發(fā)射出來的紅外光照到人體 手指透射后，紅外接收管將接收到的透射光信號轉化為微弱的電信號，經op07兩級放大，兩級低通濾波將干擾信號濾除。由于轉化后的電信號并不是規(guī)則的波 形，需要用比較器整形為方波，便于測試。單片機只能采集到正的電壓值，因此， 我們使用二極管去除負半周脈沖。單片機在一分鐘內采集到的高電平次數近似為 人體脈搏跳動的次數，將此值通過液晶顯示出來即完

6、成測試。系統(tǒng)整體框圖如下圖所示：2.信號獲取方式方案一、采用反射式獲取。通過光電二極管發(fā)射紅外光，光電二極管發(fā)射 紅外光然后反射回來接收。方案二、采用透射式獲取。光電二極管發(fā)射紅外光，穿透手指或耳垂，而 被裝置接收。比較兩種方案，方案一的裝置簡單，測量方便，但靈敏度不高，受外界干 擾影響大。方案二、靈敏度高，受外界干擾小。綜上所述，我們選著方案二。3.顯示模塊選擇方案一：采用LCD1602作為系統(tǒng)顯示器件，5V供電，操作簡單，但顯示的 內容較少，無法顯示曲線，不能達到題目要求。方案二：采用LCD12864液晶顯示，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力 強，調用方便簡單，而且可以節(jié)省了軟件中斷資源

7、。 其缺點在于顯示內容需要存 儲字模信息，需要一定存儲空間。由于作為控制器的單片機有足夠的存儲空間， 存儲字模數據綽綽有余。方案比較：一方案不能滿足題目要求，方案二顯示內容全面，因此選擇方案二。4.控電路選擇題目要求使用LaunchPadMSP430單片機開發(fā)板。單片機面積小功能強大， 通用I/O可獨立編程；可提供輸入、輸出與中斷（邊沿可選）的任意組合；所有 尋址指令可對端口控制寄存器進行讀/寫訪問；每個I/O具有一個可獨立編程的 上拉/下拉電阻；某些器件/引腳具有觸摸按鍵模塊；16位Timer_A2;2個捕獲/比較寄存器；豐富的中斷功能；WDT+看門狗定時器等諸多優(yōu)點，完全滿足題 目需求。5

8、.傳感器選擇方案一：采用光敏二極管。光敏二極管與半導體二極管在結構上是類似的,其管芯是一個具有光敏特征的PN結，具有單向導電性，工作時加上反向電壓。無光照時，有很小的飽和反向漏電流，即暗電流，此時光敏二極管截止。當受到光 照時，飽和反向漏電流大大增加，形成光電流，它隨入射光強度的變化而變化。方案二：采用光敏三級管。電路輸入的電信號驅動發(fā)光二極管(LED)，使 之發(fā)出一定波長的光，被三極管的基極接收而產生光電流， 再經過進一步放大后 輸出。這就完成了電一光一電的轉換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。方案比較：設計選用光敏二極管作為信號傳感器。6濾波模塊選擇方案一：傳統(tǒng)分立元件RC組成無源濾波器。

9、無源濾波器具有結構簡單、成本低廉、運行可靠性較高、運行費用較低等優(yōu)點方案二：運算放大器構成有源濾波器。通過集成運算放大器與不同的R、C組成濾波器，能夠過選擇不同的RC網絡來實現截止頻率和品質因數可變的高通、 低通濾波器的設計，但運算放大器構成有源濾波器頻率帶寬存在不足，低頻響應不好。方案比較：與無源濾波器相比，有源濾波器優(yōu)勢明顯，因此選擇方案一。二、理論分析與計算1.光電發(fā)射接受參數分析與計算當手指放在紅外線發(fā)射二極管和紅外線接收二極管中間，隨著心臟的跳動， 血管中血液的流量將發(fā)生變換。由于手指放在光的傳遞路徑中，血管中血液飽和 程度的變化將引起光的強度發(fā)生變化， 因此和心跳的節(jié)拍相對應，紅外

10、接收二極 管的電流也跟著改變，這就導致紅外接收二極管輸出脈沖信號。2.脈搏信號參數分析、信息采樣與處理參數分析與計算將脈搏信號采集進來后，再進行初級信號放大21倍，再次用通向比例放大 電路進行信號放大并且低通濾波，其兩次信號放大1000倍。公式為：1/Rf) x (1+R1 Rf。同時進行低通濾波，因為信號中伴有各種噪聲干擾，所 以通過低通濾波將所需信號進行提取。公式為：f=1/rc。再通過磁滯比較器、電位器二極管，整形、幅值壓縮、去負半周信號便于脈搏計數。3波形顯示參數分析與計算將脈搏信號處理后，導入MSP430 LaunchPad主控芯片，主控芯片將信號 傳輸到Icd12864液晶屏，在液

11、晶屏上顯示出脈搏上下界限值，測量用的時間， 每分鐘的脈搏數。三、硬件電路設計1光電傳感器用紅外二極管發(fā)射紅外信號，接收器件采用光敏二極管。當光線照射PN結時， 可以使PN結中產生電子一空穴對，使少數載流子的密度增加。這些載流子在反 向電壓下漂移，使反向電流增加。因此可以利用光照強弱來改變電路中的電流。 紅外二極管發(fā)出的光照射到手指，經過手指組織的血液吸收和衰減，透射后由光 敏二極管接收。光敏二極管在紅外光的照射下能產生電能，單個二極管能產生2mv的電壓變化。將光信號轉化為相應電信號。圖一2.信號放大電路信號放大電路通常采用運算放大器對微小電脈沖信號進行放大。 它具有輸入 阻抗高和輸出阻抗低以及

12、調節(jié)電壓放大倍數方便等優(yōu)點本設計采用高精度低噪 聲運算放大器0P07,簡易的同相比例運算電路實現1000倍以上信號放大。3濾波電路濾波電路采用RC無源濾波器構成，電路設計采用ISIS 7 Professional設計軟 件，該軟件設計出精確的阻容參數達到很好的濾波效果。R5R6_i1_*_r1-1Jr1I50k50kL C5Jr o.iufL C60 Juf圖三THr12EXTR810k32TEXT100uf50kR32OP07R14.DC疊加電路DC疊加電路設計采用高精度低噪聲單運放0P07構成的加法電路實現交直 流信號的疊加。圖四5可調遲滯比較器電壓遲滯比較器在設計中是將上一級波形整形為規(guī)

13、則的方波。由0P07構成冬五四、軟件設計本系統(tǒng)控制軟件是基于TI的LaunchPadMSP430單片機，實現的主體功能是 采集電路輸出的電壓值，并通過內部程序計算出對應的脈搏值， 并實時的在液晶Ied12864上面顯示次數和波形。軟件流程圖如下：時鐘初始化五、測試方案與測試結果1測試儀器與設備SS4323A可跟蹤直流穩(wěn)定電源、數字萬用表、數字示波器(DS5062MA)、醫(yī)用脈搏測試儀2 .測試環(huán)境整機系統(tǒng)測試在室內進行，使用洞洞板作為硬件載體， 以LaunchPadMSP430單片機作為主控制器，使用液晶顯示測量數據；軟件使用CCS作為開發(fā)環(huán)境。3測試方法和過程確保測試儀電路連接正確后上電，紅

14、外發(fā)射二極管與光敏接收二極管并置， 指尖同時接觸這兩個二極管，這時會有微弱的電流信號從二極管的產生，后續(xù)的電路會將此電流信號轉化為足夠大的電壓信號， 在一分鐘內單片機采集到的高電 平次數近似為人體脈搏跳動的頻率，完成脈搏測試。4.結果分析測試時間采集脈搏次數誤差值誤差率自制測試儀醫(yī)用測試儀1分鐘7470+45.7%2分鐘8078+22.5%3分鐘7978+11.3%測試儀傳感器采用光敏二極管，靈敏度高，通過接收手指間反射的光信號強弱間接測試出人體脈搏的跳動頻率，與醫(yī)學測試儀對比，誤差小于_3次，滿足題目要求，存在一定的誤差，光敏二極管需做好避光的設置， 這樣可以避免其他 光線的干擾，測量值會更接近真實值。六、結論設計脈搏測試儀通過人手指之間微弱的脈搏經過放大最后測出人具體的脈 搏數值， 誤差每分鐘小于 出次，超過預定值提示報警，測試指標基本達到要求。 這次設計不僅是對我們所學課本知識的一個考察，更是對我們的自學能力和收集 資料能力以及動手能力的考驗，在設計中我加強了對電子電路知識的鞏固， 加大 了對電子產品設計的興趣。在這次設計中也有