便攜式脈搏測試儀報告

1、便攜式脈搏測試儀報告學(xué)院：信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)：電了信息工程年級：10級組員：陳均、洪浩、陳帥任務(wù)及要求一、任務(wù)設(shè)計并制作一個便攜式人體脈搏測試儀，該測試儀釆用 紅光或紅外光發(fā)射接收技術(shù)，從人體手指或耳垂處釆樣獲取 脈搏信息，并能實時顯示被測者每分鐘的脈搏數(shù)。其系統(tǒng)框 圖如圖1所示，其中a、b為2處信號觀測點用于作品評測。二、要求1. 基本要求（1）設(shè)計制作光電脈搏探頭，發(fā)射紅外光或紅光作為探測 信號，照射到指尖等人體組織后，接收其透射或反射信號。（2）設(shè)計制作脈搏信號調(diào)理電路與信息處理電路，測量并 顯示被測人每分鐘脈搏次數(shù)，以醫(yī)學(xué)儀器產(chǎn)品同時測量值為 對照，測量誤差不大丁土3次。（3）測試

2、儀必須釆用3. 6v電池供電，并盡量降低待機(jī)電流 與工作電流。作品應(yīng)留有電池供電電流測試點以便評測吋測 量功耗。(4) 測試儀能在白天室內(nèi)日常亮度環(huán)境下正常丁作。(5) 測試儀在測量狀態(tài)時，能在光電探頭達(dá)到合適測試部 位時自動啟動測量，1分鐘完成測量后自動待機(jī)，直至撤離 探頭并再次達(dá)到測試部位時自動啟動下一次測量。2. 發(fā)揮部分(1) 可預(yù)置脈搏次數(shù)上下告警門限，當(dāng)脈搏次數(shù)測量值超 出告警限時，測試儀告警。(2) 可將測試儀設(shè)置為監(jiān)護(hù)狀態(tài)或回放狀態(tài)。在監(jiān)護(hù)狀態(tài), 測試儀進(jìn)行肚時、連續(xù)長時間測量并保存測量數(shù)據(jù)，在回放 狀態(tài)，回放所保存測量數(shù)據(jù)。記錄數(shù)據(jù)時應(yīng)包括其測量時間。(3) 可在不小于128

3、x64點陣的屏幕上實現(xiàn)光電脈搏信號 波形動態(tài)顯示。(4) 其它。內(nèi)容摘要脈搏主要由人體動脈舒張和收縮產(chǎn)生的，在人體指尖， 組織中的動脈成分含量高，而且指尖厚度相對其他人體組織 而言比較薄，透過手指后檢測到的光強(qiáng)相對較大，因此光電 式脈搏傳感器的測量部位通常在人體指尖。手指組織可以分 成皮膚、肌肉、骨骼等非血液組織和血液組織，其中非血液 組織的光吸收量是恒定的，而在血液中，靜脈血的搏動相對 于動脈血是十分微弱的，可以忽略，因此可以認(rèn)為光透過手 指后的變化僅由動脈血的充盈而引起的，那么在恒定波長的 光源的照射下，通過檢測透過手指的光強(qiáng)將可以間接測量到 人體的脈搏信號。一、概述通過紅外對管拾取脈搏m

4、v級的信號，經(jīng)過第一級放大器 進(jìn)行放大，進(jìn)入有源濾波器濾去工頻干擾信號，再經(jīng)過第二 級放大器進(jìn)行放大，此時信號幅值達(dá)到v級，再須把信號通 過比較器進(jìn)行整形，得到160計數(shù)器所需要的時鐘脈沖信號, 在經(jīng)過譯碼器在數(shù)碼管上顯示心跳的次數(shù)。通過555構(gòu)成的 60s定時電路控制計數(shù)器實現(xiàn)定時功能。再通過若干邏輯門 電路構(gòu)成上下限預(yù)警，當(dāng)達(dá)到或低于限值時，報警。、方案設(shè)計(1) 用紅外對管將脈搏的跳動轉(zhuǎn)換為電壓信號，并加以放 大、濾波和整形轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；(2) 把整形完的信號通過計數(shù)器、譯碼器最終用數(shù)碼管顯 示出來。(3) 整個電路用555構(gòu)成的時基電路定時60s。(4) 通過門電路實現(xiàn)上下限預(yù)警。三

5、、電路設(shè)計方案1、光電轉(zhuǎn)換電路血液是高度不透明的液體，光照在一般組織中的穿透性 要比血液中大幾十倍，據(jù)此特點，采用光電效應(yīng)手指脈搏傳 感器來拾取脈搏信號。反向偏壓的光敏二極管，它的反向電 流具有隨光照強(qiáng)度增加而增加的光電效應(yīng)特性，在一定光強(qiáng) 范圍內(nèi)，光敏二極管的反向電流與光強(qiáng)呈線性關(guān)系。指端血 管的容積和透光度隨心搏改變時，將使光電三極管極管收到 不同的光強(qiáng)，并市此產(chǎn)生的光電流均隨之作相應(yīng)變化。常用 檢測脈搏的光電傳感器分為紅外對管和紅外放射管。采用紅外對管。將對管夾于手指端部，通過手指的血液 濃度會隨著心臟的跳動發(fā)生變化，紅外對管對應(yīng)的信號便會 發(fā)生相應(yīng)的變化，采集此信號經(jīng)過放大，濾波，比較

6、等處理 便可以得到理想的信號。2、 放大電路(1) 一級放大電路同向比例放大電路信號的采集中會有很強(qiáng)的共模信號,但是為了減少干擾，可以采用兩級同相比例放大電路，集成 運算放大器采用lm324o(2)二級放大電路后級放大電路同樣采用同相比例放大電路。3、濾波電路由于有50赫茲的工頻干擾和傳感器在測量時有震動帶來的 干擾，必須對所取信號進(jìn)行濾波處理?？紤]到脈搏的頻譜特 性以及濾波50赫茲工頻干擾可以采用截止頻率為2. 5赫茲 的低通濾波器濾除。因為壓控電壓源型二階低通濾波器電路 結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，且使用電路多采用運算放人器做有源器件，兒乎沒有負(fù)載效應(yīng)，故選擇壓控電壓源型濾波電路4.整形電路整形電

7、路采用運算放人器lm324構(gòu)成的單限電壓比較 器。5、定時電路60s定時電路采用555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，瀕率 用電位器調(diào)制1hz.當(dāng)?shù)?0s時用門電路輸岀一個低電平，接 到計數(shù)器的使能端，實現(xiàn)定時。5vvs：28.86kq :r1vccrst out-distsl57.7/kd-r2 tricox1000rlgkd555 timbrvirtualcfx：1：0pf :亠 t0nf:c定時電路6.報警電路在60s到時，若心跳次數(shù)沒達(dá)到下線則報警，本設(shè)計值 是40次。若心跳次數(shù)達(dá)到上限，本設(shè)計值是240,則在測量 過程中或結(jié)束時就會報警。7計數(shù)、譯碼及顯示電路計數(shù)、譯碼及顯示電路由十進(jìn)制計

8、數(shù)器74ls160.共陰極 譯碼驅(qū)動器74ls48和共陰極數(shù)碼管組成。74ls160的clr引 腳經(jīng)開關(guān)引出實現(xiàn)計數(shù)清零。整形后的脈搏信號作為 74ls160時鐘脈沖，進(jìn)行計數(shù)。定時、顯示、報警總電路1、光電發(fā)射接收參數(shù)分析與計算：紅外接收二極管在紅外光的照射下能產(chǎn)生電能，單個二 極管能產(chǎn)生0.4 v電壓，0.5 ma電流。在指夾中，紅外接收 二極管和紅外發(fā)射二極管相對擺放以獲得最佳的指向特性。 紅外發(fā)射二極管中的電流越大，發(fā)射角度越小，產(chǎn)生的發(fā)射 強(qiáng)度就越大。在圖中，r1選100 q是基于紅外接收二極管 感應(yīng)紅外光靈敏度考慮的。r1過大，通過紅外發(fā)射二極管的 電流偏小，紅外接收二極管無法區(qū)別

9、有脈搏和無脈搏時的信 號。反之，r1過小，通過的電流偏大，紅外接收二極管也不能準(zhǔn)確地辨別有脈搏和無脈搏時的信號。其電路原理圖及參數(shù)如圖所示。電路及參數(shù)如圖所示，波形如圖所示。圖4放大倍數(shù)au=200k/10k=20圖5(2)濾波電路：有源濾波電路及參數(shù)如圖所示，經(jīng)濾波后脈搏波形所示如下。(3)后級放大電路:放大倍數(shù):a尸75k/10k二7. 5(4)整形電路：閾值電壓:vt二5* (10k/ (10k+91k) =0. 5v波形顯示如圖所示。五、元器件清單及總原理圖紅外對管1對電阻(500, 10k, 100k, 91k'' )若干導(dǎo)線若干lm3245電容(luf, 10uf, 10nf )若干計數(shù)器74ls1605驅(qū)動器74ls485定時器5551七段共陰數(shù)碼管5邏輯門 74ls04, 32, 08, 22各兩個開關(guān)2夾子1圖a：總體電路圖iii六、測試方案與測試結(jié)果1、測試方案及條件:本組實驗測試通過對不同人進(jìn)行脈搏次數(shù)檢測，軟件給 與校正進(jìn)行誤差分析，測試是在白天自然光及夜晚熄燈兩個 條件下測試的。2、測試結(jié)果：誤差在3個以內(nèi)3、測試結(jié)果分析：誤差可能由芯片干擾，電源干擾，外界光線干擾，導(dǎo)線 干擾，自然磁場等造成.七