醫(yī)療電子實(shí)踐

1、課 程 設(shè) 計(jì) 課 程 設(shè) 計(jì) 題 目： 醫(yī)療電子實(shí)踐 學(xué) 院： 信息工程與自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 生物醫(yī)學(xué)工程 年 級(jí)： 2014級(jí) 學(xué)生姓名： 趙麗莎 指導(dǎo)教師： 韓曉東 日 期： 2016.9.9 目錄一Altium Designer軟件3(一)軟件介紹3（二） 電路板設(shè)計(jì)流程3二設(shè)計(jì)思路4三畫出原理圖及說明5四PCB圖6五收獲體會(huì)7六參考文獻(xiàn)8一Altium Designer軟件(一)軟件介紹 1.Altium Designer軟件是原Protel軟件開發(fā)商Altium公司推出的一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，主要運(yùn)行在Windows XP操作系統(tǒng)。這套軟件通過把原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB繪

2、制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)的完美融合，為設(shè)計(jì)者提供了全新的設(shè)計(jì)解決方案，使設(shè)計(jì)者可以輕松進(jìn)行設(shè)計(jì)，熟練使用這一軟件必將使電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率大大提高。 Altium Designer 除了全面繼承包括Protel 99SE、Protel DXP在內(nèi)的先前一系列版本的功能和優(yōu)點(diǎn)外，還增加了許多改進(jìn)和很多高端功能。該平臺(tái)拓寬了板級(jí)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)界面，全面集成了 FPGA 設(shè)計(jì)功能和 SOPC 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能，從而允許工程設(shè)計(jì)人員能將系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的 FPGA 與 PCB 設(shè)計(jì)及嵌入式設(shè)計(jì)集成在一起。 由于 Altium Designer 在繼承先前Protel軟件功能的基礎(chǔ)上，

3、綜合了FPGA 設(shè)計(jì)和嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)功能，Altium Designer對(duì)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)需求比先前的版本要高一些。 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展和印制電路板加工工藝不斷提高，大規(guī)模和超大規(guī)集成電路的不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)代電子線路系統(tǒng)已經(jīng)變得非常復(fù)雜。同時(shí)電子產(chǎn)品有向小型化發(fā)展，在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的電路功能，正因?yàn)槿绱?，?duì)印制路板的設(shè)計(jì)和制作要求也越來越高?？焖?、準(zhǔn)確的完成電路板的設(shè)計(jì)對(duì)電子線工作者而言是一個(gè)挑戰(zhàn)，同時(shí)也對(duì)設(shè)計(jì)工具提出了更高要求，像 Cadence 、werPCB 以及 Protel 等電子線路輔助設(shè)計(jì)軟件應(yīng)運(yùn)而生。其中 Protel 在國內(nèi)使最為廣泛。2.Altium Designe

4、r軟件的界面圖1-1 Altium Designer軟件的界面3. 功能 最基本的功能就是畫原理圖,設(shè)計(jì)PCB,另外還可以編輯Geber文件,以及FPGA的設(shè)計(jì),可以將你的設(shè)計(jì)輸出為PDF文檔或者CAD文檔以方便保護(hù)自己的設(shè)計(jì)或者配合結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)。（2） 電路板設(shè)計(jì)流程用 Altium Designer繪制印制電路板的流程圖 圖1-2 印制電路板流程圖二設(shè)計(jì)思路血氧測量原理 氧是維系人類生命的基礎(chǔ)，心臟的收縮和舒張使得人體的血液脈動(dòng)地流過肺部，一定量的還原血紅蛋白(HbR)與肺部中攝取的氧氣結(jié)合成氧和血紅蛋白 (HbO2)，另有約2的氧溶解在血漿里。這些血液通過動(dòng)脈一直輸送到毛細(xì)血管，然后在毛

5、細(xì)血管中將氧釋放，以維持組織細(xì)胞的新陳代謝。血氧飽和度 (SO2)是血液中被氧結(jié)合的氧合血紅蛋白(HbO2)的容量占全部可結(jié)合的血紅蛋白(Hb)容量的百分比，即血液中血氧的濃度，它是呼吸循環(huán)的重要生理參數(shù)。而功能性氧飽和度為HbO2濃度與HbO2 Hb濃度之比，有別于氧合血紅蛋白所占百分?jǐn)?shù)。因此，監(jiān)測動(dòng)脈血氧飽和度(SaO2)可以對(duì)肺的氧合和血紅蛋白攜氧能力進(jìn)行估計(jì)。 血氧飽和度是衡量人體血液攜帶氧的能力的重要參數(shù)。血氧飽和度的測量目前廣泛應(yīng)用有透射法（或反射法）、雙波長（紅光R：660nm和紅外光IR：940nm）光電檢測技術(shù)，檢測紅光和紅外光通過動(dòng)脈血的光吸收引起的交變成分之比IIR/IR

6、和非脈動(dòng)組織（表皮、肌肉、靜脈血等）引起光吸收的穩(wěn)定分量（直流）值，通過計(jì)算可得到血氧飽和度值SPO2，這里采用透射法雙波長光電檢測技術(shù)。由于光電信號(hào)的脈動(dòng)規(guī)律與心臟搏動(dòng)的規(guī)律一致，所以根據(jù)檢出信號(hào)的周期可同時(shí)確定脈率，因而亦稱該方法為脈搏血氧飽和度測量。這種測量方法用指套式血氧飽和度傳感器測量紅光（660nm）和紅外光（940nm）波長光強(qiáng)度經(jīng)過手指后的變化，計(jì)算其中的脈動(dòng)量與直流量后，查表可以計(jì)算出血氧飽和度值。下圖為充氧血和減氧血對(duì)660nm和940nm波長的紅光吸收系數(shù)曲線。圖1-3 充氧血和減氧血對(duì)660nm 和940nm 波長的光吸收系數(shù)曲線三畫出原理圖及說明 1.方法（1）在菜單

7、欄選擇File New Project PCB Project，按照提示輸入文件名并保存即可。 （2）新建原理圖 在左側(cè)“Projects”中右鍵點(diǎn)擊工程名，在“給工程添加新的”中選擇“Schematic”，工程中就出現(xiàn)了新的原理圖。（3）放置元器件，然后依次連線。2.創(chuàng)建的原理圖的文件3.原理圖如下圖1-4 測量血氧飽和度的原理圖（1）電流電壓轉(zhuǎn)換 ：血氧傳感器輸出信號(hào)為微弱電流信號(hào)，輸出電流在1uA左右，經(jīng)過 I-V轉(zhuǎn)換電路后為電壓信號(hào)。其中AD795具有很好的直流特性，它的輸入偏置電流只有1pA，是精準(zhǔn)的電流電壓轉(zhuǎn)換放大芯片，滿足電流放大要求。C1與R3并聯(lián)，起低通濾波作用并防止振蕩；后

8、接C6，R7 進(jìn)行高通濾波，濾除直流分量；再接二階低通濾波以濾除雜波，此時(shí) 660nm和 940nm的光信號(hào)已經(jīng)轉(zhuǎn)為濾波后的電壓信號(hào)。 （2）電壓放大： 經(jīng)過電流電壓轉(zhuǎn)換和高通低通濾波后所得的電壓信號(hào)由 AD620R 采集并進(jìn)行放大。放大倍數(shù)為 G=49.4/2+1=25.7 （3）調(diào)零及濾波： 因光電的直流分量較大，高通濾波截止頻率過低會(huì)影響正確信號(hào)的波形，這里由加法電路的原理設(shè)計(jì)了調(diào)零電路來去除部分直流分量，并進(jìn)行低通濾波和放大來改善波形。 （4）電壓跟隨器的應(yīng)用 ：經(jīng)過有源二階低通濾波后所得的信號(hào)可能不是很穩(wěn)定，在這里我們應(yīng)用了電壓跟隨器，它的作用是限制最大輸出電壓、加大電流輸出和減小輸

9、出阻抗等。 四PCB圖1.方法在 PCB 編輯器窗口左側(cè)的工作面板上，單擊左下角的【 Files 】標(biāo)簽 ，打開【 Files 】 菜單。單擊【 Files 】面板中的【 New From Template 】標(biāo)題欄下的 “ PCB Template”選項(xiàng) ，選擇所需要的模板。2.創(chuàng)建PCB圖的文件3.導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表格后的PCB圖激活 PCB 文件 ， 執(zhí)行菜單命令 【 Design 】 / 【 Import Changes From 單片機(jī)最小系統(tǒng) .PrjPCB 】 。 圖1-5 導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表格后的PCB圖4.元件布局后的PCB圖（1）選中紅色器件盒，在鍵盤上按下 Delete 鍵，將其刪除。（

10、2）選中某個(gè)元件，按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)到板合適的位置后放開鼠標(biāo)左鍵（在拖動(dòng)過程中按下空格鍵可以旋轉(zhuǎn)位置），將各個(gè)元件調(diào)整到適合的位置。圖1-6 元件布局后的PCB圖5.繪制好導(dǎo)線的PCB圖圖1-7 繪制好導(dǎo)線的PCB圖五收獲體會(huì) 這次實(shí)習(xí)，在老師和同學(xué)的共同幫助下愉快的結(jié)束了。它不僅加深同學(xué)與老師的了解，還學(xué)到了好多現(xiàn)代化的東西，讓我受益匪淺！感謝老師這一周來的悉心指導(dǎo)！這一周我們學(xué)習(xí)了Altium Designer的使用，又學(xué)到了很多東西，而且感到非常有趣，同時(shí)感到這一軟件我們電路分析上帶來的方便與快捷，我們主要學(xué)習(xí)電路圖的繪制和分析過程。而且通過這一周的學(xué)習(xí)我們可以輕松的完成一個(gè)電路和系統(tǒng)的設(shè)

11、計(jì)任務(wù)。 通過本次的學(xué)習(xí)，我初步掌握了Altium Designer軟件的使用方法，它是一個(gè)很有用的軟件，對(duì)我們以后的工作很有幫助。在這次實(shí)習(xí)之前，我曾經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室了解過有關(guān)該軟件的一些內(nèi)容，但沒有具體操作過該軟件，這次實(shí)習(xí)給了我一次很好的實(shí)踐機(jī)會(huì)。在練習(xí)Altium Designer中遇到的問題做了總結(jié)，能夠熟練地畫出原理圖，但對(duì)于畫PCB圖還是有一定的欠缺和不足之處，有了許多經(jīng)驗(yàn)，并且在平時(shí)的時(shí)間里我也在不斷的練習(xí)Altium Designer,在練習(xí)過程中，我感覺到學(xué)習(xí)一種技術(shù)，不僅需要掌握相關(guān)的知識(shí)，還需要冷靜的頭腦，遇到問題能夠分析解決，不能自亂陣腳。這次實(shí)習(xí)讓我懂得，做技術(shù)活的我要通過不斷地學(xué)習(xí)鍛煉自己心態(tài)。另外通過學(xué)習(xí)Altium Designer我對(duì)自己的專業(yè)又有了不少的興趣，我覺得要想學(xué)好Altium Designer也不是一兩天是事，那也是一個(gè)不斷學(xué)習(xí)，不斷探索的過程，許多細(xì)節(jié)問題不經(jīng)過專業(yè)的學(xué)習(xí)和磨練還是不行的，不過我相信，在我以后運(yùn)用Altium Designer的過程中我的水平還會(huì)有進(jìn)一步的提高。雖然實(shí)習(xí)結(jié)束了，但是我會(huì)在課余時(shí)間堅(jiān)持練習(xí)Altium Designer軟件，爭取能夠早日熟練的掌握這個(gè)軟件，為以后的工作早做準(zhǔn)備。 雖然實(shí)習(xí)時(shí)間比較短，但我很認(rèn)真的對(duì)