红外线心率计.
关于心率计简要设计.
一摘要随着社会的越来越快的发展与进步，我们的生活节奏也越来越快，面对每天繁忙的工作生活，我们不一定能像以前那样定期抽出时间去为自己身体做一次体检。
而事实上我们身体承受的负荷却越来越大，相比于以前我们需要给自己的身体以更多的关注，甚至是时刻了解它的健康状况。
身体的健康与否在很多方面都会有所体现。
比如一个人的心率值就基本能反映一个人心脏是否正常工作的。
大家都知道心脏是我们人体中最重要的器官之一，使我们生命的源动力。
所以我们能时刻了解它的状态是很重要的。
由于我们平时不一定总是能抽出时间去做体检，所以我们需要一个简单的，便于操作的，可靠性高的仪器来帮助我们在短时间内测到我们的心率值。
让我们能及时了解到我们现在心脏以及身体的状态。
心率的生理意义人的心脏比握紧的拳头稍大，平均重量为300g。
它是人体内“泵器官”，负责人体血液循环。
心脏每天跳动超过10万次，累计使8千多公升的血液，流经约1万9千公里长的动静脉，从而维持血液循环。
心脏有四个腔，分别是左心房、右心房、左心室和右心室。
右心房接受全身各器官回流的含氧低静脉血并输入右心室，右心室把血液泵入肺脏进行氧气与二氧化碳的气体交换。
左心房将自肺脏返回的含氧高的动脉血输入左心室，左心室再将血液输送至全身器官。
从我们出生的那一刻起，心脏便24小时不停地工作，为全身输送氧气和养分。
心脏能够这样周而复始地有规律地工作，是因为心脏有一个天然的起搏器——窦房结，它能自发地、有节律地发放电脉冲，并沿着结间束、房室结、希氏束和左右束支这一固定的激动传导途径由上向下传遍整个心脏，使心脏各个腔室顺序收缩，完成运送血液的工作。
心脏的正常工作要求心脏节律发放和传导系统的结构和功能正常。
心率(heart rate)指心脏分钟搏动的次数，它能够反映心脏的工作状态。
正常心率决定于窦房结的节律性，成人静息时约60～100次/min，平均约75次/min。
心率可因年龄、性别及其他因素而变化。
初生儿心率约130次/min，随年龄增长而逐渐减慢，至青春期乃接近成人的心率。
简易数字人体心率检测仪
采用的是LED数码管显示器。 1系统方案设计
本系统 以STC89C51单 片机为主控 制器，外辅 少量硬件电路 ，完 成数据处理、记忆、显示等功能。该系统包括了传感器及信号处理电 路、记忆电路、单片机、显示电路、声光报警电路和键盘电路。心率信 号采集 端包括红外 传感器TCRT5000和放 大电路。当 心率信号采 集端
2系统软件设计 本系统 主要采用 C51进 行编写，软 件流程图 如图4所示。主 要有 显示驱动子程序、按键处理子程序、定时器中断服务子程序、 AT24C02驱动存储程序等 。程序初始化是每个单 片机程序所必备的， 它的主要任务是确定程序人口和中断入口地址。接下来是显示为全零， 主要目的是为了区分是否有信号送入，当没有信号送人时，显示为全 零，则 说明心率计 没有工作， 反之，则 正常工作。 定时60ms是 设计 中比较重要的一部分， 它主要是为了采样30S打 下基础。设计中运用 定时器的定时 功能来实现30S的定时，等待中断占用了程 序执行的大 部分时间，它主要是一个死循环语句，只有当中断条件满足时，才执行 中断服务子程序，对计数的结果进行累加，累加之后，判断采样的次 数，如果采样未满5 00 次，说明不到3 0S，返回继续采样、等待中断， 直到 采样500次 为止， 之后把 30S内采样 得到的 次数乘 以2，再由 二 进制 转化为十进制 ，送到 码管进行动态显示。
本系统的 设计基于红外传 感器TCRT5000对心率的采集， 再将采 集到的信号进行放大整形，再i 西过单片机进行数据的处理及储存，最终 进行动态显示。由信号采集模块、信号放大模块、信号测量显示电路、 声光报警和开关控制电路组成。该系统的特点是信号采集部分使用的传 感器为光电耦和器，由两个靠在—起的光源和光电接收器组成，经低通
红外线心率计解析
放放
R13 30k
A
放放 放放
V3 IC3 7+12V R6 R12 2 ∞ 1N4148 3k 30k C 6 3 + A2 + B R9 4 + C2 390 -10V R7 放放 0.47μ 2k V4
R10 10k
D
+ C3 0.47μ
+12V IC4 7 3 ∞ + 6 2 A3 + E 4 R11 3k
计数、译码、驱动、显示电路
百
a f
十
个
b 放放放放
电路功能：
对来自整形电路的反映心跳 频率的矩形脉冲进行计数，
R10 10k 3
放放
IC4
+ 6 2 - A3 + + 4 R11 3k
放放 放放
R9 390 V4
放放 放放
放放 放放
C2 0.47μ
+
C3 0.47μ
在两级放大电路分别调试完成后， 把手指放在传感器上，V4能按心 跳频率闪烁。
放大、滤波、整形电路仿真结果
门控电路
+12V 放放放 放放放
R14
红外线心率计
教学内容
整机原理框图组成 血液波动检测电路 放大滤波整形电路 门控电路 计数、译码 显示电路 负电源转换电路
基本要求
掌握整机电路组成及工作 原理,并能运用所学过的电
路知识分析、解决电路制
作过程中所遇到的问题。
红外线心率计原理框图
1
血液波动 检测电路
2
放大滤波 整形电路
I2
R3 +12V
I1 I 2
ui uo R1 R3
数字电路课程设计红外线心率计
数字电子技术课程设计报告指导老师：严国红、夏海霞姓名：学号：班级：1 产品简介红外线心率计就是通过红外线传感器检测出手指中动脉血管的微弱波动，由计数器计算出每分钟波动的次数。
但手指中的毛细血管的波动是很微弱的，因此需要一个高放大倍数且低噪声的放大器，这是红外线心率计的设计关键所在。
通过本产品的制作，可以使学生掌握常用模拟、数字集成电路（运算放大器、非门、555定时器、计数器、译码器等）的应用。
2 红外线心率计工作原理2.1 红外线心率计的原理框图整机电路由-10V 电源变换电路、血液波动检测电路、放大整形滤波电路、3位计数器电路、门控电路、译码驱动显示电路组成，如图1所示。
图1 红外线心率计的原理框图2.2 单元电路的工作原理⑴ 负电源变换电路为简化实验的步骤，实验中直接用+12V 、和-10V 的电源代替负电源变换电路。
⑵ 血液波动检测电路实验中采用信号源发生器直接产生正弦波代替原来的血液波动检测电路。
⑶ 放大、整形、滤波电路放大、整形、滤波电路是把传感起检测到的微弱电信号进行放大、整形、滤波，最后输出反映心跳频率的方波，如图5所示。
其中LM741为高精度单运放电路，它们的引脚功能如图3 (b)所示。
IC 2、IC 3、IC 4都为LM741。
图5 信号放大、整形电路因为传感器送来的信号幅度只有2～5毫伏，要放大到10V 左右才能作为计数器的输入脉冲。
因此放大倍数设计在4000倍左右。
两级放大器都接成反相比例放大器的电路，经过两级放大、反相后的波形是跟输入波形同相、且放大了的波形。
放大后的波形是一个交流信号。
其中A 1、A 2的供电方式是正负电源供电，电源为+12V 、-10V 。
A 1、A 2与周围元件组成二级放大电路，放大倍数A uf 为：40006666R R R R A 6834uf ≈⨯=⨯=由于放大后的波形是一个交流信号，而计数器需要的是单方向的直流脉冲信号。
所以经过V 3检波后变成单方向的直流脉冲信号，并把检波后的信号送到RC 两阶滤波电路，滤波电路的作用是滤除放大后的干扰信号。
心率计设计
心率计设计 一、检测的基本原理：随着心脏的搏动，人体手腕的脉搏及颈部的搏动较为明显，我们采用压电传感器放在上述位置，把压电传感器测到的信号转换成脉冲并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的。
二、心率监测仪系统总体设计心率监测仪的总体设计电路框图如图1-1所示，主要包括单片机AT89S52、复位电路、时钟电路、传感器与信号处理电路、显示电路和报警电路。
先用红外光电传感器采集与心跳同频率的信息，当人体组织半透明度的数值较大时，红外光电二极管Dl 发射出的透过人体组织的光强度很弱，光敏三极管无法导通，所以输出端为高电平；当人体组织半透明度的数值较小时，红外光电二极管Dl 发射出的透过人体组织的光强度较强，光敏三极管导通，输出端为低电平，这样就形成了频率与脉搏次数成正比的低频信号，它近似于正弦波形．脉搏为50次，分时，频率是0．78Hz ，199次，分时是3．33Hz ，从传感器过来的是低频信号．该低频信号首先经RC 振荡器滤波以消除高频干扰，经无极性隔直流电容C6、C7加到线性放大器的输入端,经运放IC1A 将信号放大10倍，C1直流耦合滤波，运放IC1B 将信号放大0~50倍，IC1C 与R9、R10、C2、C3组成截止频率为10Hz 左右的二阶低通滤波器以进一步滤除残留的干扰，然后IC1D 将信号放大10倍输出,形成尖脉冲信号，最后555施密特触发器电路将尖脉冲信号转化为同频率的长脉冲信号，该脉冲信号通过555输出端送到单片机后，软件对信号进行处理，最后在数码管上显示数值。
传感器与信号处理电路三、光电式脉搏波传感器本次设计选用透射型光电式脉搏波传感器，其电路如图下图1-2-1所示传感器与信号处理电路AT89S52 单片机 显 示 电 路 复 位 电 路时 钟 电 路 报 警 电 路图1-2-1透射型光电式脉搏波传感器电路图因为传感器输出信号的频率很低，如当脉搏为50次/分钟时，只有0.78Hz，200次/分钟时也只有3.33Hz，因此信号首先经R14、C8组成的低通滤波器滤除高频干扰，当传感器与手指断开或检测到较强的干扰光线时，输出端的直流电压会出现很大变化，用C6、C7背靠背串联组成的双极性耦合电容把它隔断，滤除直流成分。
中国计量学院电子实习答案(全)
在教材193页图6.22中C8两端接一个什么元件，就可起手动复位的功能第1题[单选题] 难度系数（未知）焊料的作用为A：具有良好的导电性及较低的熔点；B：具有良好的导热性及较高的熔点。
参考答案：A第2题[单选题] 难度系数（一般）教材199页图6.37中当H、I之间加入13.4V电压时，正常情况下V15、V6 A：发光、不发光；B：发光、发光；C：不发光、发光。
参考答案：A第3题[单选题] 难度系数（较难）教材199页图6.37中电机的转速由什么元件进行调整A：R5 ；B：R8；C：R7参考答案：B第4题[单选题] 难度系数（未知）有一五色环电阻器，该电阻器的第一环颜色为绿色，第二环为蓝色，第三环为黑色，第四环为红色，第五环为红色。
这个电阻的标称阻值及允许偏差为A：56000±2% ΩB：65000±1%ΩC：560±2%Ω参考答案：A用数字万用表的哪挡可以判别数码管位选（个位、十位、百位）引脚及各笔段（a、b、c、d、e、f、g）对应的引脚。
A：二极管挡；B：电阻挡；C：电压挡参考答案：A第6题[单选题] 难度系数（未知）三极管的金属外壳与三极管的什么极相连通，以便散热。
A：b极；B：c极；C：e极.参考答案：B第7题[单选题] 难度系数（一般）教材208页图6.43电路中C1起什么作用A：低频信号耦合及隔直；B：滤波；C：高频信号耦合参考答案：A第8题[单选题] 难度系数（未知）采用再流焊工艺时，SMT的工艺过程为A：点胶→贴片→固化→焊接；B：涂焊膏→贴片→焊接。
参考答案：B用数字万用表什么挡可以判断三极管的管型及基极。
A：电阻挡B：电压挡；C：二极管挡参考答案：C第10题[单选题] 难度系数（一般）教材199页图6.37电路中，D点波形与J点波形相位相差A：0°；B：180°；C：270°。
参考答案：A第11题[判断题] 难度系数（一般）变压器既可对信号的电压、电流进行变换，也可对阻抗和信号的频率进行变换正确错误参考答案：[ 正确]第12题[判断题] 难度系数（一般）教材208页图6.43中当P27、P26、P25端口输出高电平时，数码管不会发亮。
(整理)红外线心率计 2
胡雁山资料第三次讨论结果2011150103111 产品简介红外线心率计就是通过红外线传感器检测出手指中动脉血管的微弱波动，由计数器计算出每分钟波动的次数。
但手指中的毛细血管的波动是很微弱的，因此需要一个高放大倍数且低噪声的放大器，这是红外线心率计的设计关键所在。
通过本产品的制作，可以使学生掌握常用模拟、数字集成电路（运算放大器、非门、555定时器、计数器、译码器等）的应用。
2 红外线心率计工作原理2.1 红外线心率计的原理框图整机电路由-10V 电源变换电路、血液波动检测电路、放大整形滤波电路、3位计数器电路、门控电路、译码驱动显示电路组成，如图1所示。
图1 红外线心率计的原理框图2.2 单元电路的工作原理⑴ 负电源变换电路负电源变换电路的作用是把+12V 直流电变成-10V 左右的直流电压，-10V 电压与+12V 作为运算放大器的电源。
负电源变换电路如图2所示，其中IC 1（CD4069）为六非门集成电路，它的内部结构图如图3(a)所示。
负电源变换电路工作原理：通电的瞬间，假设A 点是低电位，则B 点是高电位，C 点是低电位，D 点是高电位。
B 点的高电位通过R 19给C 7充电，当F 点的电压高于IC 1（CD4049）的电平转换电压时，B 点输出低电位，C 点（C 7一端）输出高电位，由于电容两端的电压不能突变，所以C 7两端的电压通过R 19放电。
当F 点电压低于IC 1的转换电压时，B 点输出高电位，此高电位通过R 19对C 7充电，如此循环。
C 点得到方波，经过后面四个反相器反相、扩流后，在D 点得到方波。
当D 点是高电平的时候，V 1导通C 8被充电，大约充到11V 左右，当D 点变成低电平的时候，由于C 8两端电压不能突变，G 点电压被拉到-11V 左右，此时V 2导通， C 9反方向进行充电，使E 点电压达到-10V 左右。
由于带负载的能力不强，当带上负载后，E 点电压大约降到9V 左右。
婴幼儿体温脉搏呼吸测量操作流程
婴幼儿体温脉搏呼吸测量操作流程1. 引言1.1 背景介绍在婴幼儿护理中，正确测量体温、脉搏和呼吸是非常重要的步骤。
正常的体温、脉搏和呼吸情况是评估婴幼儿健康状况和监测生命体征的重要指标。
因此，掌握正确的操作流程对于提供准确的数据和有效的护理至关重要。
1.2 研究意义借助现代医疗技术，我们可以更精确地测量婴幼儿的体温、脉搏和呼吸。
这些数据能够帮助医务人员判断孩子是否发烧、生命体征是否稳定以及身体是否正常运作。
了解相应操作流程并合理使用工具将使家长和看护人员在日常监测中更加得心应手。
1.3 目的和意义本文旨在详细介绍婴幼儿测量体温、脉搏和呼吸的正确操作流程，并强调相关注意事项和应对常见错误的方法。
通过全面而清晰地阐述这些内容，我们旨在使读者能够更加准确地测量婴幼儿的体温、脉搏和呼吸，并为家长和看护人员提供相关的建议和指导，以确保婴幼儿的健康和安全。
2. 婴幼儿体温的测量操作流程2.1 工具准备在进行婴幼儿体温测量前，需要准备以下工具：- 体温计：选择适合使用的婴幼儿体温计，可以选择数字电子体温计、红外线额温枪等类型。
- 酒精棉球或消毒纸巾：用于清洁体温计头部或传感器的表面。
- 直肠体温计（0至6个月龄以内的婴儿）：对于这些年龄段的婴儿，直肠测量是最准确和可靠的方法。
2.2 正确测量体温的步骤为了准确测量宝宝的体温，请按照以下步骤进行操作：步骤1：保持环境安静舒适，尽可能放松宝宝。
步骤2：通过使用清洁酒精棉球或消毒纸巾轻轻擦拭体温计头部或传感器的表面，并等待其干燥。
步骤3：根据采用的体温计类型进行相应操作：- 数字电子体温计：将尖端置于宝宝腋下，确保与皮肤接触良好，注意不要将衣物包裹在体温计周围。
- 红外线额温枪：将其对准宝宝的额头，并确保距离适当（根据具体体温计的说明）。
- 直肠体温计：涂抹适量的润滑剂，轻轻插入婴儿直肠约2.5厘米处，等待测量完成。
步骤4：根据所使用的体温计类型，等待足够的时间以获取准确读数：- 数字电子体温计通常需要30秒至1分钟。
基于51单片机的心率计设计
基于51单片机的心率计设计心率计是一种用于测量人体心率的设备，以帮助人们掌握自己的健康状况。
本文将介绍基于51单片机的心率计的设计思路和实现方法。
首先，我们需要了解心率的原理和测量方法。
心率是指心脏在单位时间内跳动的次数，用每分钟跳动次数表示。
常见的心率测量方法包括心电图、脉搏计和光电传感器等。
在本设计中，我们将使用光电传感器来测量心率。
光电传感器是一种通过光电效应测量光强变化的传感器。
在心率测量中，光电传感器可以用于检测人体指尖的血液流动情况，从而间接地测量心脏收缩的频率和心率。
具体实现时，我们可以将光电传感器连接到51单片机的输入引脚上。
同时，我们需要使用一个合适的光源，如红外线发光二极管，以提供光线来照射到指尖。
当心脏收缩时，血液的流动速度会增加，导致光线的吸收量发生变化。
通过检测光电传感器输出的电压信号的变化，我们可以得到心率的测量结果。
在程序设计上，我们可以使用51单片机的定时器来控制心率测量的时间间隔。
通过定时器中断，在固定的时间间隔内取样光电传感器的输出，并计算心率的值。
我们可以根据光电传感器输出的模拟电压信号，使用ADC转换将其转为数字信号，然后通过一系列算法处理得到心率的结果。
此外，为了方便用户查看心率结果，我们可以连接一个LCD显示屏到51单片机的输出引脚上。
通过LCD显示屏，用户可以即时地看到自己的心率数值，并据此对自己的身体状况进行判断和调整。
总结起来，基于51单片机的心率计设计涉及硬件电路的搭建和软件程序的编写。
硬件方面，我们需要使用光电传感器、光源和LCD显示屏等元件，并将它们与51单片机连接起来。
软件方面，我们需要编写定时器中断程序、ADC转换程序和心率计算程序等。
通过这两方面的协作，我们可以实现一个简单而实用的基于51单片机的心率计。
综上所述，本设计通过光电传感器、LCD显示屏和51单片机等元件的结合，实现了一种基于51单片机的心率计。
以此为基础，我们可以进一步完善该设计，加入更多的功能和特性，以满足用户的需要。
电子技术课程设计——红外线心率计
集成电路引脚功能图
计数器MC14553的DS1～DS3输出为方波，波形如图8所示。当按下S1时（参见图7(a）)，V5饱和导通，V5的C极为低电平，MC14553的11脚变成低电平，计数器开始对送到12脚的从整形电途经来的方波个数进行计数，最大计数为999，计数结果以BCD码的形式从Q0～Q3输出。11脚不管是高电平仍是低电平，DS1～DS3始终是输出图9的方波。当DS3是低电平的时候，个位显示器被选中，Q0～Q3输出个位要显示的数值；当DS2是低电平的时候，十位显示器被选中，Q0～Q3输出十位要显示的数值；当DS1是低电平的时候，百位显示器被选中，Q0～Q3输出百位要显示的数值。
2、设置指示电路指示直流电源的正常与否。
3、放大电路以后设置指示电路指示放大电路的正常与否。
4、放大电路放大倍数可调。
5、整形电路输出的方波占空比可调。
四、设计框图及整机概述
设计方案为:采纳传感器，量脉搏的跳动，出微弱的信号，入放大器中放大；后通过滤波器滤除干扰信号后，将形整形为方波或脉冲信号；后通过倍频器增加信号的频率，输入计数器中计数，时通过按时器操纵计数的时刻，后得出一分钟内脉搏次数即为心率。计数器计数值输入到显示器中显示。
放大电路
传感器输出为微弱信号，需进行放大后才便于后续电路的处置。考虑到后续电路中滤波器电路也具有信号放大的功能，因此放大器的放大倍数不宜过大，放大电路采纳LM741芯片，输入峰峰值为20mv，频率为20HZ的电源信号，经放大电路进行放大，咱们的电路放大倍数为505倍。
心率计原理
心率计原理心率计是一种用于测量人体心率的仪器，它可以通过不同的传感器和算法来准确地监测心跳频率。
在运动、健身、医疗等领域，心率计都扮演着重要的角色。
那么，心率计是如何工作的呢？接下来，我们将从原理的角度来解析心率计的工作机制。
首先，心率计的核心部件是传感器。
传感器可以通过不同的方式来检测心跳信号，常见的有光电传感器和压力传感器。
光电传感器通过LED光源和光电二极管来检测血液流动时的光强变化，从而测量心跳频率；而压力传感器则是通过检测脉搏时血液流经血管的压力变化来测量心率。
这些传感器可以将检测到的信号转化为电信号，并传输给处理器进行处理。
其次，处理器是心率计的另一个重要组成部分。
处理器可以根据传感器检测到的信号，通过预先设定的算法来分析和计算心率。
常见的算法包括峰值检测法、滤波法、时域分析法和频域分析法等。
这些算法可以对心跳信号进行滤波、提取特征点，并计算出心率值。
同时，处理器还可以将计算得到的心率值进行存储和显示，以便用户进行实时监测和后续分析。
最后，显示器和存储器是心率计的输出和存储部分。
显示器可以将处理器计算得到的心率值以数字或图形的形式显示出来，让用户直观地了解自己的心率情况。
同时，存储器可以将用户的心率数据进行存储，以便用户进行历史数据回顾和分析。
这样，用户可以更好地了解自己的心率变化趋势，从而更好地调整自己的运动和生活方式。
综上所述，心率计通过传感器检测心跳信号，处理器进行信号处理和计算，最终通过显示器和存储器输出和存储心率数据。
这样的工作原理使得心率计能够准确、方便地监测人体心率，为用户提供了重要的健康参考。
在未来，随着科技的不断发展，心率计的原理和性能也将得到进一步的提升，为人们的健康生活带来更多的便利和帮助。
智能心率监测设备操作手册
智能心率监测设备操作手册一、设备介绍智能心率监测设备是一种用于监测个体心率的便携式装置。
本设备采用先进的传感技术和智能算法，能够准确地测量用户的心率，并实时显示在设备屏幕上。
此手册将详细介绍设备的操作方法和注意事项，以帮助用户正确使用和充分发挥设备的监测功能。
二、操作步骤1. 设备开启与关闭在使用设备之前，请确保设备已经充电。
按下设备上的电源按钮，设备将开始启动，并在屏幕上显示“正在开机”的提示信息。
启动完成后，屏幕将显示主界面，并开始监测用户的心率。
要关闭设备，长按电源按钮直到屏幕显示“正在关机”，然后松开按钮即可。
2. 心率监测设备将会自动开始监测用户的心率。
用户只需将设备放置在手腕或其他适当的部位，并保持设备与皮肤充分贴合。
设备将会持续监测心率，并将测量结果实时显示在屏幕上。
3. 心率数据保存设备会自动记录用户的心率数据，并可将数据通过连接手机或其他终端设备进行保存和分析。
用户只需在设备上设置与终端设备的连接，将数据传输完成后，即可在终端设备上查看和管理心率数据。
4. 报警功能设备还配备了智能报警功能。
当用户的心率超过或低于设定的阈值时，设备将发出警报提示用户。
用户可以在设备上进行阈值设置，并可根据自己的需求自定义报警方式。
三、使用注意事项1. 设备佩戴位置：为了获得准确的心率监测结果，用户应该将设备正确佩戴在手腕或其他适当的部位，并确保设备与皮肤充分贴合。
2. 设备清洁与维护：使用设备一段时间后，可能会出现灰尘或污渍，影响测量的准确性。
用户应定期清洁设备表面，并避免将设备放在高温、潮湿等环境中。
3. 充电与电池寿命：在设备使用前，确保设备已充满电。
充电时，请使用随附的充电器或连接线，以确保安全和充电效果。
电池寿命会因使用频率和操作方式而有所不同，为了延长电池寿命，请合理使用设备。
4. 睡眠监测：本设备也适用于睡眠监测。
用户可以将设备佩戴在手腕上，通过设备来记录睡眠质量和时间。
5. 医学咨询：本设备仅作为健康监测辅助工具，并不能用于医学诊断。
心率测量仪的原理和应用
心率测量仪的原理和应用1. 引言心率是人体生命活动的一个重要指标，了解心率的变化可以帮助人们判断身体的健康状况以及及时采取措施。
为了方便人们进行心率测量，心率测量仪逐渐成为现代医疗和健康领域的重要工具。
本文将介绍心率测量仪的原理和应用。
2. 心率测量仪的原理心率测量仪是通过探测心脏每次搏动时产生的心电信号来测量心率。
其原理可以简要概括如下：•电极传感：心率测量仪通常使用电极传感器来探测心电信号。
电极被放置在人体皮肤接触处，以便检测心脏电活动。
•放大模块：心率测量仪将电极传感器探测到的微弱心电信号放大，使其可以被检测和处理。
•滤波器：心率测量仪中的滤波器用于滤除电源噪声、肌肉电活动等干扰信号，以保证最准确的心率测量结果。
•心率计算：经过放大和滤波后的心电信号将被传送到心率计算模块，该模块能够根据信号的频率和强度来计算心率。
3. 心率测量仪的应用心率测量仪在医疗和健康管理领域有着广泛的应用，以下是一些典型的应用场景：3.1 医疗监护心率测量仪在医疗监护过程中发挥着重要作用。
医生和护士可以利用心率测量仪来实时监测患者的心率变化，以及提前发现可能存在的异常情况。
心率测量仪还可以记录和存储患者的心率数据，用于医疗诊断和分析。
3.2 运动健康管理在运动健康管理领域，心率测量仪也扮演着重要角色。
运动员和健身爱好者可以佩戴心率测量仪进行运动过程中心率的实时监测。
通过监测心率变化，运动员可以了解自己的训练强度和恢复情况，从而制定更科学有效的运动方案。
3.3 日常健康监测除了运动健康管理，心率测量仪还可以用于日常健康监测。
越来越多的智能手环和智能手表集成了心率测量功能，用户可以随时随地监测自己的心率情况。
这对于关注自己健康的人群来说，非常便捷且实用。
3.4 心率失常检测心率测量仪还可以用于心率失常的检测。
某些高级心率测量仪能够检测到心律不齐、房颤等心率异常情况，并及时提醒用户进行医疗干预。
4. 结论心率测量仪通过电极传感、放大模块、滤波器和心率计算模块等原理，能够准确地测量人体心率。
便携式数字心率计说明书
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201720439399.2(22)申请日 2017.04.25(73)专利权人 湖北理工学院地址 435003 湖北省黄石市桂林北路16号(72)发明人 肖贵贤 严伟 (74)专利代理机构 武汉智嘉联合知识产权代理事务所(普通合伙) 42231代理人 黄君军(51)Int.Cl.A61B 5/024(2006.01)A61B 5/00(2006.01)(54)实用新型名称便携式数字心率计(57)摘要本实用新型公开了一种便携式数字心率计，包括用于采集人体心率信号的光电传感器、用于对所述光电传感器检测心率产生的电信号进行处理的处理电路、与所述处理电路的输出端连接的单片机及与所述单片机连接的LED数码管；其中，所述处理电路包括依次连接的前置放大电路、两级放大电路、低通滤波电路、陷波电路、整形电路。
本实用新型通过光电传感器将心率信号转换为电信号，并将电信号依次通过前置放大和两级放大后进行滤波和陷波处理，其有利于提高噪音及其他干扰因素的滤除率，进而保证信号的精确度，同时采用LED数码管显示心率数据其有利于读数的便捷性和准确性。
权利要求书1页 说明书4页 附图4页CN 208435639 U 2019.01.29C N 208435639U1.一种便携式数字心率计，其特征在于，包括用于采集人体心率信号的光电传感器、用于对所述光电传感器检测心率产生的电信号进行处理的处理电路、与所述处理电路的输出端连接的单片机及与所述单片机连接的LED数码管；其中，所述处理电路包括依次连接的前置放大电路、两级放大电路、低通滤波电路、陷波电路、整形电路；其中，所述前置放大电路包括一型号为AD620的单芯片放大器、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电阻R3、电阻R4，所述单芯片放大器的第1引脚通过电阻R4与其第8引脚连接，其第2引脚接地，其第3引脚通过依次串联的电容C1和电容C2与光电传感器的信号输出端连接，其第5引脚通过电阻R3与其第3引脚连接，其第4引脚接-5V电源并通过电容C3接地，其第7引脚接+5V电源并通过电容C4接地；所述两级放大电路包括放大器U1A、放大器U2B、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8，所述放大器U1A的反向输入端通过电阻R5与单芯片放大器的第6引脚连接，且其反向输入端通过电阻R6与其输出端连接，其同向输入端接地，其输出端通过电阻R7与放大器U2B的反向输入端连接，且所述放大器U2B的反向输入端通过电阻R8与其输出端连接，所述放大器U2B的同向输入端接地；所述低通滤波电路包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8，所述电阻R9、电阻R10、电容C6、电容C7依次串联，其电阻R9与所述放大器U2B的输出端连接，所述电容C4和电容C5串联与所述电阻R10并联，所述电阻R11和电阻R12串联后与串联后的电容C6和电容C7并联，所述电容C8一端与电阻R11和电阻R12的连接端连接、另一端通过电阻R13与电容C6和电容C7的连接端连接；所述陷波电路包括放大器A、放大器A2、电阻R15及电阻R14，所述放大器A的反向输入端与其输出端连接，同向输入端与电容C7连接，所述放大器A2的反向输入端与其输出端连接，其输出端与电阻R13和电容C8的连接端连接，所述放大器A2的输入端通过电阻R14与所述放大器A的输出端连接，并通过电阻R15接VCC；所述整形电路包括放大器LM358、电阻R16、电阻R17、电阻R18及电容C9，所述放大器LM358的第3引脚与放大器A的输出端连接，其第2引脚通过电阻R17接地并通过电阻R16接VCCO，其第4引脚接地并通过电容C9与第1引脚连接，其第5引脚接+5V电源并与第1引脚连接，其第1引脚通过电阻R18与单片机连接。
心率测准仪的原理是
心率测准仪的原理是心率测准仪是用于测量人体心率的仪器。
它的原理是基于心脏收缩和舒张时血液通过动脉的脉冲波动。
传统的心率测准仪是通过将传感器放置在人体皮肤上，以检测心脏收缩和舒张时动脉血流量的变化。
这些传感器通常使用光电传感器、压力传感器或电容传感器等。
光电传感器通过照射皮肤并测量反射的光线，来检测血液脉冲引起的皮肤血色素的变化。
压力传感器则通过测量动脉血流量对皮肤施加的压力来检测心脏的搏动。
电容传感器则测量皮肤上动脉脉冲引起的电容变化。
传感器将收集到的信号转换成电子信号，并通过信号处理和滤波来提取心脏搏动的频率。
常见的信号处理方法包括滤波、放大、数字化等。
滤波器能够滤除噪声和其他干扰信号，从而提取出心脏搏动的真实信号。
放大器将这个信号放大到适合测量和处理的范围。
数字化则将信号转换成数字形式，以便进一步的处理和显示。
为了得到可靠和准确的心率测量结果，心率测准仪通常需要消除来自外界的干扰。
一种常见的方法是使用滑动平均滤波器，平滑和去除测量信号中的高频噪声。
另外，一些心率测准仪还会采用运动补偿技术，以消除由于身体运动引起的测量误差。
现代心率测准仪通常与智能手机或其他移动设备配合使用。
通过传感器将测量到的心率数据传输到移动设备上，并通过应用程序进行处理和显示。
这样，用户可以实时监测自己的心率，并在需要时采取相应的行动。
综上所述，心率测准仪通过检测心脏搏动时动脉血流量的变化来测量心率。
它利用各种传感器和信号处理技术，确保测量结果准确可靠。
心率测准仪的发展为人们提供了一种方便、非侵入性的心率监测方法。
它在医疗、健身和日常生活中都有广泛的应用。
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课程设计指导书1 产品简介红外线心率计就是通过红外线传感器检测出手指中动脉血管的微弱波动，由计数器计算出每分钟波动的次数。
但手指中的毛细血管的波动是很微弱的，因此需要一个高放大倍数且低噪声的放大器，这是红外线心率计的设计关键所在。
通过本产品的制作，可以使学生掌握常用模拟、数字集成电路（运算放大器、非门、555定时器、计数器、译码器等）的应用。
2 红外线心率计工作原理2.1 红外线心率计的原理框图整机电路由-10V 电源变换电路、血液波动检测电路、放大整形滤波电路、3位计数器电路、门控电路、译码驱动显示电路组成，如图1所示。
图1 红外线心率计的原理框图2.2 单元电路的工作原理⑴ 负电源变换电路负电源变换电路的作用是把+12V 直流电变成-10V 左右的直流电压，-10V 电压与+12V 作为运算放大器的电源。
负电源变换电路如图2所示，其中IC 1（CD4069）为六非门集成电路，它的内部结构图如图3(a)所示。
负电源变换电路工作原理：通电的瞬间，假设A 点是低电位，则B 点是高电位，C 点是低电位，D 点是高电位。
B 点的高电位通过R 19给C 7充电，当F 点的电压高于IC 1（CD4049）的电平转换电压时，B 点输出低电位，C 点（C 7一端）输出高电位，由于电容两端的电压不能突变，所以C 7两端的电压通过R 19放电。
当F 点电压低于IC 1的转换电压时，B 点输出高电位，此高电位通过R 19对C 7充电，如此循环。
C 点得到方波，经过后面四个反相器反相、扩流后，在D 点得到方波。
当D 点是高电平的时候，V 1导通C 8被充电，大约充到11V 左右，当D 点变成低电平的时候，由于C 8两端电压不能突变，G 点电压被拉到-11V 左右，此时V 2导通， C 9反方向进行充电，使E 点电压达到-10V 左右。
由于带负载的能力不强，当带上负载后，E 点电压大约降到9V 左右。
V 28R 1868k1N4148图2 电源电路V+V-(a) CD4049 (b) LM741图3 集成电路的结构图⑵ 血液波动检测电路血液波动检测电路首先通过红外光电传感器把血液中波动的成分检测出来，然后通过电容器耦合到放大器的输入端。
如图4所示。
图4 血液波动检测电路TCRT5000红外光电传感器的检测方法：首先用数字万用表的二极管档位正向压降测试控制端发射管（浅蓝色）的正、负极，将红黑表笔分别接发射管的两个引脚，正反各测一次，表头一次显示“1.05（0.9-1.1）”，一次显示溢出值“-1”，则显示1.05V 的那次正确，红表笔接的是正极，黑表笔接的是负极。
若两次都显示“1”，说明发射管内部开路，若两次都显示“0”发射管内不短路。
然后再判断接收管的C 、E 极和光电转换效率，方法如下：将发射管的正负极分别插入数字万用表h FE 档NPN 型的C 、E 插孔，再将模拟万用表打到R ×1k Ω档。
红黑表笔分别接接收管的两个引脚，若表针不动，则红黑表笔对调，若表针向右偏转到15k Ω左右，则黑表笔所接管脚为C ，红表笔所接管脚为E 。
此时，再用手指或白纸贴近两管上方，表针继续向右偏转至1k Ω以内，说明该红外光电断续器的光电转换效率高。
血液波动检测电路工作原理：TCRT5000是集红外线发射管、接收管为一体的器件，工作时把探头贴在手指上，力度要适中。
红外线发射管发出的红外线穿过动脉血管经手指指骨反射回来，反射回来的信号强度随着血液流动的变化而变化，接收管把反射回来的光信号变成微弱的电信号，并通过C 1耦合到放大器。
⑶ 放大、整形、滤波电路放大、整形、滤波电路是把传感起检测到的微弱电信号进行放大、整形、滤波，最后输出反映心跳频率的方波，如图5所示。
其中LM741为高精度单运放电路，它们的引脚功能如图3 (b)所示。
IC 2、IC 3、IC 4都为LM741。
图5 信号放大、整形电路因为传感器送来的信号幅度只有2～5毫伏，要放大到10V 左右才能作为计数器的输入脉冲。
因此放大倍数设计在4000倍左右。
两级放大器都接成反相比例放大器的电路，经过两级放大、反相后的波形是跟输入波形同相、且放大了的波形。
放大后的波形是一个交流信号。
其中A 1、A 2的供电方式是正负电源供电，电源为+12V 、-10V 。
A 1、A 2与周围元件组成二级放大电路，放大倍数A uf 为：40006666R R R R A 6834uf ≈⨯=⨯=由于放大后的波形是一个交流信号，而计数器需要的是单方向的直流脉冲信号。
所以经过V 3检波后变成单方向的直流脉冲信号，并把检波后的信号送到RC 两阶滤波电路，滤波电路的作用是滤除放大后的干扰信号。
R 9、V 4组成传感器工作指示电路，当传感器接收到心跳信号时，V 4就会按心跳的强度而改变亮度，因此V 4正常工作时是按心跳的频率闪烁。
直流脉冲信号滤波后送入A 3的同相输入端，反相输入端接一个固定的电平，A 3是作为一个电压比较器来工作的，是单电源供电。
当A 3的3脚电压高于2脚电压的时候，6脚输出高电平；当A 3的3脚电压低于2脚电压的时候，6脚输出低电平，所以A 3输出一个反应心跳频率的方波信号。
⑷ 门控电路555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件，用它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。
555定时器在工业控制、定时、检测、报警等方面有广泛应用。
555定时器内部电路及其电路功能如图6(a)、(b)所示。
555内部电路由基本RS 触发器FF 、比较器COMP 1、COMP 2和场效应管V1组成（参见图6(a ）)。
当555内部的COMP 1反相输入端（-）的输入信号V R 小于其同相输入端（+）的比较电压V CO （DD 32V V co =）时，COMP 1输出高电位，置触发器FF 为低电平，即Q=0；当COMP 2同相输入端（+）的输入信号S V 大于其反相输入端（-）的比较电压V CO /2(1/3V DD )时，COMP 2输出高电位，置触发器FF 为高电平，即Q=1。
D R 是直接复位端，0R D =，Q=0；MOS 管V 1是单稳态等定时电路时，供定时电容C 对地放电作用。
注意：电压V CO 可以外部提供，故称外加控制电压，也可以使用内部分压器产生的电压，这时COMP 2的比较电压为V DD /3，不用时常接0.01μF 电容到地以防干扰。
V DDV C0V RV S放电R D 放电输出DISC(a) 555定时器内部电路 (b) 555简化符号图6 555定时器内部电路及其功能符号由555接成单稳态触发器来完成门控电路的作用是控制计数器的启停，并控制每次测量的时间，电路如图7(a)所示。
IC u 2u C6u 3u DD V 32(a) 电路 (b) 工作波形图7 由555组成的门控电路① 当接通电源的时候，+12V 电源电压通过R 15对电容C 4进行充电，2脚的电压马上变成12V （“1”电平），触发器FF 被置“0”， 即555的3脚输出“0”电平（参见图7(a)）。
V 6截止，V 6的C 极为高电位，所以计数器MC14553不计数，此时V 5不亮。
② 当按下S 1按钮时，2脚电压为0V ，低于1/3电源电压。
555内部CMP 2输出高电平（参见图6(a)）,触发器FF 被置“1”，即3脚输出“1”电平，V 6饱和导通，V 5发光，V 6集电极输出低电平，使计数器MC14553清零，开始计数。
同时555内场效应管截止，12V 电压通过R 17给C 6充电，C 6的电压逐渐增高，如图7(b)u C6波形。
③ 当C 6的电压充到2/3电源电压的时候，555内CMP 1输出高电平，触发器置“0”，3脚输出低电平，V 6集电极输出高电平，因此计数器MC14553的11脚变为高电平，计数器停止计数；同时555内场效应管导通，电容C 6通过场效应管迅速放电到低电平，返回稳定的状态，定时结束。
脉宽TW 可根据下式计算：617617DDDD DD617W C R 1.13ln C R V 32V V lnC R T ==-= 式1-1⑸ 3位计数电路由MC14553组成的3位计数电路对输入的方波进行计数，并把计数结果以BCD 码的形式输出。
MC14553为十六引脚扁平封装集成电路，其引脚功能如图8（a ）所示，有四个BCD 码输出端Q 1～Q 3，可分时输出三组BCD 码；有三个分时同步控制信号DS 1～DS 3，为计数器的输出提供分时同步输出控制信号，形成动态扫描工作方式，该控制端低电平有效。
计数电路包含了计数和输出驱动电路。
1615141312 91110 8765432V SS 12DS 1DS CBCA Q 3Q 2Q 1V DD 3DS O.FR CP DIS LE Q 01615141312 91110 8765432V SS 1V DD C B D A PH BI abc d e gfMC14553CD4543LD (a) MC14553 (b) CD4543图8 集成电路引脚功能图计数器MC14553真值表如下：表2.1 MC14553真值表X=任意计数器MC14553的 DS 1～DS 3输出为方波，波形如图8所示。
当按下S 1时（参见图7(a ）)，V 5饱和导通，V 5的C 极为低电平，MC14553的11脚变为低电平，计数器开始对送到12脚的从整形电路过来的方波个数进行计数，最大计数为999，计数结果以BCD 码的形式从Q 0～Q 3输出。
11脚不管是高电平还是低电平，DS 1～DS 3始终是输出图9的方波。
当DS 3是低电平的时候，个位显示器被选中，Q 0～Q 3输出个位要显示的数值；当DS 2是低电平的时候，十位显示器被选中，Q 0～Q 3输出十位要显示的数值；当DS 1是低电平的时候，百位显示器被选中，Q 0～Q 3输出百位要显示的数值。
图9 DS 1～DS 3输出波形图⑹译码、驱动、显示电路3位计数电路、译码、驱动、显示电路如图10所示，它的作用是把计数器输出的计数结果显示在3位数码管上。
译码器CD4543的引脚功能如图8（b）所示。
它有了四个输入端：A、B、C、D，与计数器的输出端相连；有七个数码笔段输出驱动端：a～g。
译码器CD4543可以驱动共阴、共阳两种数码管，使用时，只要将PH引脚接高电平，即可驱动共阳极的LED数码管；将PH引脚接低电平，即可驱动共阴极的LED数码管。
显示采取动态扫描的方法，即每一时刻只有一个数码管被点亮，但是交替的频率非常快，由于人眼的视觉残留效应，人眼看到的就是静止的数字显示结果。
计数器送来的数据，经过CD4543翻译成7段字码后，接到数码管的7个笔画端，点亮相应的笔画段。