便携式心率测试仪(开题报告)

五邑大学

电子系统设计开题报告题目：便携式心率测试仪

院系信息工程学院

专业电子信息工程

学号

学生姓名

指导教师

开题报告日期

一、课题来源、国内外研究现状与水平及研究意义、目的。

1．课题来源

便携式心率测试仪

2．国内外研究现状与水平

便携式医疗设备正不断改进数以百万计患者的医疗保健条件。现在外国的先进运动手表甚至能够无线记录用户的心率。未来，还将有众多能显著改善医疗实施及其效果的创新型医疗应用产品。

满足便携式医疗领域的微处理器需求给半导体企业带来了挑战。虽然工程设计无外乎是在相对立的功能、规范以及空间限制条件之间进行取舍，但是这种平衡取舍在便携式医疗领域往往非常棘手。医疗市场的相关需求往往很难协调，如小尺寸与高功能性、低功耗与高性能模拟，以及超长电池使用寿命与高处理能力等。这些产品需要模数转换器 (ADC)、可调节增益、电源管理以及液晶显示屏 (LCD) 等。这些都将是需要我们更多的去研究和发展。

3．研究意义和目的

以往专门测量心率值的仪器较少，人们为了知道自己的运动或者劳动强度是否超负荷，尤其是老年人或运动员等，他们都得赶到医院而不能实时测量和预知。为了观测“预防为主”的方针，为了实现人人能享受基本医疗保健的目标，把过去的以医院为轴心的医疗服务体系过度到以家庭为基础的社区卫生服务体系已成为必

然趋势。所以便携式医疗仪器已相继问世。便携式心率测试仪属于一种集轻型化、一体化、可视化等优点的测试仪；同时它适合在家庭和社区条件下使用。心电诊断仪、心率计的应用在心血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用，它们所记录的心脏活动时的生物电信号，已成为临床诊断的重要依据。该心率仪可用于临床心率监护；并为体力劳动者劳动强度测定、运动员及士兵训练强度测定等提供确凿的和必不可少的生理指标。

二、研究内容，拟采取的研究方法、实验过程、预期成果。（附主要参考文献）1．研究内容

将脉搏通过传感器转为电压信号，再通过不同的集成芯片将电压信号完成放大、滤波、整流等一系列工作，然后利用单片机进行处理计算。实现在任何地点任何时间都能快速检测出人体的心率，达到集轻型化、一体化、可视化等优点于一身的系统。

2．拟采取的研究方法

了解课题所需知识点，然后翻阅相关资料和教材，通过网页搜索查找相关资料，计算各参数，了解各元器件的功能作用，设计电路图，用相关的仿真软件进行仿真，最后进行实物调试。

3．具体的设计方案(重点)

系统总体框图

（1）传感器的选择

①光电式传感器

血液是高度不透明的液体，光照在一般组织中的穿透性要比血液中大几十倍，据此特点，采用光电效应手指脉搏传感器来拾取脉搏信号。血管的容积和透光度会随心搏的改变而改变，这样通过光电传感器可得到相应的光电流信号。

采用红外反射传感器RPR220，通过手指的血液浓度会随着心脏的跳动发生变化，红外对管对应的信号便会发生相应的变化，采集此信号经过放大，滤波，比较等处理便可以得到理想的信号。。

采用反射式的红外管。现在市场上的心率计普遍采用这种传感器来采集信号，因为此红外管接收和发射都在手指的同一侧，因此便不用考虑每个人手指情况不同所造成的麻烦。接收的是血液漫反射回来的光，此信号可以精确地测得血管内容积变化。

○2集成传感器

当前,市面上有很多类型的集成心电传感器,其灵敏度高,集成度高,直接就可以反映出心率的变化,且已包含了滤波等抗干扰电路,波形经过放大可以直接处理使用。缺点是价格非常昂贵，一般均在五百元以上，就本次设计来说，考虑到经费以及锻炼自己的目的，不选择使用该型传感器。

综上所述，虽然光电式传感器的价格相对较高，但是为了测量方便和使本系统达到稳定性和准确性，所以选择红外反射传感器RPR220。

（2）信号处理

①前置放大

LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。

心率测试仪通过光电传感器获得脉搏信号的电压比较小，在几毫伏左右，且频

率较低，所以需要低噪声，低漂移，高输入阻抗的放大器。本系统才用同相放大器，同相放大器具有输入阻抗高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级。

○2信号滤波

由于脉搏信号的频率在1.33HZ左右，正常情况下不会出现高于2HZ的信号，因此需要设计一个低通滤波器，用来滤去高频信号。在这个系统中最大的干扰就是来自市电的50HZ干扰信号，考虑到有些病人在患病时可能会出现较高的脉搏，因此在设计滤波器的截止频率在4HZ左右，这样不但能保证不滤去脉搏信号，而且能很好的将干扰滤去。

方案选择：

1）无源滤波器

采用RC低通滤波器。其特点是电路简单，阻带衰减太慢，选择性较差。

2）二阶低通滤波器

采用二阶有源滤波器，通带内幅频特性曲线比较平坦，而且二阶也可以达到较陡的衰减的特性。由于主要的干扰出现在50HZ左右，所以在截止频率较低时，采用二阶滤波器即可达到很好的滤波效果。

综上所述，由于使用二阶有源滤波器能够很好的实现系统的滤波目的，所以选择使用方案2）。

（3）整形电路

由于单片机只能检测到数字信号，因此，经过信号调理电路后得到的模拟信号必须转换为数字信号。这里有两个方案可以选择。

方案一: 使用三极管进行整形.

方案二：使用集成芯片74LS13

74LS13为具有施密特触发器的两组4输入端与非门（正逻辑），通过74LS13实现对信号的整形，输出单片机可以处理的脉冲信号。

由于三极管的调试较为复杂，且工作性能不如施密特触发器稳定，所以我们选用74LS13作为一个施密特触发器。

（4）显示电路

本系统使用四段数码管作为数据显示器，通过单片机对处理过的信号计数（心率），然后通过数码管动态显示将所测得的心率值显示出来，并同时将其心率值存储到单片机自带的EEPROM中，可以通过按键来提取其值。

（5）报警电路

报警电路是对每次脉冲的到来均响铃，与脉搏同步。这样，就可以通过声光的形式形象地把脉搏的快慢显示出来。此外，当所测得的心率值低于50次/分，或高于160次/分时，报警电路连续响铃。

4．预期成果

能够不受地域与时间限制，较为稳定准确快速地检测到人体的心率，并且将其用数码管显示出来，真正地做到轻型化、一体化、可视化。