基于HK2000传感器的脉搏测试仪前端设计

我们需要把-0.1V 的电压信号提升到 0V 以上， 这样 才能作为单片机 ADC 的输入，具体的电路如图 1 所示。
0
R24 2.25K
-4.5V R23 100K +4.5V R30 100K 4 V2 LF353/301/TI OUT 7 3 + U5 6 ref input R22 2.25K +4.5V
1
引 言
累积数千年来丰富临床经验的脉诊，是中国医 学独特的诊病方法，在诊“望、闻、问、切”中占有 重要的位置。由脉诊所得的脉象反映人体各和病理 状况，反映了五脏六腑气血盛衰，是观察体内功能 变化的一个重要根据脉象的变化，可探测人体脏腑 的气血、阴阳、生理与病理的状况。我国中医学家 千年的实践总结而成的脉学理论在中医辨证论治 中起着重要的作用，也是人类的重大贡献。由光电 传感器采集脉搏信号，经过前置放大电路、滤波电 路、积分和比较电路后得到与脉搏相关的脉冲信 号。
求和电路将信号的幅值变成 0V 到 0.7V[2]，电 路图如图 2 所示：
V+
第 6 期增刊
刘 莹 等：基于 HK2000 传感器的脉搏测试仪前端设计
+4.5V R17 100K U4 + 7 V+
3
VOFF = 0.25v VAMPL = 0.35v FREQ = 1hz
V7
R19 100K ref input
OUT 4 2 -
6
link
LF353/301/TI
-4.5V R21 100K
0
R18 100K
V-
0
图 4 信号输入和输出仿真图
图 2 信号和参考电压求和电路
3
滤波器的设计
2.2 放大电路的设计 放大器输 将 V link 链接到仪表放大器的输入端， 出和输入的关系如下：
Vout (Vsignal 0) R9 R10 R31 R11 R8 55k R31 Vsignal R10 R31 R5 R31 15k
0
图 1 100mV 参考电压产生电路
2
电压提升电路的设计
V refinput
2 .25 R 24 4 . 5 101 . 25 mV (1) ( 4 .5 0 ) 100 R 23
2.1 电压提升电路的设计 由于 HK2000 的输出电压为-0.1V 到 0.6V[1]，
240
+4.5V U1 3 + R8 7 V+ OUT 2 6 R5 100k
(2)
link
R15 10k
SIG1
0
100k +4.5V U3 7 +
- 4 LF353/301/TI V-4.5V 20k 3 R9 2
V+ OUT 6
V
R10 15k
- 4 LF353Βιβλιοθήκη Baidu301/TI V-
输出的信号中混有常见的工频干扰，以及肌 电、人体的温度和传感器表面的温差等造成得基线 漂移，需要设计相应的滤波器将这些杂波信号滤 掉[3]。 滤波器的设计要求: (1)脉搏信号频率主要的范围都集中在 10Hz 以 下，为确保脉搏信号顺利通过，低通滤波器的上限 截止频率要高于 10Hz。 (2)基线漂移的频率很低，为克服此低频干扰， 高通滤波器的下限截止频率选择在 0.1Hz。 低通滤波器和高通滤波器均采用二阶有源滤 波器，具体的电路如图 5~图 7 所示。
+4.5V R33 112.5k C2 0.1u R32 112.5k C3 0.1u C1 0.1u 2 3 7 V+ U6 +
-4.5V R7 R31 5k R11 20k -4.5V 2 R25 10k SIG2 4 VLF353/301/TI OUT 3 +7 U2 V+ +4.5V 6 R6 100k
241
0
-4.5V
图 6 截止频率为 0.1Hz 的高通滤波器
V-
第 32 卷
仪
+4.5V R37 31.8k C9 0.1u R36 3 31.8k 2 7 U8 +
器
仪
表
学
报
4
6
结 论
V+
OUT C6 0.1u 4
LF353/301/TI
-4.5V
R38 15.9k C8 C7
本文对脉象的数字特征进行了研究，分别从采 集样本建立满足研究需求的样本数据库、数据预处 [5] 理、特征提取以及脉象 分类各个环节作了一些探 索和改进。对采集到的脉搏信号进行电压提升，电 压放大及电路的滤波的处理，使采集到的脉搏信号 满足做下一步处理的要求。 参考文献
Front design of pulse tester based on HK2000 sensor
Liu Ying Li Na Feng Nuan
(Polytechnic School of Shenyang Ligong University,Fushun 113122) Abstract：Human pulse wave contains many important physiological and pathological information, especially information related to the human cardiovascular system. So it is an important physiological indicator in the bio-medical testing system. This design has realized the front design of pulse tester based on HK2000 sensor, through the voltage raised circuit design and the filter design, it could raise the voltage which is collected by HK2000, and it could make the voltage signal raise to a needed value. Finally it uses the filter to design a low band pass filter and high band pass filter, so that it could meet the need of the process, and have a realistic meaning. Key words：Pulse Voltage Raised Filter
0.1u
0.1u
V-
[1] [2] [3] [4] [5]
王化祥，张淑英.传感器原理及应用[M].天津：天津大 学出版社，2002. 王炳和， 相敬林. 人体脉搏系统建模与脉搏信息处理方 法研究.西北工业大学博士论文.1999 刘迎春，叶湘滨.传感器原理设计与应用.长沙：国防科 技大学出版社，2002 王丙和.脉搏系统建摸与脉象信息分析的研究进展，生 物医学工程学杂志，2002，19 杨洪明， 杨绍戊.脉理探邃.北京:中医古籍出版社， 2007
第 32 卷 第 6 期增刊 2011 年 6 月
仪
器
仪
表
学
报
Chinese Journal of Scientific Instrument
Vol.32 No.6 Jun. 2011
基于HK2000传感器的脉搏测试仪前端设计
刘 莹 李 娜 冯 暖 （沈阳理工大学应用技术学院 抚顺 113122）
摘 要：人体脉搏波包含了许多重要的生理和病理信息，尤其是与人体心血管系统相关的信息，所以它是生物医学检测中的
一个重要的生理指标。本设计实现了基于 HK2000 传感器的脉搏测试仪的前端设计，通过对电压提升电路的设计，滤波器的 设计，使通过 HK2000 采集得到的信号通过电压的提升，并能够将电压信号提升到所需要的值，再使用滤波器分别对信号进 行低通滤波器和高通滤波器的设计，满足下一步处理的要求，具有一定的实际意义。 关键词：脉搏 电压提升 滤波
OUT 4
6
LF353/301/TI
0
100k
-4.5V
图 5 截止频率为 10Hz 的低通滤波器
+4.5V C5 C4 3 7 V+ U7 +
V-
0
10u
图 3 仪表放大电路
4
10u R35 112.5k
R34 112.5k 2
OUT -
6
LF353/301/TI
输入和输出的 PSpice 的仿真结果如图 4 所示。 从图中可以看出输入和输出满足了电压提升和放 大的功能。
图 7 50Hz 陷波器
各种频率混叠的杂波信号经过低通滤波器、高 通滤波器和 50Hz 陷波器后的 PSpice 仿真结果，如 图 8 中的蓝色曲线所示[4]。
图 8 杂波信号 PSpice 仿真结果
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