测试技术课程设计脉搏测量仪

《机械工程测试技术》

课程设计

脉搏测量仪的设计

姓名：张峰

学院：机电工程学院

专业：机械设计制造及其自动化班级：2010级本科4班

学号：201015130457

完成日期：2012年12月28日

摘要

医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数，方法是用手按在病人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数。为了节省时间，一般不会作1分钟的测量，通常是测量10秒钟时间内心跳的数，再把结果乘以6即得到每分钟的心跳数，即使这样做还是比较费时，而且精度也不高。本文介绍一种用单片机制作的脉搏测量仪，只要人把手指放在传感器内2秒钟就可以精确测量出每分钟脉搏数，测量结果用三位数字显示。

关键词：AT89C2051；单片机；脉搏测量仪

目录

第一章引言 (1)

第二章基本结构模块 (2)

2.1脉搏波检测电路 (2)

2.2脉搏信号拾取电路 (2)

2.3信号放大 (3)

2.4波形整形部分 (5)

第三章整体电路分析 (7)

3.1光发射电路 (7)

3.2光电转换电路 (7)

3.3信号采集及处理系统 (8)

3.4过采样技术的应用 (8)

3.5整体硬件电路设计 (9)

参考文献 (10)

第一章引言

脉搏测量属于检测有无脉博的测量，有脉搏时遮挡光线，无脉搏时透光强，所采用的传感器是红外接收二极管和红外发射二极管。用于体育测量用的脉搏测量大致有指脉和耳脉二种方式。这二种测量方式各有优缺点，指脉测量比较方便、简单，但因为手指上的汗腺较多，指夹常年使用，污染可能会使测量灵敏度下降；耳脉测量比较干净，传感器使用环境污染少，容易维护。但因耳脉较弱，尤其是当季节变化时，所测信号受环境温度影响明显，造成测量结果不准确。

从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。几乎世界上所有的民族都用过“摸脉”作为诊断疾病的手段。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征,因此对脉搏波采集和。

处理具有很高的医学价值和应用前景。但人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频的弱信号, 脉搏波信号更是低频微弱的非电生理信号, 必需经过放大和后级滤波以满足采集的要求。

第二章基本结构模块

2.1 脉搏波检测电路

目前脉搏波检测系统有以下几种检测方法：光电容积脉搏波法、液体耦合腔脉搏传感器、压阻式脉搏传感器以及应变式脉搏传感器。近年来, 光电检测技术在临床医学应用中发展很快, 这主要是由于光能避开强烈的电磁干扰, 具有很高的绝缘性, 且可非侵入地检测病人各种症状信息。用光电法提取指尖脉搏光信息受到了从事生物医学仪器工作的专家和学者的重视。本系统设计了指套式的透射型光电传感器, 实现了光电隔离,减少了对后级模拟电路的干扰，结构如图所示。

图2-1 透射式光电传感器图

传感器由发光二级管和光敏二极管组成, 其工作原理是: 发光二极管发出的光透射过手指,经过手指组织的血液吸收和衰减，由光敏二极管接收。由于手指动脉血在血液循环过程中呈周期性的脉动变化，所以它对光的吸收和衰减也是周期性脉动的, 于是光敏二极管输出信号的变化也就反映了动脉血的脉动变化。

2.2脉搏信号拾取电路

如图2所示，IClA为单位增益缓冲器，用于产生2.5V的基准电压。

放大倍数由R08和R06的比值决定。

图2-3 低通滤波器图

根据二阶低通滤波器的传递函数，可得

05

04080708070604205

04080706081011)111(1

)()(R R R R R R R c s s C C R R R R S V S V +

+++-

=

（1）

放大倍数为 H=-R 08/R 06 =-22 （2） 取0.707倍零频增益计算高频转折频率，即

f H = 7.7Hz （3）

按人的脉搏最高为4 Hz 考虑，低频特性是令人满意的。

需要说明的是，以上分析是在忽略C03的条件下做出的，如果考虑C03的话，那么：

R6

10k

220k C3Vi

1

1

11

)

()

(040603

04

0406+≈

++

=s C R C C s C R s V s V i S (4)

由此可见，C03没有影响频率特性的分析，它的作用只是隔直。

二级放大器兼比较器如图4所示。Rpll 用以调整系统的放大倍数，C06用以防止放大器自激。采用二级放大，零点漂移不很明显，在O.1 V 左右。所以将比较器的阈值电压设计成O.25 V ，以确保滤除干扰信号。采用比较器的好处是能有效地克服零点漂移所造成的影响，提高测量的准确性。

图2-4 二级放大器和比较器图

2.4 波形整形部分

波形整形电路如图5所示，IC3A 是CD4528型单稳态多谐振荡器，有效脉宽为0.05 s ．其宽度由R22和C20决定。IC3B 也组成一个单稳态多谐振荡器，脉宽为240ms 。D2、Dl 和T3等组成一个或非门，只有C ，E 两点均为低电平时，

RP12 Vo1

B

信号放大器整机输出才是高电平。设计这个电路的目的是为了在输出端输出一个窄脉冲，并且要在由R13和C07决定的时间内任何信号都不会干扰输出。R23和C21充电时间的长短决定了计数脉冲的宽度，一般不希望它太宽。

图2-5 波形整形线路图

0.1uF