心率采集电路

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心率监测器电路

医疗保健电子产品系列技术资料心率监测器电路心率监测器(1)人的心率快慢是情绪状态、运动强度和心脏功能的客观指标之一。

但是一般人都很难时刻而准确地测出自己的心率数值。

如果将心率监测器带在身上，用心电电极将心电信号检出，经过监测器将信号处理后，使用者便能随时得知自己的心率变化情况，自我监测心率的变化状态。

心率监测器的方框图如图22-1所示，由心电电极、放大器、频率/电压变换器、电压控制门、音频振荡器及发声器组成。

图22-1心率监测器(Ⅰ)适用的心率范围是(60～160)次/分。

通过调整电路中的有关元件，在(60～160)次/分范围内可改变发声报警时的心率范围。

此心率范围的宽度设计在中心值的±20%范围内。

比如若将中心值调在100次/分外，则心率信号范围为(80～120)次/分，如果心率超出此范围的上、下限，仪器不发声，如果心率处于上述范围内，仪器则会发出心电信号声。

且该信号声的节拍与心跳的节拍相同。

如果心率正好为仪器预调范围的中心值，仪器发出信号声的频率为2200Hz，此时输出音量最大；如果心率加快了，则音调随之变高且节拍加快；心率减慢，则音调随之变低且节拍减慢。

心率加快或心率减慢时，仪器输出音量都减小。

这样，使用者就可以根据信号声的节拍、音调和响度三方面的变化，较明显地辨别自身心率的变化情况了。

该仪器因为要随身携带，所以体积要尽量小，耗电要省。

其电源电压为3V，静态电流为150μA。

心率监测器(Ⅰ)的电原理图如图22-2所示。

为便于分析，将电路分成A、B、C、D四部分。

A部分电路为心电信号放大器，由心电电极拾取的心电信号波形如图22-3所示。

其中最高幅度约为1mV左右，变化最陡的脉冲叫R波，另外还有变化较缓慢的P波及T波等。

每心跳一次就有一个R波。

心电信号从贴在人体上的电极取出，从1、3两端子(见图22-2)送到输入回路。

图22-2输入回路由RC网络组成，因时间常数取得较小，所以可将心电信号中的R波分离出来，再经过集成运算放大器(A)放大，在a点就能输出一个幅度恒定(宽度稍有变化)的脉冲序列。

基于51单片机心率测量电路设计

基于51单片机心率测量电路设计作者：蒋铁生来源：《科学导报·学术》2019年第10期1.1选题背景心率是人的重要的可被测量的生理指标。

在现代社会，随着人类社会生活水平的提高，人们的生活方式和饮食结构的改变，高血压，冠心病等心脏方面的疾病渐渐成为人们的常见病。

由有关数据显示，中国城市人口每五个成年人中就有一个人患有不同程度的心血管方面的疾病。

由于心脏不健康而导致的心肌梗塞，猝死等事件时有发生，并且心脏疾病方面发病率逐年提升，发病年龄也是下降趋势。

要减小心血管疾病给人们带来的健康危害，早期有效的测量設备与判断方法是十分重要的。

心率是人体十分重要有效的信息，是可以被检测的生物信号，它是反映心脏是否正常工作的一个重要参数，可以根据心率值判断一个人是否患有心率过速，早搏等几种常见的心脏病。

因此，设计一种简单，能显示心率的仪器十分有必要。

1.2 主要内容本心率测量电路设计是一个硬软件相结合的设计类题目。

要求设计一个基于51单片机的心率的检测电路。

可以实现与心率检测功能，整个系统电路的设计功能包括：1、使用MAX30102心率传感器模块进行心率采集；2、使用STC89C52芯片为控制核心；3、使用OLED液晶进行显示。

2 总体方案设计2.1整体设计思路本设计采用的是STC89C52芯片，通过STC89C52最小系统，心率模块、液晶屏，实现心率的测量与现实。

实时的心率显示在OLED液晶上。

由于STC89C52有较多的引脚数，能实现OLED液晶驱动以及实时心率测量等这些功能。

电源部分是通过USB线来外接可移动电源或电池供电。

2.2心率测量模块光电式传感器。

光电式传感器测量方法灵活多样，可测量参数较多，具有非接触，高精度，高分辨率，高可靠性，反映快等特点。

适合用来测量心率。

测量原理：随着心脏的跳动，人体组织半透明随之改变，当血液到达人体组织时，组织班透明度减小，当血液回流心脏时，组织的半透明度加大。

这种现象在人体组织较薄的地方比较明显，例如手指尖，耳垂部位。

单片机测量心率电路图2

光电式脉搏传感器及由其组成的血压测量仪光电式脉搏传感器图1 是光电式脉搏传感器示意图,它由红外发光二极管和红外光敏三极管构成。

发光二极管发出的红外光照射到血管上,部分光经血管反射被光敏三极管接收并转换成电信号送检测电路,测出血流状态。

血管不受压力时,血流均匀,反射光也比较均匀,故传感器无脉搏信号输出;当血管受压血液不流动时,传感器也无输出信号;只有当血管受到挤压,血管中的血液断续流动时,反射光也随之变化,这时传感器输出脉搏信号,达到了测量脉搏的作用。

a: b:脉搏检测电路原理图6 是脉搏传感器的恒流源电路和检测电路。

恒流源提供10mA 的稳定电流,供脉搏传感器的发光管发光。

脉搏放大电路为同相交流放大器,对直流无放大作用,由于反馈电容数值比较小,所以起到了高频滤波的作用。

因此只将脉搏信号进行放大,送到微机系统。

王明时1 医用传感器与人体信息检测1 天津科学技术出版社,19870.gif ( 8.87 K)[求助]寻光电脉搏计资料(2004-2-17 21:54:07)0.gif ( 4.58 K)[求助]寻光电脉搏计资料(2004-2-17 21:56:22)0.gif ( 8.65 K)[求助]寻光电脉搏计资料(2004-2-17 21:58:23)长春光机学院的学报，写的笼统简单光电式脉搏波监测系统韩文波　曹维国　张精慧 3 (长春光学精密机械学院光电工程分院) (长春工业高专) 3 摘　要　随着医疗事业的发展和现代科技的进步, 医疗监护技术的发展趋势是要求连续监测各种生理参数, 做到无创伤、稳定、尽可能少的不适应感和无过敏反应。

本文就是基于这种发展趋势, 采用光电传感器、单片微机8031 作为控制器来进行无接触提取指尖脉搏波, 并对所提取的信号进行了处理, 通过串行接口将数据送到中央监护系统, 以作进一步处理和诊断。

关键词　光电检测; 传感器; 计算机近年来, 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。

新时期便携式心电信号采集电路设计

新时期便携式心电信号采集电路设计本文首先介绍了心电图产生机理和心电信号的参数特征，然后分析了电路系统原理与组成，最后具体阐述了便携式心电信号采集电路设计。

标签：便携式;心电信号;采集电路;设计心血管类疾病的发作具有突发性，难以预测性，致残致死的高度危险性，但是对于心血管类疾病的发现手段，目前来说主要是依靠心电信号。

心电信号是由心脏的电活动而产生并可反映出心脏生理功能变化信息的人体生物电信号。

因此，心电信息连续、准确、实时的采集，可对心血管类疾病的临床诊断提供重要的依据。

1 心电图产生机理在人体内，窦房结发出一次兴奋，按一定途径和时程，依次传向心房和心室，引起整个心脏兴奋。

因此，每个心动周期中，心脏各个部分兴奋过程中出现的生物电变化的方向、途径、次序和时间都有一定规律。

这种生物电变化通过心脏周围的导电组织和体液反映到身体表面上，使身体各部位在每一心动周期中也都发生有规律的生物电变化，即心电位。

若把测量电极放置在人体表面的一定部位，记录处心脏电位变化曲线，即常规心电图（Electrocardiogram，简称ECG）。

2 心电信号的参数特征心电信号是一种低频微弱双极性信号，主要成分集中在0.05-100Hz;幅度为10μV--4mV，典型值为1mV;信号源阻抗一般高达几千欧-几十千欧。

通常还混有其他生物电信号，有体外50Hz工频的干扰，仪器内部噪声和仪器周围电场、磁场、电磁场的干扰等，使得心电信号噪声背景较强，为采集和测量带来了难度。

放大器的温漂、皮肤电阻的变化、呼吸和人体运动，都会造成心电波形信号在某条水平线上缓慢地上下移动的“基线漂移”现象。

这些低频噪声主要集中于0.03-2Hz。

但是，心电信号中的ST段和Q波频率分量集中于0.05--2Hz;与上述低频噪声分量很接近。

因此，不可简单地把高通截止频率定为2Hz，否则将使心电信号的波形出现较大失真。

3 电路系统原理与组成图1所示是心电信号采集电路的系统框图，图中心电信号是用心电电极拾取的，送入前置放大器初步放大;输出的‘右腿驱动’作用于患者右腿上，用于消除心电信号中的共模信号;输出的‘屏蔽驱动’接到心电信号电缆的屏蔽层上，使屏蔽层电位追随其中信号线的电位，消除两者之间分布电容的影响，使输入信号不失真。

心电信号采集与调理电路

心电信号的采集和调理电路1概述1.1国内外发展现状心电图机就是用来记录心脏活动时所产生的生理电信号的仪器。

由于心电图机诊断技术成熟、可靠，操作简便，价格适中，对病人无损伤等优点，已成为各级医院中最普及的医用电子仪器之一。

在国外，心电图机的研制和生产，占主要地位的是以德国、日本、加拿大、美国为主的发达国家，相对而言国内心电图机发展速度较慢，水平较落后，心电图机的研制和生产是在1904年荷兰的爱因托芬(Willem Einthoven)制造的第一台弦线式电流计的基础上发展而来的，20世纪50年代之前，心电图机的发展主要解决了小型化和提高灵敏度的问题。

1960年第一个专用心电图波形自动识别系统建立起来，自1978年美国Marquett公司首次推出数字化12导同步心电图机，便开创了心电图记录、分析与诊断、保存与管理的新纪元，从此心电图机进入数字化发展新时代，特别是计算机在各个领域的广泛运用，数字化信息处理为医学界进步和深入研究提供了现代化高科技手段。

常规的心电图机有单道和多道，虽使用方便，但体积庞大、价格高，主要适合医院，并且对许多偶发、短暂心律失常无法进行监测；动态心电图机(HOLTER)，虽然可用于24小时甚至更长时间的心电图记录，但是HOLTER价格昂贵，使用不方便，并且不能实时处理。

在国内，截至2007年10月，据不完全统计，我国已有医疗器械生产企业12530家，而专业生产心电图机的企业仅有20几家，大多数是中小企业，产品技术水平较低，不具备国际竞争力，所需的器件、材料、工艺，水平低基础差。

目前我国心电图机主要生产厂家在广东、山东和上海，但在国内市场上均形不成主导地位。

1985年上海医用心电图机的产品约占全国的80％，产品畅销；但自1989年12月上海医用电子仪器厂与日本光电工业株式会社签约合资成立上海光电医用电子仪器有限公司后，中国几家心电图机生产企业便开始滑坡，而光电公司的产品却更加稳固地占领了中国市场。

心电信号采集电路设计

一、心电图机概述1.1 医学仪器概述医学仪器主要用于对人的疾病进行诊断和治疗，其作用对象是复杂的人体，在医学仪器没有大量出现之前，医生主要凭经验通过手和五官来获取诊断信息，现在随着电子信息等技术的发展，医学仪器可以将人体的各种信息提供给医生观察和诊断。

由于生理信号均是微弱的信号，加之人体结构的复杂性和个体差异性，医学仪器在检测研究生物信息时，必须考虑到生物信息的特点，针对不同的生理参量采用不同的方法。

检测一些十分微弱的信息时，必须用高灵敏度的传感器或者电机，对于一些变化极为缓慢的生物信息，要求其检测系统具有很好的频率响应特性。

同时，对于检测到的信号，需要进行必要的处理，才能成为医生诊断的依据，现在能检测到的生理信号十分丰富，到了不用计算机就很难处理的地步。

所以对任何检测到的信号必须进行模/数转换，对不同的生理信息还要采用一些数学方法，如对非线性的生物信息，可通过拉普拉斯变换的办法，将其按线性处理；又如欲将检测到的以时间域表示的信息转换到频率域上，就得采用傅立叶变换的方法。

在生物信息处理过程中，当需要作信号波形分析时，又要用到模拟式频谱分析法（即滤波）和数字式频谱分析法。

另外，对于处理好的生理信号，必须以某种方式显示出来如打印在记录纸上或显示在显示屏幕上等。

图1.1从上述可以看到，医学仪器与其他仪器相比具有其特殊性。

一台完整的医学仪器一般由以下几部分构成：信息检测系统、信息处理系统、记录显示系统以及其他的辅助系统（如图1.1所示）。

检测系统主要包括被测对象、传感器或电极，它是医学仪器的信号源；信息处理系统的作用是对信息检测系统传送过来的信号进行处理，包括放大、识别（滤波）、变换等各种处理和分析，它也被认为是医学仪器的核心，因为仪器性能的优劣、精度的高低、功能的多少主要取决于它，可以说医学仪器自动化、智能化的发展完全取决于信息处理系统技术进步的程度；信息记录与显示系统的作用是将处理后的生物信息变为人们可以直接观察的形式。

电子脉搏计制作

R6、R7 1.6kΩ，RP l5kΩ电位器， R9 9.1kΩ， C2、C3 0.1μF
滤波器的用途
滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。
滤波电路可分为低通滤波、高通滤波、带通滤波、带阻滤波。各种滤波器的特性如图所示，图中同时给出了滤波器的理想特性和实
•4)基准时间产生电路：产生短时间的控制信号，以控制测量时间。 •5)控制电路：用以保证在基准时间控制下，使4倍频后的脉冲信号送到计数、显示电路中。 •6)计数、译码、显示电路：用来读出脉搏数，并以十进制数的形式由数码管显示出来。 •7)电源电路：按电路要求提供符合要求的直流电源。
• 用这种方案测量的误差为±4次／min
R3
R R 33 R
3
u－ u－
Rf Rf
uo u uo
o
3)有源滤波电路
采用二阶压控有源低通滤波电路，把脉搏信号中的高频干扰信号滤掉，同时把脉搏信号加以放大，考虑到去掉脉搏信号中的干扰尖脉冲，所以有源滤波电路的截止频率为lkHz左右。为了使脉搏信号放大到整形电路所需的电压值，通常电压放大倍数选用1.6 倍左右。
H
幅频特性：
A
1
1 截止频率： H RC
2 1 ( ) H
幅频特性： A
1
2 1 ( ) H
+
+
+
ui +
R
+
|A| 1 0.707
C uo +
此电路的缺点： 1、带负载能力差。
0
H

截止频率
2、无放大作用。 3、特性不理想，边沿不陡。

电子脉搏计电路设计

电子脉搏计电路设计一、设计任务与要求为提高运用电子技术基本知识进行理论设计、实践创新以及独立工作、团队合作的能力，通过实践制作一个数字频率计，学会合理的利用集成电子器件制作基于数字电路和模拟电路的课程设计与制作。

电子脉搏计是用来测量一个人心脏跳动次数的电子仪器，也是心电图的主要组成部分。

它是用来测量频率较低的小信号。

要求：(1)实现在1min内测量脉搏数；(2)用数码管将测得的脉搏数用数字的形式显示；(3)测量误差小于±4次/min。

二、原理电路设计正常人的脉搏次数是每分钟60～80次（婴儿为90～140次,老年人则为100～150次), 这种频率信号属于低频范畴.因此,脉搏计的用来测量低频信号的装置,它的基本功能要求应该是:（1）.要把人体的脉搏数(振动)转换成电信号,这就需要借助传感器。

（2）.对转换后的电信号要进行放大和整形处理，以保证其它电路能正常加工和处理。

（3）.在很短的时间（若干秒）内，测出经放大后的电信号频率值。

总之，脉搏计的核心是要对低频信号在固定的短时间计数，最后以数字形式显示出来。

可见，脉搏计的主要组成部分是计数器和数字显示器。

1 .设计方案比较脉搏计的上述功能要求，可采用两个不同的方案来实现：1）.把转换为电信号的脉搏信号，在单位时间内（一分钟或半分钟）进行计数，并用数字显示其计数值，从而直接得到每分钟的脉搏数。

2）.测量脉搏跳动固定次数（比如5次，10次）所需的时间，然后转换为没分钟的脉搏数。

这两种方案比较起来，第一种更直观，所需的电路结构更简单些；第二种方案的测量误差比较小，但实现起来电路要复杂些。

为了使脉搏计轻巧而便宜，通常采用第一种方案。

本文进行的设计就基于这一方案。

下图为选用方案的方框图：此电路需达到如下要求：（1）设计一个数字脉搏计，要求用十进制数字显示被测人体脉搏每分钟跳动次数，测量范围30~160次/min 。

（2）短时间内（5~15s ）测出每分钟的脉搏跳动次数，误差为±4次/min 。

脉搏与心电信号采集监测系统Multisim电路设计仿真

脉搏与心电信号采集与监测系统设计1. 设计脉搏或心电信号放大器•增益：60dB ～70dB ～80dB 三档可调•带宽：0.01HZ ～200HZ ，可插入50HZ 陷波器2. 设计测量和显示心率的数字电路（用七段数码管）3. 设计心率越限报警电话（报警范围为分次分次/150f /40f 00>---<），报警方式，喇叭或蜂鸣器鸣叫，屏幕显示。

4. 完成模拟电路和数字电路的仿真和虚拟实验。

5. 完成印刷板设计。

6. 基本框图脉搏与心电信号采集与监测系统一、心电信号采集电路（模拟电路部分）1 、查阅资料可知人体心电信号有如下的特点(1)信号具有近场检测的特点，离开人体表微小的距离，就基本上检测不到信号；(2)心电信号通常比较微弱，至多为mV 量级；(3)属低频信号，且能量主要在几百赫兹以下；(4)干扰特别强。

干扰既来自生物体内，如肌电干扰、呼吸干扰等；也来自生物体外，如工频干扰、信号拾取时因不良接地等引入的其他外来串扰等；(5)干扰信号与心电信号本身频带重叠(如工频干扰等)。

2 心电信号采集放大器电路设计要求 •增益：60dB ～70dB ～80dB 三档可调（即放大倍数为1000~3160~10000） •带宽：0.01HZ ～200HZ ，可插入50HZ 陷波器分析：根据要求，放大倍数为1000~3160~10000，故采用二级放大。

其中前级放大增益三档可调，分别为10、31、100倍。

后级放大器为100倍。

2-1、前级放大器设计a 、放大器AD620构成的电路由于人体心电信号的特点，加上背景噪声较强，采集信号时电极与皮肤间的阻抗大且变化范围也较大，这就对前级(第一级)放大电路提出了较高的要求，即要求前级放大电路应满足以下要求：高输入阻抗；高共模抑制比；低噪声、低漂移、非线性度小；合适的频带和动态范围。

为此，选用Analog公司的仪用放大器AD620作为前级放大(预放)。

AD620的核心是三运放电路(相当于集成了三个OP07运放)，其内部结构如图1所示。

人体脉搏信号采集实验

1000
500 0 1 29 57 85 113 141 169 197 225 253 281 309 337 365 393 421 449 477 505
图 10-脉搏信号波形 8．数据采集和单片机系统系统中采用 Atmel 公司出品的 8 位 AVR 单片机 ATMEGA32 实现对脉搏信号的采集和对系统的控制。该单片机内集成了 10 位多通道逐次比较型 A/D 转换器，可用于脉搏信号的采集。通过检测脉搏的幅值，自动调整电路增益，以达到最佳采集效果。系统工作时，采用定时器 0 每 4ms 产生一次中断，中端服务线程负责读取 A/D 转换器采集数据，从而保证 250Hz 的采样率，保证信号不失真。采样过程中，每采样 500 个点（2s）统计一次峰值与谷值，并判断是否有必要调整增益，之所以定为每 2 秒统计一次，是为了保证在极端情况下（心律
��5 ��5 +��4
1
× 5 = 1.2��
(6)
综合式(4)、(5)和(6)，计算解出 R4、R5，并选取标准阻值：R4=1.3MΩ ；R5=470KΩ 。 7．低通滤波电路人体脉搏信号的得频率集中在 40Hz 以下频段，采集脉搏信号时，应当滤掉 40Hz 以上高频干扰。本系统中，低通滤波电路采用了集成 8 阶巴特沃思开关电容低通滤波器 MAX291 芯片。这样能在减少外围器件的同时获得较好的滤波效果。开关电容滤波器工作时，需要外接时钟信号，设计电路时，滤波器的转折频率由外接的时钟信号决定。对于 MAX291 芯片，其时钟/转折频率比为 100：1。即，如果需要转折频率为 40Hz 的低通滤波器，则需要输入 4KHz 的时钟信号。MAX291 芯片要求输入的时钟信号为 TTL 电平占空比 50%±10%的方波信号，该信号可由单片机的定时器产生。MAX291 芯片引脚定义见图 8。

红外线心率计

-10.7V 0V +12V
印制板布局
电子实习
放大1 放大1 传感器
放大2 放大2
滤波
整形
负电源变换电路
通电调试注意事项及要求电子实习
1.通电前,把桌面清理干净,电路板下不允许有杂物, 1.通电前,把桌面清理干净,电路板下不允许有杂物, 通电前禁止把电路板放在金属元件盒上通电! 禁止把电路板放在金属元件盒上通电! 2.采取分块调试的原则,即每做完一块功能的电路, 2.采取分块调试的原则,即每做完一块功能的电路, 采取分块调试的原则则对其调试,记录测量数据波形(具体方法参考教材) 则对其调试,记录测量数据波形(具体方法参考教材) 3.遇到问题,自己独立分析,培养会思考的能力. 3.遇到问题,自己独立分析,培养会思考的能力. 遇到问题 4.每一块功能电路调试完成后,数据波形让老师检查后, 4.每一块功能电路调试完成后,数据波形让老师检查后, 每一块功能电路调试完成后领取下一块电路的元器件. 领取下一块电路的元器件.
电子实习
2 VDD 3
通电后2脚为12V, 脚输出低电位, 截止,V 不发光. 通电后2脚为12V,3脚输出低电位,V6截止,V5不发光. 12V 低电位按下S 脚输出高电位高电位, 饱和导通,V 按下S1,3脚输出高电位,V6饱和导通,V5亮.V6的C极输出低电 12V电压通过电压通过R 充电.当充到8V 8V时平,12V电压通过R17, R31对C6充电.当充到8V时,输出状态发生偏转, 脚输出低电位, 截止,V 极的输出高电位. 生偏转,3脚输出低电位,V6截止,V6的C极的输出高电位. back 参数由什么决定? TW参数由什么决定? TW=1.1(R17+R31)C6
红外线心率计原理框图红外线心率计原理框图

非接触人体心率检测电路设计

集成电路 IC
器。以下从直流分析、稳定性补偿、闭环增益和噪声消
除4个方面来分析运放电路的可靠性。
２．１．１直流分析
从运放本身的输入偏置电流，输出失调电压来看。
我们这个电路中转换的光电流在pA级别。直流特性需
要满足
IB + VOS R F IS
(1)
需要选择运放的最大输出失调电压尽量小，此处RF
(3)
一般来说，45°~60°的相位裕度是比较合适的。
如果相位裕度比较小则容易不稳定，相位裕度=0°时
就会发生振荡；随着相位裕度的增加，系统有过冲的输
入响应。增益裕度就是相角为-180°时的增益，一般
＜0 dB，也就是图3中的GM。
图３运放波特图运放的开环增益随频率的变化通常在数据手册中有，我们更感兴趣的是运放的闭环增益，闭环下的相位裕量，典型做法是在反馈电阻两端并联一个补偿电容
1 非接触人体心率信号的提取
正常人体的脉搏和心率是一致的，智能穿戴设备采用了接触式的“光电容积脉搏法”来间接的检测心率。非接触人体心跳信号我们也采用了光电方法，将光打在了人体某个部位，通过的光来携带人体脉动的微弱信号。我们将光源与被测对象，使其互相不接触。实验过程中利用激光来照射人体手部，将人手脉搏信号调制在激光信号上，将调制后的激光信号进行光电转换和精密放大后，再从电信号中将这种周期信号解调出来，如图1。
区域。
２．１．３闭环增益
运放的闭环增益大小取决于反馈电阻RF，通过电容 CC的补偿，可以得到稳定的闭环增益。一般来说，光电转换电路中反馈电阻的阻值比较大，为不影响补偿电
容，可以考虑使用耕地寄生电容的电阻，例如表贴型的
电阻。同时可以选择更快的运放，可以增加带宽，避免

单片机测量心率电路原理

IC2、X1、R10、C5等组成单片机电路。单片机对由P3.2输入的脉冲信号进行计算处理后，送到数码管显示。发光二极管VD3作脉搏测量状态显示，脉搏每跳动一次，VD3点亮一次。
三只数码管VT1~VT3、R12-R21等组成数码显示电路。本机采用动态扫描显示方式，使用共阳数码管，P3.3~P3.5口作三只数码管的动态扫描位驱动码输出，通过三极管VT1-VT3驱动数码管。P1.0-P1.6口作数码管段码输出。
定时器TO的中断时间为5ms，每中断一次计时变量n加1，因此计时的基本单位为5ms，例如一个脉搏脉冲周期对应的n值为240，则对应的时间为1.2s，由此可得每分钟脉搏数为50。如果n的值达到2000，即10秒钟仍没有发生外部中断，则表示没有脉搏脉冲信号输入，于是n被清零，测量结果显示也为0。
读数采用三位数码显示。定时器TO每中断一次显示一个位，因此3次中断就可以刷新一次数据，即15ms刷新一次数据。
从P3.2口输入的与脉搏相对应的脉冲信号作为外部中断0的请求中断信号，外部中断采用边沿触发的方式。由于脉冲信号的频率很低，所以不适宜用计数的方法进行测量，故而采用测脉冲周期的方法进行测量，即用脉冲来控制计时信号，通过计时数计算出脉冲周期，再由脉冲周期计算出频率，从P3.2口每输入一次脉冲信号就能显示一次脉搏数。
二、软件设计
程序用C语言编写，由主程序、外部中断服务程序、定时器TO中断服务程序、延时子程序等模块组成。主程序主要完成程序的初始化。外部中断0服务程序由测量、计算、读数等部分组成。定时中断服务程序由计时、动态扫描显示、无测试信号判断等部分组成。程序中用变量n对时间计数，用变量m对脉搏脉冲信号个数计数。
传感器由红外线发射二极管和接收二极管组成，测量原理如下：将手指放在红外线发射二极管和接收二极管之间，血管中血液的流量随着心脏的跳动变化，由于手指放在光的传递路径中，血管中血液饱和度的变化将引起光的传递强度变化，此变化和心跳的节拍相对应，因此红外接收二极管的电流也跟着心跳的节拍改变，使得红外接收二极管输出与心跳节拍相对应的脉冲信号。该脉冲信号经F1~F3、R3~R5。C1、C2等组成的低通放大器放大，F4、R6、R7、C3组成的放大器进一步放大后，送给由F5、F6、RP1、R8等组成的施密特触发器整形后输出，作为单片机的外部中断信号。电路中的可变电阻RP1用来调整施密特触发器的阈值电梗吹髡缏返牧槊舳取?/DIV>

心率智能检测电路设计

课程设计指导教师评定成绩表指导教师评定成绩：指导教师签名：年月日重庆大学本科学生课程设计任务书说明：本表除签名外均可采用计算机打印。

本表不够，可另附页，但应在页脚添加页码。

目录摘要 (4)1.绪论 (1)1.1心率检测的意义 (1)1.2心率检测的传统方法 (2)2.总体方案设计 (3)2.1系统方案概述 (3)2.2系统方案的优势 (3)2.3心率测量的系统框图 (4)3.单元电路的设计与选择 (5)3.1传感器模块 (5)3.1.1传感器的选择 (5)3.2放大模块 (5)3.2.1放大电路的设计过程 (5)3.3低通滤波器 (7)3.3.1低通滤波器的设计过程 (7)3.4带阻滤波器 (8)3.4.1带阻滤波器的设计过程 (8)3.5整形模块 (10)3.6 555定时 (11)3.7计数、译码显示模块 (14)3.7.1 74LS160D同步计数器 (14)3.7.2 74LS48译码显示 (14)3.8数值比较模块 (18)3.8.1比较原理说明 (18)3.9报警模块 (19)4.总体电路设计 (21)4．1总体电路的介绍 (21)4.2总体电路的工作过程 (21)4.3总体电路图 (21)5.心得体会 (23)参考文献 (24)摘要该设计采用压电传感器进行人体心率实时采集，通过放大、滤波、整形，实现对输出微弱的心率信号的处理。

用555定时器产生60s方波，在定时时间内对采集的心率信号进行计数。

采用高集成度、高性能、低功耗、高频高速的集成芯片实现计数译码模块，实现对心率的测量与显示。

方案讨论了放大电路，滤波电路，整形电路，计数、译码、显示，555定时电路，数值比较电路的各项指标及参数选取的合理性，从而实现心率测量仪的高稳定性，强抗干扰力，并可实现心率的显示及实时跟踪，同时对于心率过缓以及心率过低现象实现自动报警，具有极强的实用性。

关键字：心率检测，压电传感器，信号处理，自动报警1.绪论心率是指心脏跳动的频率，心脏每分钟跳动的次数。

脉搏测试仪单元电路图

12345678课程设计要求1.撰写设计说明书（应不少于5000字）1.1设计说明书应包括：一．设计题目（见任务书，要与任务书的设计题目一致）二. 设计指标和要求（见任务书）；三. 整机电路框图和工作原理（还包括选定方案的论证）；四．单元电路的设计计算包括元器件选择,画出单元电路图；用EDA对电路进行计算机仿真，并分析仿真结果；五. 整机电路图按国家有关标准,画出整机电路图（小图，如仿真的话可以打印整机电路图和相关的波形）；六.列出元、器件明细表；七．课程设计的收获和心得体会以及建议；八．参考资料目录1.2 设计说明书要求(1) 用A4纸(2)用黑色中性笔写说明书，不能打印。

(3)说明书左侧留出空档（1.5CM），由于说明书左侧装订。

2. 画整机电路图在A3纸上画出整机电路图（大图，如仿真的话可以打印整机电路图），右下角应画出下表：表宽大约１０ＣＭ，高大约６ＣＭ。

设计题目：班级：姓名：指导教师：3．设计安排星期一到星期四白天答疑。

答疑地点：13号楼30818周星期一8:30，班长领A3, A4纸。

9星期五8：00时，全体学生带说明书封面（自己打印），任务书（自己打印,任务书要填设计总结），说明书（5000字），整机电路图到13号楼3层集合。

注意：不要自己装订，由老师检查后，才可装订。

4．题目分配5个题目平均分配，如有40人，每8个人一题，建议按序号分，如：1-8号一个题，9-16号一个题……同题的不许抄袭，如发现雷同的按不及格处理。

山东理工大学电气与电子工程学院课程设计任务书设计题目：课程名称：专业班级：10学生姓名：学号：指导教师：起止日期：课程设计任务书题目名称(包括主要技术参数及要求) 题目：脉搏测试仪的设计要求：1.设计一个脉搏计，要求实现在15s内测量1min的脉搏数，并且显示其数字；2.用传感器将脉搏的跳动转换为电压信号，传感器输出电压一般为几十毫伏；3.正常人脉搏数为60—80次／min，婴儿为90一100次／min，老人为100—l 50次／min。

心率信号的采集与处理

心率信号的采集与处理技术分类：医疗电子 | 2009-04-081 概述SoC技术是一项很重要的电子应用技术，十分适合将其用于生物工程领域。

为了满足低电压、低功耗的需要，本次系统设计选择SoC 技术用于生物信号处理。

心率是一项重要的生理指标。

它是指单位时间内心脏搏动的次数，是临床常规诊断的生理指标。

为了测量心率信号，有许多技术可以应用，例如：血液测量，心声测量，ECG测量等等。

在混合信号SoC 的设计中，电路可以被分成两部分，模拟电路部分和数字电路部分。

其中模拟电路很容易被数字电路干扰，这是因为数字电路部分本身就是一个高频的噪声源。

作为一个混合信号的SoC，怎样处理模拟模块和数字模块的连接问题是一个挑战。

所以文中对噪声处理技术也进行了讨论。

在这篇文章里，第二部分给出了系统的设计框图，第三部分对心率信号处理中的问题进行了讨论，第四部分设计了一个心率信号处理的滤波器，第五部分是对其功能和指标的准确性进行了测试，第六部分是总结。

2 心率检测的SoC 系统框图用混合信号SoC 设计心率信号的处理系统，就需要低功耗和低电压的供给，所以电源电压为3.3V。

系统框图如图一所示。

图1 系统框图在图一中，传感器采用的是红外光电式传感器，用于把原始的心率信号转变为微电压信号。

信号调理电路包括放大器、滤波器和比较器。

调理电路的输入信号是传感器采集进来的原始心率信号，它的输出信号则是有一定电压幅度的脉冲信号。

C51 处理部分是数字信号中央处理单元，它的输入信号是上面提到的脉冲信号，输出的是心率数据，最后通过CPU 核把信号显示出来。

CPU 核是EZL-8051。

3 心率信号的采集将一对红外线发射与接收探头置于动脉一侧，当指尖的血流量随心脏跳动而改变时，红外线接收探头便接收到随心脏周期性地收缩和舒张的动脉搏动光脉冲信号，从而采集到心脏搏动信号。

图2 是单光束直射取样式光电传感器。

这类槽型光耦由高功率的红外光电二极管和红外光匹配性能强、透镜敏感度高、集电极电流范围大的光敏三极管组成。

心率采集电路

第一种心率作为重要的生命体征,包含着丰富的人体生命信息。

构建一种可穿着的日常心率测试监控系统,能够采集心跳信号,进行日常心率测试、储存、报警、实时监控等功能,这样的心率测试服装可为病人、老人、小孩等老弱人群带来便利。

目前国外此类代表性的服装有意大利Wealthy智慧衣,它使用压阻式纱线所织成的应变式织物传感器以及采用混以金属丝的纱线所制成的织物电极来采集生理信号[1]。

此外,还有获得14项专利的美国VivoMetrics研发的Life Shirt Garment,它利用嵌入式传感器,设计运算法则、软件可分析20多种生理信号[2]。

目前对心率信号的采集主要有心电电极采集、光电传感器采集及压力传感器采集.心电电采集时,需用胶条将电极贴在人体表面,而光电传感器采集时,需将电极接到人体上透明的部分如手指或耳廓两者都不符合本设计的要求故本设计采用压力传感器采集压力传感器一般可置于心脏处、颈动脉处、手腕挠动脉处将传感器置于手腕挠动脉处,用具有弹性的经过处理的护腕将其固定,这样就可以根据不同人的手腕的粗细调节传感器与体表接触的最佳压力.使用压电晶体作为采集心跳信号的换能装置,整个调理电路由电荷放大器、调适放大器、低通滤波器、放大及阈值整形输出级等部分组成,可完成信号的放大、滤波以及电压转换.本设计中所使用的XH-6型有源心音脉搏多用途压电晶体传感器已经内置电荷放大器和调适放大器,则此传感器在受到压力后直接输出电压信号,见图2.正常人的脉搏和心跳是一致的,脉搏的频率受年龄和性别影响,如婴儿120~140次/min,幼儿90~100次/min,成年人70~80次/min,只要60~100次/min都是正常的,当然专业运动员可以为50次/min.因此,人的脉搏波形频率远远小于5 Hz,大约在0·5~2 Hz之间,所以通过一个二阶低通勃通华斯滤波器就可以将10 Hz以上的杂波滤掉,剩下的就是心跳产生的波.同时,使用CD40106施密特反相器可以将不规则的尖峰脉冲整形,整形后的方波脉冲可由单片机直接计数.整形后的波形如图3所示,心跳采集应用电路如图4所示,其中JP1接心跳传感器3个端子,HCC40106的6管脚接单片机的P3.4口.图1。