人体脉搏波检测电路
数字人体心率检测仪的设计
数字人体心率检测仪的设计1.设计思路本课题研究的是数字人体心率监测仪的设计，我所设计的检测仪，它使用方便，只需将手指端轻轻放在传感器上，即可实时显示出你的每分钟脉搏次数，特别适合体育训练和外出旅游等场合使用。
采用红外光学检测法，摒弃了不便于运动状态下测量脉搏的听诊器和吸附在人体上的电极等老式测量方法。
检测的基本原理是：随着心脏的搏动，人体组织半透明度随之改变：当血液送到人体组织时，组织的半透明度减小：当血液流回心脏，组织则半透明度增大。
这种现象在人体组织较薄的手指尖，耳垂等部位最为明显。
因此，本心率检测仪将红外发光二极管产生的红外线照射到人体的上述部位，并用装在该部位的另一侧或旁边的红外光电管来检测机体组织的透明程度并把它转换成电信号。
由于此信号的频率与人体每分钟的脉搏次数成正比，故只要把它转换成脉冲并进行整形，计数和显示，即可实时的测出脉搏的次数。
心率与脉搏的联系：心率与脉搏在身体正常的时候是相等的。
在房颤等心脏疾病时候可出现不等。
因此心率测量问题可以转化为脉搏的测量，而脉搏的测量有更容易实现的特点，在实际应用中得到更广泛的运用。
本检测仪的有效测量范围为50次—199次/分钟。
2 方案设计2.1 心率采集处理电路心率采集处理电路如图1-1所示。
该部分电路主要由脉搏次数红外检测采集电路模块、信号抗干扰电路模块、信号整形电路模块等三个主要的电路模块组成。
其中，红外线发射管D1和红外线接收管Q1组成了红外检测采集电路：R2与C1、C2与C3、R4与C4和ICA共同工程了信号抗干扰电路组，他们分别承担了对信号的低通滤波、干扰光线的光电隔离、参与高频干扰的滤除等任务。
另外，I CB、C5与R10、ICC则共同组成了信号整形电路模块。
图1光电式脉搏波传感器的原理其原理是利用光电信号来测量脉搏容量的变化。
当血管内容量变化时，组织对光的吸收程度相对发生变化，利用光电传感器可测出这种变化，该变化反映出血液动脉的基本参数情况。
《人体脉搏信号测试系统》设计提案
人体人体脉搏信号脉搏信号脉搏信号测试测试测试系统系统系统设计提案摘 要：人体脉搏信号测试系统由上、下位机构成，下位机通过电容传声器采集脉搏信号，由串口RS2232（USB或无线传输方式）将信号送入上位机；上位机利用虚拟仪器技术对信号进行软件处理、分析和波形显示。
一、第一方案第一方案人体脉搏信号测试系统人体脉搏信号测试系统组成组成组成人体脉搏信号测试系统由上、下位机组成。
下位机(单片机系统) 进行数据采集、信号调理，上位( PC) 机处理、分析数据、显示波形，上、下位机通过串口RS-232 通信(系统框图见图3) 。
（图1）人体脉搏信号测试系统框图1 1 传感器传感器传感器为了克服接触式(光电式、应变计式及压电晶体式等) 传感器获取脉搏信号信息时易受干扰的缺点，建议以非接触式采集低频率、低幅值的脉搏波信号。
选用外套耦合腔的电容传声器B&K-4193型(主要指标为：灵敏度12.5mV/Pa，极化电压200V，频率范围0.01Hz～20kHz，频响特性：声压场15～146dB，具有瞬态响应快、低频响应好等特点)。
2 2 下位机系统下位机系统下位机系统主要由选通滤波、程控放大、A/D 转换、单片机等几部分组成(图4) 。
信号调理(放大与滤波)是下位机的主要功能。
滤波处理包括抑制共模干扰(如工频干扰、人体静电干扰)、消除基线漂移等。
整个系统由(89C51) 单片机控制，经过处理后的信号由串口RS-232 送入上位机。
（图2）下位机系统框图上位机系统3上位机系统上位PC 机通过RS-232串口读入信号，由软件处理后显示脉搏波形。
上位PC 机的界面(软面板) 主要由控制窗口、显示窗口、数据窗口等组成。
软面板代替传统仪器硬开关、按钮控制整个采集过程、实现波形分析、显示、回放等功能。
第二方案二、第二方案该方案由应变式脉搏传感器及其信号放大及滤波电路、AD 转换、接口及脉搏信号数字处理软件构成。
系统的最大特点是能够用LabVIEW虚拟仪器的操作面板及相应的程序, 显示出脉搏的波形。
脉搏测量仪
引言脉搏测试仪是用来测量一个人脉搏跳动次数的电子仪器，也是心电图的主要组成部分，因此，在现代医学上具有重要的作用。
目前检测脉搏的仪器虽然很多，但是能实现精确测量、精确显示且计时功能准确等多种功能的便携式全数字脉搏测量装置很少。
随着人们生活环境和经济条件的改善，以及文化素质的提高，其生活方式，保健需求以及疾病种类、治疗措施等发生了明显的变化。
但在目前，我国的心脑血管疾病仍呈逐年上升趋势。
其发病率和死亡率均居各种疾病之首，是人类死亡的主要原因之一。
因此，认识、预防及早期发现这些疾病是十分必要的。
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。
1 基本结构模块1．1 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。
传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。
所用光电式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。
压电式脉搏波检测系统的研究
压电式脉搏波检测系统的研究杨玉兰【摘要】提出了一种压电脉搏波检测系统的设计方案.该系统可以实时检测人体脉搏信号参数,并可通过串行通信和主机相连,实现信息的存储和传输,为医生诊断病情提供可靠依据.仪器结构简单,操作方便,是监护病人的重要工具.【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(033)004【总页数】4页(P153-156)【关键词】PVDF;传感器;脉搏;单片机【作者】杨玉兰【作者单位】长春理工大学,生命科学技术学院,长春,130022【正文语种】中文【中图分类】K318.04医疗监护技术的发展趋势是要求连续测量各种生理参数，尽可能做到稳定、舒适、安全、无创伤。
本文基于这种发展趋势，设计了一种压电脉搏波检测系统。
本系统以8051单片机为基础，由传感器模块、预处理模块、数字电路模块和单片机系统模块等部分组成。
1 脉搏波检测系统总体设计脉搏波检测系统采用模块化设计，其原理框图如图 1所示，它包含脉搏检测、放大、滤波、整形、控制、显示和报警部分。
其中传感器电路将动脉脉搏波转换为相应的电信号；后续电路将传感器输出的电信号进行滤波、放大；整形部分把此信号转换成数字信号送给8051单片机系统进行处理；并同时进行控制和提供报警功能。
由于提取信号较弱，易受环境温度及其他干扰影响，因此必须进行滤波和放大。
脉搏信号属于低频信号，所以要滤除的主要是高频信号及50Hz工频干扰。
经滤波放大后的脉搏信号是不规则模拟信号，不能直接输入单片机进行处理，所以需要经过整形电路进行转换后送入单片机进行计数。
计数开始后，脉搏频率可以在数码管上显示出来，当脉搏频率高于设定的上限或低于下限时，单片机都会发出报警信息。
从而实现了对脉搏信号的实时监测。
图1 系统结构框图Fig.1 System framework of structure2 脉搏波检测系统的硬件电路设计2.1 脉搏信号的检测原理人体脉搏已成为心脏、动脉血管功能无创检测的重要参考指标。
STM32脉搏心率检测算法的设计与实现
STM32脉搏心率检测算法的设计与实现心率是衡量人体健康状况的重要指标之一，而STM32是一种广泛用于嵌入式系统开发的微控制器，本文将介绍如何使用STM32来设计和实现脉搏心率检测算法。
首先，脉搏心率的检测原理是通过检测心脉搏波的频率来计算心率。
一般来说，心脉搏波是由心脏收缩和舒张引起的动脉血液流动产生的波形。
常见的检测方法是利用红外光传感器来检测心脉搏波的变化。
在STM32上实现心率检测算法的第一步是获取心脉搏波信号。
这可以通过连接红外光传感器或心电图传感器来实现。
传感器将会输出一个电信号，该信号与心脉搏波的变化有关。
在STM32上，可以使用ADC（模数转换器）来将连续的模拟信号转换为数字信号，以便后续的处理。
接下来，需要对获取的心脉搏波信号进行预处理。
预处理的目的是消除噪音，使得后续的心率计算更为准确。
常见的预处理方法包括滤波和去噪。
滤波主要是通过滤波器来去除高频或低频噪音，以保留心脏搏动信号。
去噪可以使用数字信号处理算法来实现，如均值滤波、中值滤波或小波去噪等。
一旦完成预处理，就可以开始计算心率了。
心率计算方法通常是根据心搏波的峰值来计算，也就是找到搏动信号中的峰值点，并计算峰值之间的时间间隔。
这个时间间隔就是心率的倒数，通过取倒数即可得到心率值。
为了准确计算心率，可以采用心搏波的峰值检测算法来找到峰值点。
其中一个简单但有效的方法是设置一个阈值，并找到超过阈值的所有波峰点。
可以通过比较当前采样点与前一采样点的大小来判断是否为波峰，同时还可以判断波峰的宽度，以减少误判。
另外，需要注意的是心率的计算需要根据一定的时间窗口来进行。
由于心率可能会随着时间的变化而变化，我们可以通过使用移动窗口来实时计算心率。
例如，每隔1秒钟计算一次心率值，并且将窗口内的心率计算值平均，以提高计算的准确性。
最后，为了方便实时显示和存储心率数据，可以将STM32与显示屏或存储设备连接起来。
可以通过串口通信或其他通信接口将心率数据传输到显示设备，并实时更新心率数值。
测量脉搏的实验报告结果
测量脉搏的实验报告结果实验四脉搏测量实验四脉搏测量一．实验目的1．学会人体脉搏波的测量方法。
2．观察脉搏波与心电波的区别及相互关系。
3．观察运动对脉搏的影响。
二．实验原理1．传感器：是由无源的精密压力换能器和一个指套组成，通过绑在手指上可测量脉搏。
2．电路原理如图所示，因为该压力传感器是无源的，使用单向输入方式，即压力信号通过R61经U6A输入，U6B输入接地，当压力变化时通过差动放大电路（U7）进行放大，再经过U8后，在AI3端输出一个与压力成正比的线性电压波形。
三．实验步骤1．接线：将传感器通过JP01连接至测量电路，将AI3和GND 连接至labjack的接口AI3和GND处。
2．通过调节电位器RP6来改变差动放大倍数（顺时针大），在U8输出端得到放大信号。
3．最终结果是：在U8的输出端得到一个放大后的信号，该信号特点是：当有脉搏时（压力增大）时，该信号曲线显示增大的信息；当无脉搏时（压力减小）时，该信号曲线幅度也响应减小。
四．实验内容1．测量脉搏波的变化情况，同时计算脉搏频率。
2．与心电测量一起显示计算，观察两个波型的特点及相互关系。
五、实验结果实验中通过将传感器绕着人体手指，开始测量并记录数据，用matlab程序处理过后，得到以下图像：根据图像，可以数出10秒内脉搏跳动次数约为14次，所以可计算得出人体脉搏约为84次/min。
六、实验总结在前面实验的基础上，脉搏的测量实验相对简单。
在连接好电路图后，装上脉搏测量传感器，缠绕手指过后，开始测量。
然后设置好相应的参数，采样率及采样时间，保存好数据并记录。
在实验过程中，示波器上的波形显示不明显，可以通过改变横轴的时间长度，便可以清晰看到波形显示。
回来便是数据处理，程序同呼吸测量实验中对数据的处理，要进行滤波处理，呈现出较为清晰的波形。
篇二：数电实验报告--电子脉搏计题目：电子脉搏计设计一、设计任务与要求设计一个电子脉搏计，要求： 1.实现在15S内测量1min的脉搏数；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。
光电容积脉搏波描记法原理、应用及其电路设计
北京 ： 北京航 空航 天大学出版社 ， １ ９ ９ ８ ．
［ ５ ］曹全新 ． 航 空电子综合仿 真 系统研 究 【 Ｊ 】 ．
测控 技 术 ， ２ ０ ０ ７ ．
员座椅、机械师座椅和万 向机械臂等组成 ，如
图 ２所 示 。
（ ５ ）其他机柜 ：包括 无线 电设备激励柜 、
作者简介
赵 永红，女，现为中航 通飞研究院有限公 司主
ＮＩ ． Ｒ Ｉ Ｇ、航 电设备柜 。 模拟座舱 中的操纵系统和模拟件等通过 Ｉ ／ 非航 电系统 ＭＩ
０计算机与飞行仿真系统进 行铰接 ， 航 电系统 、 ４总结 顶部控制板等真件直接与飞行仿真系统交联 ，
＜ ＜上 接 １ ３ １页
主控台上安装 的试验 软件主要包括 ：Ｉ ＣＤ 开发与管理工具；硬线连接管理软件 ；试验健
实现仿真模型与参试设备的半物理仿真。数据 服务器能够将 Ｉ ／ Ｏ接 口采集 的数据 连同时钟 同
台和条件 。
康监控管理软件 ；自动化测试软件 ；航 电仿真 步信息进行保存 。 参考文献 管理软件；综合配线 ／ 配 电管理软件 ；Ｉ Ｏ资源 （ ２ ）Ｉ ／ ｏ接 口柜：在 试验 台与真 件设 备 ［ １ 】 飞机 设计手 册 ． 第１ ７ 分册 ［ Ｍ ］ ． 北京 ： 航 配置与数据激励软件；试验数据采集监控管理 间搭建桥梁，为仿真模型提供硬件接 口资源 ，
空 工 业 出版 社 ， ２ ０ ０ １ ．
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光电脉搏信号检测电路设计
光电脉搏信号检测电路设计生物医学工程１班－唐维－3004202327摘要：系统采用硅光电池做为光电效应手指脉搏传感器识取脉搏信号。
信号经放大后采用低通放大器克服干扰。
关键词：脉搏测量放大器二阶低通一、前言脉诊在我国已具有2600多年临床实践，是我国传统中医的精髓，但祖国传统医学采用“望、闻、问、切”的手段进行病情诊断，受人为的影响因素较大，测量精度不高。
随着科学技术的发展，脉搏测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法。
利用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在血液中大几十倍的特点, 可通过传感器对脉搏信号进行检测,这种技术具有先进性、实用性和稳定性,同时也是生物医学工程领域的发展方向。
本文将详细介绍一种光传导式的脉搏信号检测电路，并说明所涉及到的问题和方法。
二、系统设计1 系统目标设计及意义设计制作一个光电脉搏测试仪，通过光电式脉搏传感器对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号，并在显示器上显示所测的脉搏跳动波形，要求测量稳定、准确、性能良好。
2 设计思想（1）传感器：利用指套式光电传感器，指套式光电传感器的换能元件用硅光电池,由于心脏的跳动,引起手指尖的微血管的体积发生相应的变化（当心脏收缩时，微血管容积增大；当心脏舒张时,微血管容积减少），当光通过手指尖射到硅光电池时,产生光电效应,两极之间产生电压由于指尖的微血管内的血液随着心脏的跳动发生相应于脉搏的容积变化,因而使光透过指尖射到硅光电池时也发生相应的强度变化, 而非血液组织(皮肤、肌肉、骨格等)的光吸收量是恒定不变的, 这样就把人体的脉搏(非电学量) 转换为相应于脉博的电信号, 方便检测。
（2）按正常人脉搏数为60~80次/min ，老人为100~150次/min ，在运动后最高跳动次数为240次/ min 设计低通放大器。
5Hz 以上是病人与正常人脉搏波体现差异的地方，应注意保留。
（3）测量中考虑到并要消除的干扰有：环境光对脉搏传感器测量的影响、电磁干扰对脉搏传感器的影响、测量过程中运动的噪声还有50Hz 干扰。
心音、脉搏信号采集、调理电路的设计
心音、脉搏信号采集、调理电路的设计心音和脉搏是反映人体生理及病理的两项重要指标，它们分别是诊断人体疾病的重要手段之一，具有非常重要的临床意义。
为此，对该领域的研究背景、研究现状和发展趋势进行了充分调研，认为现有系统一般是单独的心音或者单独的脉搏采集调理电路，但是由于心动是脉动的源，心音与脉搏本身就存在着严密的医学联系，单独的心音或者单独的脉搏采集调理电路，无法对心音和脉搏信号进行关联分析提供大量可靠的数据样本，因此本文详细介绍了用通用器材制作心音、脉搏传感器的方法以及信号调理电路的设计方案。
1 心音、脉搏传感器的制作方法1．1 心音传感器选择及制作心音是人体最重要的声信号之一。
它是在心动周期中，由于心肌收缩和舒张、瓣膜启闭、血流冲击心室壁和大动脉等因素引起的机械振动，该振动通过周围组织传到胸壁成为可听到的声音。
心音信号中含有关于心脏各个部分，如：心房、心室、大血管、心血管及各个瓣膜功能状态的大量病理信息，是临床评估心脏功能状态的最基本方法。
当心血管疾病尚未发展到足以产生临床及病理改变(如ECG变化)以前，心音中出现的杂音和畸变就是重要的诊断信息。
1．1．1 心音传感器的选择心音采集系统首先要解决的是如何将心音信号转化为电信号的问题。
由于心音信号的频谱范围在人耳所能听到声音的低频段，约在20～600 Hz，因此可选用低频响应较好的话筒作为心音传感器。
驻极体式电容话筒低频特性能满足要求而价格低，该设计中选用直径6 mm的驻极体话筒。
1．1．2 心音传感头的制作制作心音传感头时，选用了由江苏鱼跃医疗设备股份有限公司出品的单用听诊器全铜听头部分，在听头耳把上套上约20 cm长的医用橡皮管，对心音进行物理增强，橡皮管的另一头挤压入微型驻极体话筒，话筒的两根导线用屏蔽电缆接到放大电路中。
1．2 脉搏传感器的选择及制作脉搏波是以心脏搏动为动力源，通过血管系的传导而产生的容积变化和振动现象。
当心脏收缩时，有相当数量的血液进入原已充满血液的主动脉内，使得该处的弹性管壁被撑开，此时心脏推动血液所作的功转化为血管的弹性势能；心脏停止收缩时，扩张了的那部分血管也跟着收缩，驱使血液向前流动，结果又使前面血管的管壁跟着扩张，以此类推。
脉搏波的检测
≥50
100
3DU31
≥15
≥10
>2.0
30
3DU32
≥45
≥30
50
3DU33
≥75
≥50
100
3DU51A
≥15
≥10
≤0.2
≥0.3
30
-55~+125
3DU51
≥0.5
3DU52
≥45
≥30
3DU53
≥75
≥50
3DU54
≥45
≥30
≥1.0
3DU011
≥15
≥10
≤0.3
0.05-0.1
目前，脉搏波检测的方式很多，主要有如下几种：按照检测位置分类，可以分为耳脉检测、肱动脉脉搏检测、桡动脉脉搏检测和指端脉搏检测；按照检测方法分类，可以分为压力脉搏波检测和容积脉搏波检测；而按照传感器的不同，压力传感器包括应变式、压电晶体式、压阻式、气压式（袖套）等类型，光电传感器又有透射式和反射式等类型设计制作的传感器。
这里我们采用的是3DU硅光敏三极管，3DU系列硅光敏三极管适用于近红外光探测器、光耦合、编码器、特性识别电路、过程控制电路及激光接收电路等。3DU系列硅光敏三极管的主要特性参数见表3-1。
表3-13DU系列硅光敏三极管主要特性参数
型号
反向击穿电压Vce（v）
最高工作电压Vrm（v）
暗电流Io(uA)
图1-1是一个典型的脉搏波信号，从中我们可知脉搏信号具有如下特点：
图1-1 一个典型的脉搏波信号
（1）强干扰下的微弱信号
脉搏信号幅度很小，大约是uv到mv的数量级范围。因此，极容易引入干扰，这些干扰有些来自50hz的工频干扰,有来自肌体抖动、精神紧张带来的假信号等。
光电式指脉搏波心率检测仪实验报告
光电式指脉搏波心率检测仪实验报告一．实验目的①掌握光电法脉搏信号检测、心律检测显示原理，电路设计、制作、调试方法；②初步掌握电子电路读图、分析方法；③初步掌握电子电路设计、计算方法；④掌握电子电路连接、焊接、制作、调试技术；⑤掌握常用电子元器件的辨识、参数、使用注意事项；⑥初步了解电路的实验板电路制作和PCB板设计制作；⑦掌握电路制作常用工具及其使用。
二．实验器材电路板，各种电子元器件，电焊笔，焊锡丝，焊铁架，尖嘴钳，剥线钳，铜丝，镊子，十字螺丝刀，一字螺丝刀等三．实验原理人体手指末端微血管随动脉搏动发生容积变化，若用一束光透过指端的血管其输出光强也将随之变化；利用光敏元件可将光信号转换成电信号输出,即可获得指端容积脉搏波信号。
光电传感器根据其接收光的方向又分为反射式和透射式，透射式的光源与光敏接收器件的距离相等并且对称布置，从光源发出的光穿过皮肤进入深层组织，除被皮肤、色素、指甲、血液等吸收外，一部分被血液漫反射，其余则透射出来，这种方法可较好地指示心律的时间关系，并可用于脉搏测量，但不利于精确度量容积；反射式的测量原理与透射式的基本相同，所不同的是探测头中的发射光源和光敏器件位于同一侧，接收的是漫反射回来的光，此信号可精确地测得血管内容积变化。
四．实验电路图1.信号检测电路包括光电转换电路、滤波放大电路、以及滞回比较器电路。
如图1。
图1 信号检测电路1.1光电转换电路光电转换电路由光电传感器、1R 、2R 、4R 组成，1R 的作用是限流，提供光电转换器中发光二极管稳定的正向电流，使发光二极管发出稳定的光，光电三极管受到发光二极管的光照后，产生光电流，2R 的作用是分压，4R 的作用是将光电转化后的电流变化转化为电压的变化，便于进行进一步处理。
1.2前级放大由R 3、R 5、R 6以及N 1构成同相比例运算放大电路，此时测量N 1的输入电压及4R 的端电压约为0.1V （该电压因传感器的灵敏度不同稍有变化）。
脉搏测试仪报告
脉搏测试仪工作原理本设计采用单片机AT89C51为控制核心，实现脉搏测量仪的基本测量功能。
脉搏测量仪硬件框图如下图2.1 所示：图 2.1 脉搏测量仪的工作原理当手指放在红外线发射二极管和接收三极管中间，随着心脏的跳动，血管中血液的流量将发生变换。
由于手指放在光的传递路径中，血管中血液饱和程度的变化将引起光的强度发生变化，因此和心跳的节拍相对应，红外接收三极管的电流也跟着改变，这就导致红外接收三极管输出脉冲信号。
该信号经放大、滤波、整形后输出，输出的脉冲信号作为单片机的外部中断信号。
单片机电路对输入的脉冲信号进行计算处理后把结果送到液晶显示。
光电传感器的原理根据朗伯一比尔(Lamber —Beer)定律，物质在一定波长处的吸光度和他的浓度成正比。
当恒定波长的光照射到人体组织上时，通过人体组织吸收、反射衰减外部中断信号光电传感器 低通放大器 比较器和振荡器单片机 AT89C51数码显示电路 外部晶振后，测量到的光强将在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征[7]。
脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生的，在人体指尖组织中的动脉成分含量高，而且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄，透过手指后检测到的光强相对较大，因此光电式脉搏传感器的测量部位通常在人体指尖。
手指组织可以分成皮肤、肌肉、骨骼等非血液组织和血液组织，其中非血液组织的光吸收量是恒定的，而在血液中，静脉血的搏动相对于动脉血是十分微弱的，可以忽略。
因此可以认为光透过手指后的变化仅由动脉血的充盈而引起的，那么在恒定波长的光源照射下，通过检测透过手指的光强将可以间接测量到人体的脉搏信号[7]。
光电传感器的结构传感器由红外发光二级管和红外接收三极管组成。
采用GaAs红外发光二极管作为光源时，可基本抑制由呼吸运动造成的脉搏波曲线的漂移。
红外接收三极管在红外光的照射下能产生电能，它的特性是将光信号转换为电信号。
在本设计中，红外接收三极管和红外发射二极管相对摆放以获得最佳的指向特性。
电子脉搏计数器设计
电子脉搏计数器设计内容摘要本设计旨在糸综合模拟、数字电路知识，解决电子信息方面常见实际问题的能力，掌握一般电子电路设计方法与设计步骤。
全面的、系统的、精辟的讲解了电子脉搏计的原理电路设计、硬件选择和使用，应用到了模拟电子和数字电子的许多知识，内容丰富，图解叙述，版式新颖，通俗易懂，由浅到深。
为以后能够走向更复杂更实用的电子应用领域做好一定基础铺垫并其实用性强，设计中的各个集成电路的应用更加使设计趋于完整性。
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。
正常人的脉搏次数是每分钟60～80次。
这种频率信号属于低频范畴.因此,脉搏计是用来测量频率较低的小信号(传感器输出电压一般为几个毫伏)的装置。
本设计主要由传感器、计数器、译码器和时基信号发生器等部分组成的数字脉搏测试电路。
能测量人在一分钟内的脉搏跳动次数，并以十进制数字显示，测量的脉搏数范围00—99次/分钟，适用于各个年龄及性别的人，能判断心率不齐等。
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。
关键字：脉搏；低通数字脉搏测试；时基信号发生器；计数器；译码器毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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(完整版)基于单片机的脉搏测量仪的设计
意义：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。
而该系统以AT89C51单片机为核心，以红外发光二极管和光敏三极管为传感器，并利用单片机系统内部定时器来计算时间，由光敏三极管感应产生脉冲，单片机通过对脉冲累加得到脉搏跳动次数，时间由定时器定时而得。
系统运行中能显示脉搏次数和时间，系统停止运行时，能够显示总的脉搏次数和时间。
目的：实现脉搏波的实时存储并可实现与上位机( PC 机) 的实时通讯,作为多参数病人中心监护系统的一个模块完成心率检测和脉搏波形显示。
2.1 光电脉搏测量仪的结构光电脉搏测量仪是利用光电传感器作为变换原件，把采集到的用于检测脉搏跳动的红外光转换成电信号，用电子仪表进行测量和显示的装置。
本系统的组成包括光电传感器、信号处理、单片机电路、数码显示、电源等部分。
1．光电传感器即将非电量(红外光)转换成电量的转换元件，它由红外发射二极管和接收三极管组成，它可以将接收到的红外光按一定的函数关系(通常是线性关系)转换成便于测量的物理量(如电压、电流或频率等)输出。
2．信号处理即处理光电传感器采集到的低频信号的模拟电路(包括放大、滤波、整形等)。
3. 单片机电路即利用单片机自身的定时中断计数功能对输入的脉冲电平进行运算得出心率（包括AT89C51、外部晶振、外部中断等）。
4．数码显示即把单片机计算得出的结果用8位LED数码管静态扫描来显示，便于直接准确无误的读出数据。
5. 电源即向光电传感器、信号处理、单片机提供的电源，可以是5V-9V的交流或直流的稳压电源。
2.2 工作原理本设计采用单片机AT89C51为控制核心，实现脉搏测量仪的基本测量功能。
脉搏测量仪硬件框图如下图1.1所示：图 1.1 脉搏测量仪的工作原理当手指放在红外线发射二极管和接收三极管中间，随着心脏的跳动，血管中血液的流量将发生变换。
频分双波长脉搏波检测电路-设计报告
频分双波长光电脉搏检测电路设计报告
1.设计背景
人体脉搏信号中包含丰富的生理信息，对临床诊断具有重大的意义。
以前脉搏波的测量是靠把脉，只能粗略估计血压和计算心率，又慢又不方便。
而光电法是一种简便有效的无创测量方法，但检测的信号常会受到背景光的干扰，对后级信号处理带来较大的不便。
本文利用光电效应设计了一个人体脉搏检测电路，能基本去除外界噪音影响，并在示波器上呈现出放大后的人体脉搏波。
对临床诊断有一定的帮助。
2.总体方案设计
用ICL8038集成函数发生器产生正弦波。
将正弦波输入血氧探头。
将血氧探头夹在人的手指上，探头会将发射到人手指上的红光和红外光用光电传感器接收并转化为2个电信号，即脉搏波，并且2个信号会调制到2个正弦信号的幅值上，最后从探头内输出。
输出的信号会分别经过带通滤波器，过滤信号外的噪声。
之后，信号分别经过前置放大电路，然后经过整流后进入各自的包络解调电路，将脉搏波从载波中解调出来。
最后将解调出的信号进行二次滤波后，分别输入两个级联的运放，进行信号放大。
最后输出到示波器。
3.方案中的各个单元电路设计
3.1脉搏波信号的检测、接收和调制，通过血氧探头完成，输入探头的2个正弦信号由函数发生
器产生
3.2探头输出的信号为调幅信，通过带通滤波器滤出，输出为滤波后的调制的信号
3.3使用一个仪用放大器将信号放大
3.4使用全波精密整流电路对放大后信号整流
3.5使用包络解调，得到脉搏波信号
3.6将脉搏波信号再次滤波
3.7将从滤波器输出的信号输入运放，级联放大，得到放大后的脉搏波信号。
课程设计 光电脉搏检测电路设计报告
光电脉搏检测电路设计报告脉搏波的概述1.脉搏波的定义脉搏波是以心脏搏动为动力源, 通过血管系的传导而产生的容积变化和振动现象。
当心脏收缩时, 有相当数量的血液进入原已充满血液的主动脉内, 使得该处的弹性管壁被撑开,此时心脏推动血液所作的功转化为血管的弹性势能; 心脏停止收缩时, 扩张了的那部分血管也跟着收缩, 驱使血液向前流动, 结果又使前面血管的管壁跟着扩张, 如此类推。
这种过程和波动在弹性介质中的传播有些类似, 因此称为脉搏波(pulse wave) 。
2.脉搏信息血液在人体内循环流动过程中, 经历过心脏的舒张、内脏流量的涨落、血管各端点的阻滞、血管内波的折一反射以及血管壁的黏弹等过程。
脉搏波不仅受到心脏状况的影响, 同时要受到内环境调控功能器官(脏器) 状态所需血液参数以及系统状态参数等的影响。
所以脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息, 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。
3.脉搏测量的意义脉搏是临床检查和生理研究中常见的生理现象, 包含了反映心脏和血管状态的重要生理信息。
人体内各器官的健康状态、病变等信息将以某种方式显现在脉搏中即在脉象中。
人体脉象中富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息。
通过对脉搏波检测得到的脉波图含有出许多有诊断价值的信息, 可以用来预测人体某些器脏结构和功能的变换趋势, 如:血管几何形态和力学性质的变异会引起脉搏波波形和波速等性质的改变, 而脉搏的病理生理性改变常引发各种心血管事件, 脉搏生理性能的改变可以先于疾病临床症状出现, 通过对脉搏的检测可以对如高血压和糖尿病等引起的血管病变进行评估。
同时脉搏测量还为血压测量, 血流测量及其他某些生理检测技术提供了一种生理参考信号。
设计目的与意义❖目的应用光电式传感器、放大滤波电路组成的脉搏测量电路通过示波器显示人体指端动脉脉搏信息❖意义通过观测到的脉搏的次数、跳动的波形为临床提供部分诊断价值的信息, 为人体某些器脏结构和功能的变换趋势提供生理参考信号系统设计1.测量信号的特征❖人体信息本身具有不稳定性、非线性和概率特性。
课程设计-脉搏计
电子技术基础课程设计报告题目名称：人体脉搏计姓名：学号：班级：指导教师：目录摘要 (2)1设计题目及要求 (3)1.1设计题目 (3)1.2设计目的 (3)1.3设计内容及要求 (3)1.4 脉搏计设计原理及其原理框图 (3)2 设计方案 (4)2.1方案背景 (4)2.1方案提出 (4)3 电路设计分析 (4)3.1信号发生与采集 (4)3.2放大整形电路 (5)3.2.1放大电路 (5)3.2.2有源滤波电路 (6)3.2.3整形电路 (7)3.3倍频电路 (8)3.4基准时间产生电路 (10)3.4.1秒脉冲 (10)3.4.2 15分频的2分频器 (11)3.5计数译码显示电路 (12)3.5.1计数电路 (12)3.5.2显示译码电路 (13)3.6控制电路 (15)3.7实验设计总电路 (16)4所用元件及实验心得 (16)4.1元件列表 (16)4.2实验心得 (17)5参考文献 (17)附录 (18)摘要随着医学的发展和日常生活中，人们保健意识的提高，脉搏成了一项重要的生命指标，所以，脉搏的测量便成了越来越常见的一项体检项目之一。
综合考虑到各个年龄段的脉搏特征（包括强度、速率和节律等），本次课程设计就针对这么一个切合实际的问题而进行的。
首先进行仿真，外加一个脉搏信号，利用传感器接受脉搏信号并转换为电脉冲信号，然后将电脉冲信号进行放大，紧接着增大频率（即进行倍频处理），最后进行滤波处理，从而得到效果比较良好的电脉冲信号；与此同时，设计出能产生短时间的控制信号，以控制测量时间（本次设计时用到了施密特触发器）；另外还要设计出控制电路，用以保证在基准时间控制下，使倍频后的脉冲信号送到设计的计数、显示电路中。
最后将整个电路图合并，便得到了我们期望的仿真电路图，并反复进行调试便可完成仿真。
最后我们将仿真电路图拿出来做实物，并将做好的实物进行反复的调试，直到调出正确结果，那么我们的课程设计便是成功地完成了。
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人体脉搏波检测电路设计报告精82 蔡暻煊20080105352010/9/13目录一、综述 (4)1.课题背景 (4)2.实验任务 (5)3.实验预期目标 (5)二、总体方案设计 (5)三、电路设计 (6)1.时钟信号产生 (6)2.倍频电路 (7)3.计数信号产生 (8)4.计数电路 (8)5.显示电路 (9)6.清零信号的产生 (10)四、电路整体工作原理 (12)1.整体电路图 (12)2.工作流程简述 (13)五、实验数据分析 (13)六、总结与改进方案 (14)1.实习过程中的难点 (14)2.仍然存在的问题 (14)3.实习收获与感想 (15)4.改进方案 (15)1)使用数字器件 (15)2)使用单片机 (16)七、附录 (16)1.器件汇总（数字电路部分） (16)2.芯片管脚图汇总（数字电路部分） (17)3.实际电路照片 (19)八、参考文献 (23)一、综述1.课题背景1) 光电容积法测量脉搏的发展背景人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张, 使血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播, 这种波称为脉搏波。
脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息, 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。
传统的脉搏测量采用脉诊方式, 中医脉象诊断技术就是脉搏测量在中医上卓有成效的应用, 但是受人为的影响因素较大, 测量精度不高。
无创测量(Noninvasive Measurements) 又称非侵入式测量或间接测量, 其重要特征是测量的探测部分不侵入机体, 不造成机体创伤, 通常在体外, 尤其是在体表间接测量人体的生理和生化参数。
生物医学传感器是获取生物信息并将其转换成易于测量和处理信号的一个关键器件。
光电式脉搏传感器是根据光电容积法制成的脉搏传感器, 通过对手指末端透光度的监测, 间接检测出脉搏信号。
光电式脉搏传感器具有结构简单、无损伤、可重复性好等优点。
2) 脉搏波检测传感器原理根据朗伯比尔(Lamber Beer) 定律, 物质在一定波长处的吸光度和他的浓度成正比。
当恒定波长的光照射到人体组织上时, 通过人体组织吸收、反射衰减后测量到的光强将在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征。
脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生的, 在人体指尖, 组织中的动脉成分含量高, 而且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄, 透过手指后检测到的光强相对较大,因此光电式脉搏传感器的测量部位通常在人体指尖。
下图为手指的血液流动情况与光吸收量的关系：手指组织可以分成皮肤、肌肉、骨骼等非血液组织和血液组织, 其中非血液组织的光吸收量是恒定的, 而在血液中, 静脉血的搏动相对于动脉血是十分微弱的, 可以忽略, 因此可以认为光透过手指后的变化仅由动脉血的充盈而引起的,那么在恒定波长的光源的照射下, 通过检测透过手指的光强将可以间接测量到人体的脉搏信号。
3) 脉搏波检测传感器结构从光源发出的光除被手指组织吸收以外, 一部分由血液漫反射返回。
其余部分透射出来。
光电式脉搏传感器按照光的接收方式可分为透射式和反射式两种，其中透射式的发射光源与光敏接收器件的距离相等并且对称布置,接收的是透射光, 这种方法可较好地反映出心律的时间关系, 但不能精确测量出血液容积量的变化; 反射式的发射光源和光敏器件位于同一侧, 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。
反射式光电传感器和透射式光电传感器2.实验任务主要任务设计完成发光电路，接收信号放大电路，滤波整形电路，计数显示电路。
用两位数码管显示脉搏频率。
技术指标频率范围：0.1-10Hz精度：3%3.实验预期目标根据实验任务书上的总体要求，在理解传感器原理、结构和应用实例后，我们在实验前期基本确定了电路设计的具体功能目标：●以30秒为一个计数周期，自动连续计数并在每个周期末显示最终脉搏数●可清除显示二、总体方案设计根据电路的功能要求，我们总体上设计了以下几个模块：三、 电路设计模拟电路部分在此略去。
1. 时钟信号产生为了使读数能得以保存，数字部分的译码器需要一个控制信号。
测量时间为30s ，故控制信号为一高电平时间为30s 的方波。
从方波的稳定性上考虑，我们选用555定时器产生多谐信号。
方波的周期为：12(2)ln 2T R R C =+， 其中，高电平的时间为：112()ln 2T R R C =+， 低电平的时间为：22ln 2T R C =，为使高电平的时间为30s ，而低电平的时间尽可能短，经过反复调试，我们最后选用110R k =Ω，2220R =Ω，47C F µ=。
电阻和电容的选取和理论值有差异，主要是方波的周期太长，可能公式已经不再适用。
555产生的波形如下：2.倍频电路由于在设计中要求在30秒内完成脉搏每分钟跳动次数计数功能，而在整形电路中，整形后的信号与原信号的频率是相同的，如果要测其每分钟脉冲数，则至少应测量一分钟才可以实现，为了缩短测量时间，必须将整形后的信号的频率加倍，这样就可以满足在短时间内完成测量任务的要求。
显然，若将原信号频率变为原来的N倍，则测量时间就可以缩短为原来的1/N。
因此，若要在30秒内完成测量，则需要采用2倍频，同时考虑到倍频电路可能引入的随机误差，应采用平均滤波，以及简化电路连线的原因，最终选定20倍频电路。
使用BCD计数器CD4518对CD4046输出信号进行20分频，送入比较端，组成闭环系统，最终使CD4046输出信号为输入脉搏信号的20倍频。
倍频电路的电路图如下：3.计数信号产生脉搏信号经整形倍频后，输入一个与门进行与运算，以实现对信号计数的控制。
经过施密特触发器整形之后的信号送入4046进行20倍频，再与555产生的时钟信号相与，得到最终的输出信号，并送入4518进行计数。
4518在时钟信号的高电平时间内计数，4511锁存，在低电平时间内，4511接通显示，在下一个上升沿很短时间内（约1ms），4518清零。
4.计数电路经与非运算的脉搏信号进入到计数器4518的CLK端中进行计数。
计数器的两个清零信号R1、R2，都与4098产生的清零信号（高电平有效）相连，每30秒清零一次，开始重新计数。
4518 的连接方式如图：5.显示电路为实现锁存示数的目的，显示电路选用4511 驱动译码管。
计数器输出的结果是1分钟脉搏数的十倍。
由于CD4046倍频的特性可知，倍频后的脉搏信号有随机干扰。
对倍频后的信号计数进行10倍平均滤波，即可降低误差。
只需在数码管显示计数值的百位和十位，即达到了10倍平均滤波的效果。
测量过程需实现隐藏示数变化并在周期末显示计数结果，EL 需要在周期末一段时间接入低电平更新示数，在计数的30秒周期中接入高电平锁定上一周期示数。
只需给EL 接入555 产生的时钟信号即可。
这时，数码管在30 秒钟期内保持上一周期的频率示数不变，在每个周期末刷新一次，这样就可以长期监测患者的脉搏频率。
6.清零信号的产生在不显示计数过程，只在计数周期末更新结果的情况下，如果没有单稳态触发器4098，只是把时钟取反接入计数器清零端，那么数码管将会一直显示“00”，因为计数器的清零和译码器刷新发生在同一时间，计数结果来不及显示就被清零了。
为了解决这一问题，我们利用单稳态触发器，在时钟信号的上升沿出发一个高电平，在译码器刷新后给计数器清零。
电路图如下：工作原理如下：四、电路整体工作原理1.整体电路图2.工作流程简述传感器接收到脉搏信号之后，经隔直、放大、滤波、整形、倍频后，进入与门与时钟信号相与，输入到计数器中进行计数。
计数器每30 秒清零一次，计数结果在数码管上自动每30秒刷新一次。
五、实验数据分析从上表的数据可以得到以下几点结论：我们搭的电路可以测出脉搏，符合误差为3%±3个字的要求（王家蕊同学测量的第一个数据有误）。
电路基本完成了要求。
大部分测量者在测量时，脉搏会逐渐降低。
但这种变化时极为缓慢的，一般在3次/min 之内。
测量时间为30s/次，比较长。
但示数相对稳定。
电路设计得不足之处在于没有能够克服测量时间和示数稳定之间的矛盾，牺牲了测量时间来换取读数的稳定，这一点还需要加以改进。
六、总结与改进方案这次不到两周的电路系统设计与实践，从开始对所选项目一无所知到最后的了如指掌，期间经历了很多。
1.实习过程中的难点我们认为，数字电路部分最大的难点在锁相环上。
最初我们使用锁相环进行10倍频，测量6秒脉搏信号，这样虽然测量周期短，但是由于锁相环引起的随机误差，造成了最终读数的剧烈变化。
如果不适用锁相环，则测量时间将长达60秒，失去了脉搏计的意义。
最终，我们根据测试与检测技术基础课程上学到的知识，对脉搏信号采用20倍频并对计数器值进行10倍平均滤波，在30秒内即可获得准确的脉搏值。
2.仍然存在的问题最初我们设计为6秒测量一次，虽然测量相对较快，但是示数波动高达10次/min，我们最后采用了锁相环20倍频，但与最初的设计目的相比，测量时间30秒仍然显得稍长了一些。
3.实习收获与感想回顾这一次的电路设计与实践，虽然过程中遇到了不少困难，但是在实习结束之后，确实感到自己的自主学习、实践与合作能力得到了很大的提高。
从最初的管脚图到最终的成品，都是我们亲自一点一滴的搭建起来的，经过无数次的失败——尝试，终于理解到了一件产品设计的不易。
通过实习的这几天，我全面系统的重新把握了电工电子的脉络和很多的实用知识，感觉收获颇丰。
最后，感谢学校及实验室给我们这样一个机会，可以将我们所学知识应用到实践，提高我们的实验水平。
也要感谢各位老师在实习期间给予我们的帮助。
还要特别感谢和我同组的刘倚瑞同学在模拟电路部分搭建和调试的巨大贡献。
4.改进方案虽然最终实现了测量脉搏的初衷，但是测量时间仍然过长(~30s)，因此，综合考虑之后，我们提出了以下两个改进方案：1)使用数字器件经过施密特整形的脉搏信号经过三态门连接到4片十进制BCD码计数器4518的CLK端，同时，清零信号也通过三态门连接到4片4518的清零端（图上未画出）。
555产生高电平时间约为15s的时钟信号。
4518对555时钟产生的脉冲进行计数，经3-8译码器选通三态门启动计数。
4片计数器的值通过全加器送入4511供输出。
这样，便达到了同时提高测量速度与测量精度的目的。
2)使用单片机通过单片机编程，利外部中断、定时器中断和堆栈可以达到以上数字电路的全部功能，简化电路连线。
同时，通过单片机EEPROM和UART，还可以做到储存，控制的功能。
七、附录2.芯片管脚图汇总（数字电路部分）3.实际电路照片555时钟信号发生电路倍频电路计数电路4081与门4098单稳态触发器4511七段译码器全电路图八、参考文献1. 王鸿明段玉生王艳丹. 《电工与电子技术（第二版）（下册）》. 高等教育出版社. 2009年12月第2版。