红外对管心率放大测试模块

取的动脉搏动光脉冲信号的数字匹配滤波的过程是通过输入信号序
列 s(n)与匹配滤波器的冲击响应序列 h(n)求卷积的方法来实现的。
3、当仿真结果达到预期效果的时候，我开始搭建红外对管功能的功
能模块。焊接的过程不仅是考验焊工，更是分析电路出现不同问题的
能力的锻炼。
三、元件参数选择
R1
150Ω
C3
100nF
仿真，调整到合适的参数，使得该模块能正常工作，最后在万用板上
搭建实际电路来实现红外对管心率电路。
1、查找网上现有的原理图是工程师需要基本掌握的一项技能，
找到的电路图不一定能够合适用上，所以只能当作自己的一个参考。
例如下图所示的网上搜索结果。
2、然后经过计算和 Multisim14 的测试仿真。 心率信号数字处理及算法在测量过程中，预处理电路探测到的脉 搏信号容易受到外界干扰，需要对干扰噪声进行处理。 一般可以通过两种途径对噪声处理：一是增加滤波电路;二是从 数字信号处理的角度，通过算法来减少噪声。 如果在外围加入滤波电路会使成本增加，并影响仪器的便携性， 另外由于干扰的不确定性，滤波的效果不会很好。软件滤波尽管会占 用一定的系统资源，但成本低、可靠性高、稳定性好，在处理速度允 许的条件下，具有灵活、方便、功能强的优点。本文主要采用数字滤 波的方法来进行处理，其中最重要的算法是匹配滤波算法。所谓匹配 滤波器就是使滤波器输出信噪比在某一特定时刻达到最大并由此导 出的最佳线性滤波器。匹配滤波原理：设输出信噪比最大的最佳线性 滤波器的传输函数为 H(ω)，滤波器输入信号与噪声的合成波为：式 (1)中，s(t)为输入数字信号，其频谱函数为 S(ω)，n(t)为高斯噪 声。由于该滤波器是线性滤波器，满足线性叠加原理，因此，滤波器 输出也由输出信号和输出噪声两部分组成，即：式(2)中，输出信号 的频谱函数为 S0(ω)，其对应的时域信号为：滤波器输出噪声的平 均功率为：所以，在抽样时刻 t0,线性滤波器输出信号的瞬时功率与 噪声平均功率之比为：从式(3)可见，在输入信号给定的情况下，输 出信号比 r0 只与滤波器传输函数 H(ω)有关。根据施瓦兹不等式： 根据帕塞瓦尔定理有：式(5)中，E 为输入信号的能量，故得关系式： 根据施瓦特不等式中等号成立的条件 X(ω)=kY*(ω)，k 为任意常数，
五、焊接，调试，拍摄成品照片
六、 设计体会 经过这次工艺实训，我也深刻的学习到了很多的知识，学会了
Multisim 的仿真，实际元件参数的配比，功能板子的调试。 焊接完电路板，最最需要耐心的就是调试电路板的功能，想要达
到理想的功能，则不仅需要熟练的焊接技巧，更需要在检测已经出现 了问题的电路时分析各种原因以及解决方法，正确的分析方式有利于
近两管上方，表针继续向右偏转至 1kΩ以内，说明该红外光电断续 器的光电转换效率高。
血液波动检测电路工作原理：TCRT5000 是集红外线发射管、接 收管为一体的器件，工作时把探头贴在手指上，力度要适中。红外线 发射管发出的红外线穿过动脉血管经手指指骨反射回来，反射回来的 信号强度随着血液流动的变化而变化，接收管把反射回来的光信号变 成微弱的电信号，并通过 C1 耦合到放大器。
干扰信号。R9、LED 组成传感器工作指示电路，当传感器接收到心跳
信号时，LED 就会按心跳的强度而改变亮度，因此 LED 正常工作时是
按心跳的频率闪烁。
在 NE5532 运算管放大器第二级输出端 7 引出排针可以用示波器
显示出心率的变化规律。
二、 红外对管模块的实现过程
首先我在网上查找类似电路原理图，然后经过 Multisim2014 的
我们事半功倍完成实际搭建的电路。 当我在检查所出的原因的时候，花了比较多的时间思考分析原因，
比如运放端能否正常输出波形，于是，用到了函数发生器模拟红外对 管所产生的信号。当我发现能正常时，便排除了大部分万用板上焊的 地方的错误，后来发现无法实现的原因出在红外对管其中输出信号段 的限流电阻太大，导致无法输出正常波形。 七、中、英文参考文献资料。
人体指尖的动脉比较发达，当动脉血管随心脏周期性收缩与舒张 时，血管中的血液容积也会发生变化。这时红外接收探头便能采集到 的相应的光脉冲信号，经过去噪和放大后送到单片机，进行运算处理， 便得到了心率数据。采集信号部分的原理图如下图所示。
放大、滤波电路是把传感起检测到的微弱电信号进行放大、滤波， 最后输出反映心跳频率的放大样子，如下图(a)所示。其中 NE5532 为 高 精 度 单 运 放 电 路 ， 它 们 的 引 脚 功 能 下 图 3(b)
(a)
(b) 因为传感器送来的信号幅度只有 2～5 毫伏，要放大到 10V 左右 才能作为计数器的输入脉冲。因此放大倍数设计在 100 倍左右。两级 放大器都接成反相比例放大器的电路，经过两级放大、反相后的波形 是跟输入波形同相、且放大了的波形。放大后的波形是一个交流信号。 其中 A1、A2 的供电方式是正负电源供电，电源为+12V、-10V。
A1、A2 与周围元件组成二级放大电路，放大倍数 Auf 为：
Auf

R4 R3

R8 R6
10 10 100
由于放大后的波形是一个交流信号，而计数器需要的是单方向的
直流脉冲信号。所以经过检波后变成单方向的直流脉冲信号，并把检
波后的信号送到 RC 两阶滤波电路，滤波电路的作用是滤除放大后的
电子工艺实训设计报告
设计题目 红外对管心率显示波形器
专业 14 电气工程及其自动化
班级
1
学号 4140211118
姓名 沈 韬
2016 年 6 月 30 日
衢 州学 院
红外对管心率显示波形器
摘要：红外线心率计就是通过红外线传感器检测出手指中动脉血 管的微弱波动，由计数器计算出每分钟波动的次数。但手指中的毛细 血管的波动是很微弱的，因此需要一个高放大倍数且低噪声的放大器， 这是红外线心率计的设计关键所在。
一、 红外心率模块工作原理 电路由血液检测电路、放大滤波电路电路组成。
血液波动检测电路首先通过红外光电传感器把血液中波动的成 分检测出来，然后通过电容器耦合到放大器的输入端。如图下图所示。
+12V
3k
R1
1k8 TCRT5000
R2 22k
放大整形
C1
Βιβλιοθήκη Baidu电路
+
+
C
E
血液波动检测电路
TCRT5000 红外光电传感器的检测方法： 首先用数字万用表的二极管档位正向压降测试控制端发射管（浅 蓝色）的正、负极，将红黑表笔分别接发射管的两个引脚，正反各测 一次，表头一次显示“1.05（0.9-1.1）”，一次显示溢出值“-1”，则 显示 1.05V 的那次正确，红表笔接的是正极，黑表笔接的是负极。若 两次都显示“1”，说明发射管内部开路，若两次都显示“0”发射管 内不短路。然后再判断接收管的 C、E 极和光电转换效率，方法如下： 将发射管的正负极分别插入数字万用表 hFE 档 NPN 型的 C、E 插孔，再 将模拟万用表打到 R×1kΩ档。红黑表笔分别接接收管的两个引脚， 若表针不动，则红黑表笔对调，若表针向右偏转到 15kΩ左右，则黑 表笔所接管脚为 C，红表笔所接管脚为 E。此时，再用手指或白纸贴
R2
1KΩ
C4
100nF
R3
6.8KΩ C5
100nF
R4
680Ω
C6
10uF
R5
68KΩ
C7
100nF
R6
6.8KΩ C8
10uF
R7
680Ω
LED1
红外发射
二极管
R8
68Ω
X1
红外接受
管
C1
47uF
NE5532P 1 片
C2
22Uf
LED2
普通发光
二极管
Au=10*10=100 倍，理论上根据集成运算放大器可知，采集到的信号 将被放大 100 倍。 四、仿真调试结果
关键字：运算放大器；红外对管；低噪声； 设计要求：当手指放到红外信号采集模块部分时候，经过信号的 采集，放大采集到的电路，使得心率波形能在示波器上显示出来。
方案选择比较: 在测量过程中，预处理电路探测到的脉搏信号 容易受到外界干扰，需要对干扰噪声进行处理。一般通过两种途径对 噪声处理：一是增加滤波电路;二是从数字信号处理的角度，通过算 法来减少噪声。如果在外围加入滤波电路会使成本增加，并影响仪器 的便携性，另外由于干扰的不确定性，滤波的效果不会很好。软件滤 波尽管会占用一定的系统资源，但成本低、可靠性高、稳定性好，在 处理速度允许的条 件下，具有灵活、方便、功能强的优点。
可得不等式中等号成立的条件为：式(7)中，K 为常数，通常可选择
为 k=1.S*(ω)是输入信号频谱 S(ω)的复共轭。该滤波器在给定时刻
t0 能获得最大输出信噪比 2E/n0。这种滤波器的传输函数 H(ω)除相
乘因子 Ke-jωt0 外，与信号频谱的复共轭相一致，所以称该滤波器
为匹配滤波器。易得到匹配滤波器的脉冲响应为：红外线接收探头获