开题报告

一、课题来源、国内外研究现状与水平及研究意义、目的。

1．课题来源

电子系统设计技术课内任务，教学需要，为培养动手能力，理论联系实际。

2．国内外研究现状与水平

心率是指人体心脏每分钟搏动的次数．它是反映心脏是否正常工作的一个重要参数。同时心率值也是衡量体力劳动强度和脑力劳动强度的重要指标。脉搏信号可以直接反应出患者心脏的部分状况，我国传统中医学认为，通过脉诊可以了解到患者脏腑气血的盛衰，可以探测到病因，病位，预测疗效等。

随着电子技术的发展，其应用领域不断扩大，特别是数字电子技术的应用已经深入到人类日常生活中，智能化电子产品将成为新的潮流趋势。目前市场上所推出的家庭医疗电子产品大多以测量血压为主，智能脉搏测试仪器尚不多见；目前很多脉搏测量仪都具有检测血氧等其他的功能，但是对这些信号的分析和诊断还需要一些有经验的医生观察，进行分析后才能确认结果，浪费大量的人力，且由人为引入的误差较大。因此，未来脉搏自动检测的内容将更加详细，自动分析诊断功能也更强大。

3．研究意义和目的

临床医学所需要的，因为病人可能不能够及时地到达能够进行血压心电监护的医疗场所，而在抢救的时候心率心律检测是生命的重要指标，所以要研究便携式心率或心电检测仪。

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征。而心率与脉搏在身体正常的时候是相等的，所以设计一种简易的心率测试仪具体很强的实用性，通过测出的心率可以知道人的身体机能的好坏，可以提醒人们应该加强身体锻炼和注意饮食方面的问题。其同时具有功耗低，体积小，操作简单，便于随身携带等特点，适合家庭和社区医疗保健使用，对心血管疾病的早期诊断具有重要的意义。

二、研究内容，拟采取的研究方法、实验过程、预期成果。（附主要参考文献）

1．研究内容

本系统研究的是利用光电传感器将脉博转换为电压信号，通过对信号进行放大、滤波、整形传输到单片机处理，在短时间内，测量出人体一分钟的脉搏数，并将心率进行实时显示，便于携带。达到了方便、快速、准确地测量心率的目的。这样的脉搏测量系统性能良好，结构简单，性价比高，输出显示稳定，比较适应大众化，适合家庭进行自我检查以及医院护士进行每日的临床记录。

2． 拟采取的研究方法

先理清本系统的基本思路、目的，了解基本原理，通过网上查找相关资料，查阅相关书籍，计算相关参数，用Proteus 和Multisim 等仿真软件进行仿真，然后做出不同模块，进行相应的调试，最后构成一个系统。

3． 具体的设计方案(重点)

系统总体框图

（1）传感器的选择

①光电式传感器

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血液中大几十倍，据此特点，采用光电效应手指脉搏传感器来拾取脉搏信号。血管的容积和透光度会随心搏的改变而改变，这样通过光电传感器可得到相应的光电流信号。

采用红外反射传感器RPR220，通过手指的血液浓度会随着心脏的跳动发生变化，红外对管对应的信号便会发生相应的变化，采集此信号经过放大，滤波，比较等处理便可以得到理想的信号。。

采用反射式的红外管。现在市场上的心率计普遍采用这种传感器来采集信号，因为此红外管接收和发射都在手指的同一侧，因此便不用考虑每个人手指情况不同所造成的麻烦。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。

○

2集成传感器 当前,市面上有很多类型的集成心电传感器,其灵敏度高,集成度高,直接就可以反映出心率的变化,且已包含了滤波等抗干扰电路,波形经过放大可以直接处理使用。缺点是价格非常昂贵，一般均在五百元以上，就本次设计来说，考虑到经费以及锻炼自己的目的，不选择使用该型传感器。

综上所述，虽然光电式传感器的价格相对较高，但是为了测量方便和使本系统达到稳定性和准确性，所以选择红外反射传感器RPR220。

（2）信号处理

①前置放大

LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。 AT89C52 单片机 信号采集与处理 复位电路 时钟电路 LED 显示电路 报警电路 独立按键

心率测试仪通过光电传感器获得脉搏信号的电压比较小，在几毫伏左右，且频率较低，所以需要低噪声，低漂移，高输入阻抗的放大器。本系统才用同相放大器，同相放大器具有输入阻抗高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级。

○2信号滤波

由于脉搏信号的频率在1.33HZ左右，正常情况下不会出现高于2HZ的信号，因此需要设计一个低通滤波器，用来滤去高频信号。在这个系统中最大的干扰就是来自市电的50HZ干扰信号，考虑到有些病人在患病时可能会出现较高的脉搏，因此在设计滤波器的截止频率在4HZ左右，这样不但能保证不滤去脉搏信号，而且能很好的将干扰滤去。

方案选择：

1）无源滤波器

采用RC低通滤波器。其特点是电路简单，阻带衰减太慢，选择性较差。

2）二阶低通滤波器

采用二阶有源滤波器，通带内幅频特性曲线比较平坦，而且二阶也可以达到较陡的衰减的特性。由于主要的干扰出现在50HZ左右，所以在截止频率较低时，采用二阶滤波器即可达到很好的滤波效果。

综上所述，由于使用二阶有源滤波器能够很好的实现系统的滤波目的，所以选择使用方案2）。

（3）整形电路

由于单片机只能检测到数字信号，因此，经过信号调理电路后得到的模拟信号必须转换为数字信号。这里有两个方案可以选择。

方案一: 使用三极管进行整形.

方案二：使用集成芯片74LS13

74LS13为具有施密特触发器的两组4输入端与非门（正逻辑），通过74LS13实现对信号的整形，输出单片机可以处理的脉冲信号。

由于三极管的调试较为复杂，且工作性能不如施密特触发器稳定，所以我们选用74LS13作为一个施密特触发器。

（4）显示电路

本系统使用四段数码管作为数据显示器，通过单片机对处理过的信号计数（心率），然后通过数码管动态显示将所测得的心率值显示出来，并同时将其心率值存储到单片机自带的EEPROM中，可以通过按键来提取其值。

（5）报警电路

报警电路是对每次脉冲的到来均响铃，与脉搏同步。这样，就可以通过声光的形式形象地把脉搏的快慢显示出来。此外，当所测得的心率值低于50次/分，或高于160次/分时，报警电路连续响铃。

4．预期成果

预期基本上可以达到规定的要求，能够测试到人的心率并正常用数码管显示出来，但是测得的心率值可能存在一定的误差，系统的稳定性存在欠缺。