脉搏波提取电路的设计

无锡工艺职业技术学院毕业设计（论文）

题目：脉搏波提取电路的设计

系部：电子信息系

专业：应用电子技术

姓名：于鹏

学号：2009261231

指导教师：李冬

职称：高级实验师

二0一二年五月十日

目录

第一章绪论 (3)

第二章设计方案论证 (4)

2.1设计任务 (4)

2.2系统统计原则 (4)

2.3总体结构框架 (5)

2.3.1脉搏信号的提取 (5)

2.4信号调理电路设计 (5)

2.4.1设计要求 (5)

2.4.2滤波电路设计 (6)

2.4.3电压提升电路设计 (8)

2.4.4信号调理电路的仿真分析 (8)

第三章硬件电路设计 (9)

3.1单片机的选择 (9)

3.1.1数据采集 (10)

3.1.2MAX1240模数转换器简介 (10)

3.1.3串行通讯 (12)

3.2整体单片机电路模块 (15)

3.2.1电源模块设计 (15)

3.2.2+5v电源设计 (16)

3.2.3负电源设计 (16)

第四章软件设计 (17)

4.1初始化程序设计 (17)

4.2中断处理子程序设计 (17)

4.3输入口处理子程序设计 (18)

第五章总结 (19)

参考文献 (20)

附录 (21)

第一章绪论

人体的脉搏波可用特制的脉搏描记器记录下来。从可见每个脉搏波描记

曲线都由升支A和降支K构成。随后心室舒张，心室内压低于主动脉血压，

于是动脉血倒流，导致主动脉瓣关闭，在曲线上形成降支切迹N，也叫降中

峡或重波谷降支的形状与外周阻力的大小有关；如阻力大则降支坡度较缓，

其切迹的位置较高；反之，切迹的位置较低。脉搏波的形状，因循环系统的

情况改变而不同。本设计的的系统的主要功能是希望对所检测到的脉搏信号

进行动脉硬化程度的识别，需要对系统不断进行改进以提高识别的准确率，

从而提高检测的精确度和准确度，为广大病友提供医疗保障，保证他们的生

命健康。

脉搏波检测系统的数字化设计方法: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。

目前的指端脉搏检测系统都是采用模拟技术来完成滤波,放大整型等处理，再经过模数转换和进一步处理。这种方法不仅增加了硬件的复杂程度，增大了功耗和体积，更主要的是增加了系统不可靠和不稳定因素。随着电子测量技术的迅速发展，现代电子测量仪器以极快的速度向数字化、自动化的方向发展。本文针对目前的脉搏波检测系统的问题，提出了脉搏波检测系统的数字化设计思想，采用了MAX1240芯片，它的体积小，功耗低。本课题利用过采样技术，通过对光电转换后的电信号高速采样实现高分辨率模数转换，然后再进行数字滤波处理，从而代替原有模拟电路完成放大滤波等工作，以简化设计，提高系统稳定性。

第二章设计方案论证

2.1设计任务

本设计采用一种采用新型模数转换器MAX1240芯片进行电压数据采集，并由单片机串口将数据发送出去的简单电路，MAX1240由单片机发出的时钟信号与使能信号驱动，将输入的模拟电压值转换为12位的数字值输入到单片机，单片机再将此数据处理为2个字节，低位字节为低8位数据，高字节的低4位为数字电压值的高4位，进行数据处理后再通过串口发送出去。

2.2系统统计原则

基于脉搏信号的动脉硬化分析系统由硬件检测和上位机软件分析两部分组成，在设计和研发过程中要遵循以下原则。

（1）安全原则

脉搏信号检测系统是一款直接与人体接触的医疗仪器，因此应将人身安全作为设计的首要原则。

（2）准确原则

设计系统后期分析诊断的准确性取决于所提取脉搏信号的完整性。脉搏信号的缺点决定了它易受到外界的干扰，因此在系统设计中要采取一切手段保证信号不失真。

（3）可靠原则

医用系统必须保证能够长时间稳定可靠的工作。

（4）易用原则

考虑到此所设计的脉搏信号检测与分析系统的设计主要面向家庭用户，用于动脉硬化的早期检测，因此大多数用户对电子产品和计算机的操作水平有限，因此易学、易用是对系统的基本要求。

（5）便于升级

由于所设计的系统的主要功能是希望对所检测到的脉搏信号进行动脉硬化程度的识别，需要对系统不断进行改进以提高识别的准确率，因此设计需要考虑

对系统功能的不断升级。

2.3总体结构框架

本系统主要由脉搏信号调理模块、A/D采样电路、单片机、电源系统、通信接口电路和脉搏信号和智能处理模块组成，如图2-1所示。其中，脉搏信号调理模块包括信号放大、滤波和电压提升电路；调理后的信号由12位A/D转换器MAX1240采样到AT89S52单片机；电源系统为各功能模块提供所需的直流电压；脉搏信号的智能分析软件是在上位机中运行的。

2.3.1脉搏信号的提取

设计所选取的脉搏传感器是华科电子生产的HK2000B型压电脉搏传感器。HK-2000B型脉搏传感器采用高度集成化工艺将力敏原件（PVDF压电膜）、灵敏度温度补偿原件、感温原件、简单信号调理电路集成在传感器内，其输出信号为模拟信号。HK2000B型传感器其具体出厂技术指标如下：

1）电源电压：DC5~6V

2）压力量程：-50~+300mmHg

3）灵敏度：2000Uv/mmHg

4）灵敏度温度系数：1*10/c

5)精度：0.5%

6)重复性：0.5%

7)迟滞：0.5%

2.4信号调理电路设计

2.4.1设计要求

搏传感器所提取的脉压信号幅值小、频率低、随机性强、易受干扰，选择硬件电路时，必须从增益、频率响应、共模抑制比、噪声和漂移等方面综合考虑。1．增益