数显式脉搏计设计—总体设计方案.doc

引言 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，我们可以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。 在医院临床监护和日常中老年保健中，脉搏是一项基本的生命指标，因而脉搏测量是最常见的生命特征的提取。近年来出现的日常监护仪器，如便携式电子血压计，可以完成脉搏的测量。但是这种便携式电子血压计利用微型气泵加压橡胶气囊，每次测量都需要一个加压和减压的过程，存在体积庞大、加减压过程会有不适、脉搏检测的精确度低等缺点。 本论文文讲了一数显示脉搏计的具体设计方法,利用传声器(电容传感器)获取脉搏信号,将调理后的信号输入集成计数芯片进行定时计数,由LED显示输出,从而测得一分钟的脉搏数。此装置具有结构简单，直观、测量结果较精确的优点。 1 总体设计方案 1.1 设计思想 人体脉搏信号类似正弦波信号,选用高灵敏度传感器如传声器将心脏的微小震动感应出来,并经放大处理后得到类似正弦波的模拟信号,再经滤波整流后得到正的矩形方波即数字信号,将数字信号接上集成计数芯片完成二进制计数,将二进制码经译码器处理后得到BCD码,最后将BCD码接上LED共阴极数码管,将结果显示出来。 1.2 设计目的 脉搏作为一项基本的生命指标，测量脉搏是最常见的生命特征的提取。本论文文讲了一数显示脉搏计的具体设计方法,利用传声器(电容传感器)获取脉搏信号,将调理后的信号输入集成计数芯片进行定时计数,由LED显示输出,从而测得一分钟的脉搏数。此装置具有结构简单，直观、测量结果较精确的优点。将BM放在人体脉搏跳动最明显的部位,能够实现对脉搏信号的检测和计数功能。 1.3 原理框图 本设计中，脉搏波动频率测量的实现是通过传声器BM将脉搏跳动的音频信号转换成电信号，该电信号经运算放大器放大整形处理后，作为集成计数器的计数脉冲。此计数脉冲经集成计数电路和七段译码显示驱动集成电路处理后，驱动数码显示器工作，显示器上的数字随着脉搏的跳动而同步变化。延时60s后，按照预先设计的计数规则，集成计数器停止计数，数码显示器上的小数点被点亮，表示测量结束。此时数码显示器上显示的数字即是被测者脉搏每分钟跳动的次数。通过调节RP1的阻值，可使脉搏跳动于显示同步，实时统计出脉搏数。 数显式脉搏计系统硬件原理框图 2 系统硬件设计 2.1 脉搏传感器 提取脉搏信号所用的传感器有三种型式：液体传导式、光电式和接触式传感器。接触式又有多种型式，如应变压力式（或称应变电阻式）、压电式、压磁式等。这三大类型的脉象传感器，其工作原理不尽相同，从一定程度上均可获取脉象的信息，但它们所获得的信号基本上是脉管容积的变化或脉位处力的变化，尚不足以揭示出脉搏内涵的丰富信息。这就象我们可以用手指触摸到人说话时声带的振动，但很难用手的触觉识别出说话人的特征一样，而任何一个普通人的听觉系统的能力都可轻而易举地分辨出说话人的特征（如性别、年龄等）。因此，我们试图以“听”声的方式来提取和分析脉搏信号。基于这种意图，我们选用电容传声器(如美国的Larson*Davis-3723、丹麦的BK-4147等)作为提取脉搏信号的传感器，本论文采用自功率谱（以下简称功率谱）分析脉搏信号，处理方法和过程为：脉搏信号先经过一模拟低通滤波器以消除工频等各种干扰。然后经过A/D采样，把模拟信号x(t)转变为数字信号x(n)，最后计算瞬时频谱 传声器的优势：瞬态响应快、灵敏度高、稳定性好、特别是低频响应好等特点。 2.2 电容式传感器 科学技术的不断发展极大地丰富了压力测量产品的种类，现在，压力传感器的敏感原理不仅有电容式、压阻式、金属应变式、霍尔式、振筒式等等但仍以电容式、压阻式和金属应变式传感器最为多见。 金属应变式压力传感器是一种历史较长的压力传感器，但由于它存在迟滞、蠕变及温度性能差等缺点，其应用场合受到了很大的限制。 压阻式传感器是利用半导体压阻效应制造的一种新型的传感器，它具有制造方便，成本低廉等特点，但由于半导体材料对温度极为敏感，所以其性能受温度影响较大，产品的一致性较差。 电容式传感器是应用最广泛的一种压力传感器，其原理十分简单。一个无限大平行平板电容器的电容值可表示为： C= ε s/d（ε 为平行平板间介质的介电常数，d