数字心率计课程设计 大学学位论文.doc

目 录 摘要……………………………………………………………… 1 方案原理介绍…………………………………………………… 2 2.1 方案设计与论证……………………………………………… 2 总体方案介绍…………………………………………………… 3 单元电路的设计与选择………………………………………… 4 4.1 脉搏检测电路的设计………………………………………… 4 4.2 信号放大电路的设计及参数计算…………………………… 5 4.3 信号滤波电路的设计及参数计算…………………………… 7 4.4 整形电路的设计与参数计算………………………………… 8 4.5 倍频电路………………………………………………………10 4.6 时基电路………………………………………………………11 4.7 逻辑控制电路…………………………………………………12 4.8 计数、锁存和显示电路………………………………………14 4.9 报警电路设计…………………………………………………18 总体电路的绘制…………………………………………………18 5.1 电路总图………………………………………………………18 5.2 元器件清单……………………………………………………19 心得体会…………………………………………………………19 参考文献…………………………………………………………21 数字心率计 1 摘要 对于医院的危重病人，或者在其他一些特殊场合，需对人的心心率进行连续检测，本课题即针对这一需求，设计一台简易的心率检测仪。 课题的思路是用压力传感器检测病人手腕部的脉搏跳动，压力传感器的输出信号经一系列电路处理，形成可用于检测的脉冲信号，再经电路处理，最终由数码管显示其数值，并根据被测对象情况判断其健康状态，以报警信号显示。 关键词：传感器，滤波器，放大器，显示电路，报警电路 2 方案原理介绍 2.1 方案设计与论证 正常人的脉搏次数是每分钟60～90次（婴儿为90～120次,老年人则为100～150次), 这种频率信号属于低频范畴.因此,脉搏测试仪是用来测量低频信号的装置,它的基本功能要求是: 要把人体的脉搏数(振动)转换成电信号,这就需要借助传感器。 对转换后的电信号要进行放大、滤波和整形处理，以保证后续电路能正常对其进行进一步的加工和处理。 脉搏测试仪要能在15秒左右测出脉搏跳动次数，并作出是否报警的判断。 报警的上、下限及对象选择可以通过多路开关调节。 总之，脉搏测试仪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，脉搏测试仪的主要组成部分是计数器和数字显示器。 2.1.1 方案设计 脉搏测试仪的上述功能要求，可采用了三种不同的方案来实现： 方案一：把转换为电信号的脉搏信号，在单位时间N内（如15秒）进行计数，完成后将计数结果通过乘法器乘以系数60/N（如60÷15=4）并用数字显示其计算后的值，从而得到每分钟的脉搏数。 方案二：该种方案和第一种有一点类似，其差别在于该方案采用的是倍频的方式求取脉搏数。在单位时间15秒内进行计数，由于15秒是一分钟的1/4，所以理想情况下60秒内测得的脉搏数是15秒内测得值的4倍。所以可以通过对被测脉搏波进行细分（即4倍频），从而通过计数器在15秒内所得计数结果就是一分钟的脉搏数。 2.1.2 方案验证 这三种方案比较起来，第一种方案比较直观，但精度较低，如果计数时间是15秒最大时误差为±4次，而且电路结构需要乘法器，乘法器芯片难寻，电路结构复杂；第二种方案直观，电路结构简单，且精度较第一种方案高，但由于采用倍频电路其精度已提高到±1次，完全满足设计要求。为了使脉搏测试仪轻巧而便宜，且有较高精度通常采用第二种方案，本文的设计就基于这一方案。 3 总体方案介绍 本设计采用了2.1.1中的第二种方案，选用该种方案的原因是电路容易实现，各部分造价较低，满足精度要求。该方案选用传感器MPX2050GP，该传感是带温度补偿的扩散硅压力传感器，它具有良好的线性和温度稳定，并且灵敏度高，是一种专门用于血压测量的传感器。该传感器接在电桥电路中，当有压力传到传感器时，其电阻发生变化，电桥失去平衡，产生差动电压，由于该电压很弱（为10毫伏左右），需用一放大器对其信号进行放大。由于震动、工频信号和放大器的噪声等的影响，导致其输出电压中有很多干扰信号，为此需采用一滤波器滤除脉搏信号中的干扰，由于脉搏信号为低频信号，所以该滤波器必须为低通滤波器。为了便于计数，需将经过滤波的信号整形为矩形波信号，为此还需设计整形电路。 由于我们需要在十五秒内完成脉搏计数，在这里我们采用了倍频的方式。由于15秒是一分钟的1/4，所以理想情况下60秒内测