红外线心率计设计.doc

江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文） PAGE 第 PAGE \* MERGEFORMAT 1 页 共 NUMPAGES \* MERGEFORMAT 51 页 PAGE 0 序 言 现在的社会，人们越来越关注自己身体健康，然而人体就像一台热机一样需要时常包养和维修。如果把人比作一辆汽车，汽车最重要的部件是发动机，如果一辆汽车的发动机出了问题，可想而知这辆车也就废了，那么和汽车相比人体的哪个部位相当于车得发动机呢？大家一定可以毫无疑问的说是心脏。正常人的心脏每时每刻都是在跳的，从心跳的快慢就能大概反映出心脏是否健康，可见心率的测量对于人的健康是十分重要的。那么本设计就是基于这样一种社会形式下，为了能准确测出人的心率而应运而生的，但是由于资金有限等问题，本设计并不是做的有多么先进，只能完成心率的初步测量，但误差还是可以做到很小的，而且有性能稳定，价格低廉等优点。 本设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[1,2,3,4]，由计数器计算出每分钟波动的次数[9]。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[7,8]，这是红外线心率计的设计关键所在。通过本产品的制作，可以掌握常用模拟、数字集成电路（运算放大器、非门、555定时器、计数器、译码器等）的应用[8,9]。 本设计的制作贴近大众生活，且设计原理通俗易懂，所需的元器件很容易获得，还能培养学生的收集加工各种信息与获取新知识的能力，并能使学生进一步巩固加深所学的基本理论、基本技能和专业知识，使之更加系统化、综合化。 但是本设计最后还是存在一些弊端，比如说对于手指对于传感器的力度，这个问题是本设计的最大的一个问题，希望在以后的设计中能够选用到更加稳定的器件以改善设计的精确度和稳定性，把该这方面的设计做的更加的完美。 设计要求与方案 1.1 设计要求 用红外光电传感器设计心率检测器，具体要求如下： （1）心率计要在30秒钟内显示被测人的心率参数 （2）要求用发光二极管的闪烁反应心跳的频率 （3）传感器要求用手指测量时的力度把握 1.2 设计方案 现在经常可以看到在许多小型医院里，对心率的测定仍采用人工听诊器的方式，为了方便心率的采集，决定用一系列硬件来制作一个简单易用的心率计，能自动测量心跳次数并数字化形象直观的表现出来。为此，其中心率计特色功能的实现主要靠有效稳定的信号采集模式，可以通过查阅资料发现主要的心率采集有两种方法：通过红外光电传感器实现和通过压电陶瓷芯片实现。 方案一：随着心脏的搏动，人体手指中动脉血管的微弱波动也随之改变，用传感器检测这样的微弱信号。这种现象在人体组织较薄的手指尖、耳垂等部位最为明显。因此，本心率计将红外发光二极管产生的红外线照射到人体的上述位置，发射管将信号传送到另一侧的红外光电接收管来检测机人体心率波动并把它转化为电信号。由于此信号的频率与人体每分钟的脉搏次数成正比，故只要把它转换成脉冲并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的。 方案二：检测的基本原理：随着心脏的搏动，人体手腕的脉搏及颈部的搏动较为明显，我们采用压力传感器将手指放在上述位置，把压力传感器测到的信号转换成脉冲并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的。 红外线心率计设计思路 2.1 红外线心率计框图 整机电路由电源变换电路、血液波动检测电路、放大整形滤波电路、3位计数器电路、门控电路、译码驱动显示电路组成，如图2-1所示。 译码、驱动、显示3位计数器放大、整形、滤波 译码、驱动、显示 3位 计数器 放大、整形、滤波 血液波动检测 门控电路+12V电源变换电路-10V 门控电路 +12V电源变换电路 -10V 图2-1 红外线心率计的原理框图 2.2 单元电路的设计 2.2.1 电源变换电路 负电源变换电路的作用是把+12V直流电变成-10V左右的直流电压，-10V 电压与+12V作为运算放大器的电源。负电源变换电路如图2-2所示，其中IC1（CD4069）为六非门集成电路，它的内部结构图如图2-3(a)所示。 CD4049 六反相缓冲器/转换器.,CD4049是六反相缓冲器，具有仅用一电源电压(VCC)进行逻辑电平转换的特征。用作逻辑电平转换时，输入高电平电压(V IH)超过电源电压V CD。该器件主要用作COS/MOS到DTL/TTL的转换器，能直接驱动两个DTL/TTL负载。CD4049可替换CD4009，因为CD4