心率测试仪设计方案srtp结题论文(编辑修改稿)

心率测试仪设计方案srtp结题论文(编辑修改稿)内容摘要：

OUT）、 11 脚（ T1IN）、 14 脚（ T1OUT）为第一数据通道。 8 脚（ R2IN）、 9 脚（ R2OUT）、 10 脚（ T2IN）、 7 脚（ T2OUT）为第二数据通道。 TTL/CMOS 数据从 T1IN、 T2IN 输入转换成 RS232 数据从 T1OUT、 T2OUT 送到电脑 DB9 插头； DB9 插头的 RS232 数据从 R1IN、 R2IN 输入转换成 TTL/CMOS 数据后从 R1OUT、 R2OUT 输出。 （ 3） 供电： 15 脚 GND、 16 脚 VCC（ +5v）。 MAX232 具体电路连接如图 28： 心率测试仪设计方案 十一 图 28 串口通信电路 第三 章 电路设计方案 传感器模块方案选择 本 设计中的关键之处在于信号的采集，信号采集可以分为压电式信号采集或光电式信号采集，由于光电信号采集相对误差较大，可控制度低且成本比较高。 于是本设计采用压电式传感器采取信号。 考虑到的压电式传感器有压电薄膜传感器、压电陶瓷片、 HK2020 系列的脉搏传感器、 MB4 型脉搏波传感器和 SC0073微型脉搏传感器。 由本文 节介绍的 SC0073 微型动态脉搏微压传感器具有比较高的灵敏度，非线性比较好，频率响应范围很广，但如果人体脉搏每分钟心跳少于 60 下，则有可能检测不到脉搏信号，扩充工作电压可以与单片机的工作电压匹配，节省了另外的独立的工作电源。 外形尺寸小巧轻便，价格在 70 元左右。 总体来说，除了测量脉搏范围有一点儿不足外。 其他各方面的性能都值得考虑。 [5] HK2020A 集成化脉搏传感器性能指标如下： 电源电压： 312VDC 压力量程： 50+300mmHg 过载： 100 倍 输出高电平： 大于 输出低电平： 小于 HK2020A 集成化脉搏传感器采用高度集成化工艺将力敏原件 PVDF 压电膜、灵敏度温度补偿元件、感温元件、信号调理电路集成在传感器内。 脉搏波动一次输出一正脉冲。 该产品可用于脉率检测，主要用于运动、健身器材中的心率测试。 其灵敏度高、抗干扰性能强、过载能力大、一致性好，性能稳定可靠，使用寿命长。 价格在 100 元左右。 HK2020B 集成化脉搏传感器性能指标如下： 电源电压： 56VDC 压力量程： 50+300mmHg 灵敏度： 2020uV/mmHg 灵敏度温度系数： 1 104/℃ 精度： % 重复性： % 心率测试仪设计方案 十二 迟滞： % 过载： 100 倍 HK2020B 集成化脉搏传感器采用高度集成化工艺将力敏原件 PVDF 压电膜、灵敏度温度补偿元件、感温元件、信号调理电路集成在传感器内。 主要应用于无创心血管测试，中医脉象诊断。 其灵敏度高、抗干扰能力强、过载能力大、一致性好，性能稳定可靠，使用寿命长。 价格在 240 元左右。 HK2020C 集成化数字脉搏传感器在 HK2020B 集成化脉搏传感器基础上增加了程控放大电路、基线调整电路、 A/D 转换电路、串行通信电路，使用户使用更方便、快捷。 性能指标同 HK2020B 集成化脉搏传感器。 价格在 480 元左右。 MB4 型脉搏波传感器主要性能指标如下： 频率响应： 灵敏度： 2mV/Pa（对于正常脉搏波信号，输出幅度可达 34Vpp） 绝缘阻抗： 1000MΩ 输出阻抗： 1KΩ 体积： φ 22 15mm 电源电压： 59VDC MB4 型脉搏波传感器灵敏度很高、抗过载能力强、抗干扰性能优、具有操作简便等特点。 本传感器壳体内已配置放大器和输出阻抗变换器，可以很方便地与其他电路相匹配。 适用于心脏功能监测仪检测体表脉搏搏动波形。 实际使用时往往不必再加其他放大环节，可以直接送到 A/D 变换器等环节进行处理。 压电薄膜传感器与压电陶瓷片传感器价格低廉，但市面上很难找到卖家，从网上买又有最小订货量的限制， HK2020A 集成化脉搏传感器与 SC0073 微型动态脉搏传感器功能相近，但价格比后者高出许多。 HK2020B 集成化脉搏传感器与MB4 型脉搏传感器虽然功能很强大，但同样价格也很高，从设计成本上考虑太奢侈，不适合设计的应用。 HK2020 系列的脉搏传感器功能比较全，但价格非常高，在三四百元左右，MB4 型脉搏波传感器功能上能与 HK2020C 集成化数字脉搏传感器相媲美，价格比 HK2020B 集成化脉搏传感器又低，具有频率响应为 ，且灵敏度高，内置放大电路，输出模拟信号可直接送人 ADC0809 芯片处理，是相当理想的脉搏波传感器，价格在 200 元左右，而 SC0073 微型脉搏传感器价格在 60 元左右，其频率响应为 11000Hz，也就是说如果人体脉搏每分钟心跳少于 60 下，则有可能检测不到脉搏信号。 综合考虑， MB4 微型脉搏传感器性价比高，为第一选择。 SC0073 微型脉搏传感器为第二选择。 由于市面上无法购买到 MB4 微型脉搏传感器，因此只能求其 心率测试仪设计方案 十三 次，故而本设计采用 SC0073 微型脉搏传感器。 因此，本设计的测量心率范围最低值为 60 次 /分钟，考虑到很少情况下心率值为少于 60 次 /分钟，故本系统仍能够较好的满足使用要求。 滤波放大电路设计 由于 SC0073 微型脉搏传感器输出信号最高电压值略小于供电电 压 VCC，也即其内部已集成放大，故不需要外部电路进行信号放大，只需最后设计好匹配电路即可。 然而，信号采集过程中的外界干扰很多，其中最主要的干扰为 50Hz 的工频干扰，需要得到 12Hz 左右的有效频率信号则必然需要设计进行滤波器设计。 本文采用二阶有源滤波器设计方案。 利用 仿真软件仿真电路图如图 31： 图 31 滤波电路 该滤波电路的频率响应如 图 32： 心率测试仪设计方案 十四 图 32 滤波电路频率响应 由图 32 知，滤波电路的截止频率为 ，基本上能够很好的抑制干扰，由SC0073 采集到的压电信号经过滤波器输出后的实验波形如图 33： 图 33 滤波电路输出波形 由图中波形知，当 SC0073微型脉搏传感器正常状态下输出 （ 5VDC电源供电情况下），当有压力信号时会产生一脉冲信号。 信号的频率约为 ,心率为 次 /分钟，实验结果较为合理。 比较整形电路设计 将图 33 中的滤波器输出波形进行比较整形，整形电路 如图 34： 心率测试仪设计方案 十五 图 34 比较整形电路 图 34所示的比较整形电路中，比较电压为 ，当信号电压高于 值时，放大器 uA741 的 6 脚输出 +5V 电压，低于 值时，放大器 uA741 的 6脚输出 5V 电压。 6 脚输出信号经 RC 耦合电路进行整形。 RC 常数 τ ： 365 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 5 1 0 1R C s s       脉冲信号经过整形后得到 较好的方波信号，实验输出波形如图 35 所示： 图 35 比较整形电路输出波形 匹配电路设计 由于 单片机 IO 口输入高电平为 ，最高电压不能超过 ，且图 34整形电路的输出端与单片机连接时需要考虑共地、阻抗匹配等问题。 因此本文设 心率测试仪设计方案 十六 计了匹配电路。 首先，利用反向的二极管取出整形电路输出信号中的负压信号，再经过如图36 所示电路，则能够很好的满足设计要求。 第四 章 上位机设计 图 36 阻抗匹配电路设计 图 36 所示阻抗匹配电路，信号经反相放大器。 增益为 因此输出信号幅度 为 4 ，能够符合单片机 IO 口输入电平要求。 实验输出波形如图 37 所示： 42 ovfiV RA VR     心率测试仪设计方案 十七 图 37 接入单片机的脉搏信号波形 下位机的设计 下位机以 MSP430F149 单片机作为主处理芯片， 定时向上位机发送心率采样值数据，并同时将心率值同步显示在液晶显示器 12864 上。 传输协议：本系统采用 RS232 传输协议来实现系统通信， RS232 最大传输距离为。