1、鄭州信息科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)設(shè)計(jì)題目:數(shù)字脈搏計(jì)的設(shè)計(jì)專業(yè)方向: 通信技術(shù) 班 級(jí): 09通信2班 學(xué) 號(hào): 姓 名: 指導(dǎo)教師: 2011年5月4日 鄭州信息科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(論文) 目 錄摘 要1第1章 緒 論2第2章 數(shù)字脈搏計(jì)時(shí)器的方案比較32.1設(shè)計(jì)方案論證32.2倍頻器組成數(shù)字脈搏計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)3第3章 單元電路的設(shè)計(jì)43.1放大與整形電路43.1.1傳感器43.1.2放大電路53.1.3有源濾波電路53.1.4整形電路53.1.5電平轉(zhuǎn)換電路53.2倍頻電路53.3基準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生電路63.3.1秒脈沖發(fā)生器63.3.2十五分頻和二分頻

2、63.4計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路73.5控制電路9總結(jié)11致 謝12參考文獻(xiàn)13附 錄整機(jī)電路圖14I 鄭州信息科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(論文)摘 要脈搏即動(dòng)脈搏動(dòng)，隨著心臟節(jié)律性的收縮和舒張，動(dòng)脈管壁相應(yīng)的出現(xiàn)擴(kuò)張和回縮，在表淺動(dòng)脈上可觸到搏動(dòng)。正常人的脈搏和心跳是一致的。正常成人為60到100次/分，常為每分鐘7080次，平均約72次/分。人體脈象中富含有關(guān)心臟、內(nèi)外循環(huán)和神經(jīng)等系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)信息。而脈搏的病理生理性改變常引發(fā)各種心血管事件，同時(shí)脈搏測(cè)量還為血壓測(cè)量，血流測(cè)量及其他某些生理檢測(cè)技術(shù)提供了一種生理參考信號(hào)。 本文主要介紹了數(shù)字式脈搏計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)方法，利用壓電傳感器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，

3、經(jīng)過(guò)放大整形后，輸入單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的控制，從而測(cè)量出一分鐘內(nèi)的脈搏跳動(dòng)次數(shù)。通過(guò)觀測(cè)脈搏信號(hào)，可以對(duì)人體的健康進(jìn)行檢查。關(guān)鍵詞脈搏計(jì)；脈沖信號(hào)；壓電傳感器Abstract：Pulse that pulses, along with the heart of rhythmic contraction and relaxation, arteriole corresponding appear expansion and retraction, in shallow artery can be touched the throb of the pulse and heartbeat normal

4、 is consistent with the normal adult for 60 to 100 beats per minute, often for 70 80 times per minute, an average of about 72 beats per minuteThis article mainly introduced the digital pulse of thousands of concrete realization method of piezoelectric sensors produce pulse signal, after plastic surg

5、ery to enlarge, input single chip in the corresponding control, which measured one minute the pulse of The Times through the observation pulse signal, to the health of human body to inspectKey words：Pulse plans, The pulse signal; Piezoelectric sensors第1章 緒 論脈搏是臨床檢查和生理研究中常見(jiàn)的生理現(xiàn)象，包含了反映心臟和血管狀態(tài)的重要生理信息。人

6、體內(nèi)各器官的健康狀態(tài)、病變等信息將以某種方式顯現(xiàn)在脈搏中即在脈象中。人體脈象中富含有關(guān)心臟、內(nèi)外循環(huán)和神經(jīng)等系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)信息，我們可以通過(guò)對(duì)脈搏波檢測(cè)得到的脈波圖含有出許多有診斷價(jià)值的信息，可以用來(lái)預(yù)測(cè)人體某些器臟結(jié)構(gòu)和功能的變換趨勢(shì)，如:血管幾何形態(tài)和力學(xué)性質(zhì)的變異會(huì)引起脈搏波波形和波速等性質(zhì)的改變，而脈搏的病理生理性改變常引發(fā)各種心血管事件，脈搏生理性能的改變可以先于疾病臨床癥狀出現(xiàn)，通過(guò)對(duì)脈搏的檢測(cè)可以對(duì)如高血壓和糖尿病等引起的血管病變進(jìn)行評(píng)估。同時(shí)脈搏測(cè)量還為血壓測(cè)量，血流測(cè)量及其他某些生理檢測(cè)技術(shù)提供了一種生理參考信號(hào)。 近年來(lái)出現(xiàn)的日常監(jiān)護(hù)儀器，如便攜式電子血壓計(jì)，可以完成脈搏的測(cè)量

7、。但是這種便攜式電子血壓計(jì)利用微型氣泵加壓橡膠氣囊，每次測(cè)量都需要一個(gè)加壓和減壓的過(guò)程，存在體積龐大、加減壓過(guò)程會(huì)有不適、脈搏檢測(cè)的精確度低等缺點(diǎn)。第 2 頁(yè) 第2章 數(shù)字脈搏計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)方案論證電子脈搏計(jì)是用來(lái)測(cè)量一個(gè)人心臟跳動(dòng)次數(shù)的電子儀器，也是心電圖的主要組成部分。由給出的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)可知，脈搏計(jì)是用來(lái)測(cè)量頻率較低的小信號(hào)(傳感器輸出電壓一般為幾個(gè)毫伏)，它的基本功能應(yīng)該是：（1）用傳感器將脈博的跳動(dòng)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并加以放大、整形和濾波；（2）在短時(shí)間內(nèi)(15s內(nèi))測(cè)出每分鐘的脈搏數(shù)。本設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)在15s內(nèi)測(cè)量lmin的脈搏數(shù)，并且顯示其數(shù)字。常人脈搏數(shù)為60100次m

8、in，嬰兒為120140次min，老人為5560次/min。滿足上述設(shè)計(jì)功能現(xiàn)提出下面一種方案：2.2 倍頻器組成數(shù)字脈搏計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)方案的原理框圖如圖2-1所示，圖中各部分的作用如下：（1）傳感器：將脈搏跳動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為與此相對(duì)應(yīng)的電脈沖信號(hào)。（2）放大整形電路：將傳感器的微弱信號(hào)放大，整形除去雜散信號(hào)。（3）倍頻器：將整形后所得到的脈沖信號(hào)的頻率提高。如將15s內(nèi)傳感器所獲得信號(hào)頻率的4倍頻，即課得到對(duì)應(yīng)一分鐘脈沖數(shù)，從而縮短測(cè)量時(shí)間。（4）基準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生電路：產(chǎn)生短時(shí)間的控制信號(hào)，以控制測(cè)量時(shí)間。（5）控制電路：用以保證在基準(zhǔn)時(shí)間控制下，使4倍頻后的脈沖信號(hào)送到計(jì)數(shù)、顯示電路中。（6）記數(shù)、

9、譯碼、顯示電路：用來(lái)讀出脈搏數(shù)，并以十進(jìn)制數(shù)的形式由數(shù)碼管顯示出來(lái)。 圖2-1 方案框圖第3章 單元電路的設(shè)計(jì)3.1放大與整形電路放大后的信號(hào)波形是不規(guī)則的脈沖信號(hào)，因此必須加以濾波整形，整形電路的輸出電壓應(yīng)滿足計(jì)數(shù)器的要求。 所選放大整形方案電路框圖如圖3-3所示。3.1.1傳感器傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測(cè)、感受外界的信號(hào)、物理?xiàng)l件（如光、熱、濕度）或化學(xué)組成（如煙霧），并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。光敏傳感器是最常見(jiàn)的傳感器之一，它是利用光敏元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器，它的敏感波長(zhǎng)在可見(jiàn)光波長(zhǎng)附近，包括紅外線波長(zhǎng)和紫外線波長(zhǎng)。光傳感器不只局限于對(duì)光的探測(cè)，它還可以

10、作為探測(cè)元件組成其他傳感器，對(duì)許多非電量進(jìn)行檢測(cè)，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的變化即可。此傳感器的作用是通過(guò)紅外光照射人的手指的血脈流動(dòng)情況，把脈搏跳動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，其原理電路如圖3-1所示。圖3-1傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)原理電路 圖3-2同相放大器電路傳感器放大電路有源濾波整形電平轉(zhuǎn)換圖3-3放大整形電路框圖3.1.2放大電路“放大”的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)能量的控制，即能量的轉(zhuǎn)換：用能量比較小的輸入信號(hào)來(lái)控制另一個(gè)能源，使輸出端的負(fù)載上得到能量比較大的信號(hào)。放大的對(duì)象是變化量，放大的前提是傳輸不失真。3.1.3有源濾波電路有源濾波電路的負(fù)載不影響濾波特性，因此常用于信號(hào)處理要求高的場(chǎng)合。有源濾波電路一般由R

11、C網(wǎng)絡(luò)和集成運(yùn)放組成，因而必須在合適的直流電源供電的情況下才能使用，同時(shí)還可以進(jìn)行放大。但電路的組成和設(shè)計(jì)也較復(fù)雜。有源濾波電路不適用于高電壓大電流的場(chǎng)合，只適用于信號(hào)處理。有源濾波電路作用是把脈搏信號(hào)中的高頻干擾成分去掉，同時(shí)把脈搏信號(hào)加以放大。 圖3-4二階有源濾波電路3.1.4整形電路整形電路很多種，基本信號(hào)比如振蕩電路信號(hào)，整形電路就是RC電路。它起的作用是數(shù)模轉(zhuǎn)換，就是數(shù)字信號(hào)專成模擬信號(hào)。經(jīng)過(guò)放大濾波后的脈搏信號(hào)仍是不規(guī)則的脈沖信號(hào)，且有低頻干擾，仍不滿足計(jì)數(shù)器的要求，必須采用整形電路，如圖所示，其目的是為了提高抗干擾能力。3.1.5電平轉(zhuǎn)換電路輸出的脈沖信號(hào)是一個(gè)正負(fù)脈沖信號(hào)，不

12、滿足計(jì)數(shù)器要求的脈沖信號(hào)，故采用電平轉(zhuǎn)換電路。3.2倍頻電路倍頻電路的形式很多，如鎖相倍頻器、異或門倍頻器等，由于鎖相倍頻器電路比較復(fù)雜，成本比較高，所以這里采用了能滿足設(shè)計(jì)要求的異或門組成的4倍頻電路。該電路的作用是對(duì)放大整形后的脈搏信號(hào)進(jìn)行4倍頻，以便在15s內(nèi)測(cè)出1min內(nèi)的人體脈搏跳動(dòng)次數(shù)，從而縮短跳動(dòng)時(shí)間，以提高診斷效率。電容器的作用是為了增加延遲時(shí)間，從而加大輸出脈沖寬度。由兩個(gè)二倍頻電路就構(gòu)成了四倍頻電路。3.3基準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生電路基準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生電路的功能是產(chǎn)生一個(gè)脈沖寬度為15s的脈沖信號(hào)，以在15s內(nèi)完成一分鐘的測(cè)量任務(wù)。實(shí)現(xiàn)這一功能采用如圖3-5所示方案。圖3-5基準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生電路

13、框圖為了提高振蕩期的振蕩頻率的而穩(wěn)定度，可以采用石英晶體振蕩器。該電路將產(chǎn)生穩(wěn)定度極高的矩形脈沖，其振蕩頻率由石英晶體的串聯(lián)諧振頻率構(gòu)成。3.3.1秒脈沖發(fā)生器其電路如圖所示，為了保證基準(zhǔn)時(shí)間的準(zhǔn)確，采用了石英晶體振蕩電路，反相器采用CMOS器件，振蕩頻率基本等于石英晶體的諧振頻率，改變C7的大小對(duì)振蕩頻率有微調(diào)的作用。如圖3-6所示。Q 圖3-6石英晶體振蕩器圖 圖3-7 秒脈沖發(fā)生器 選用CC4060進(jìn)行14次二分頻，產(chǎn)生一個(gè)頻率為2Hz的脈沖信號(hào)，然后用CC4013進(jìn)行二分頻得到周期為1s的脈沖信號(hào)。3.3.2 十五分頻和二分頻其電路如圖3-8所示，由SN74161組成十五進(jìn)制計(jì)數(shù)器，進(jìn)

14、行15分頻，然后用CC4013組成二分頻電路，產(chǎn)生一個(gè)周期為30s的方波，即一個(gè)脈寬為15s的脈沖信號(hào)。圖3-8十五分頻和二分頻電路圖3-9基準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生電路圖3.4計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路該電路的功能是讀出脈搏數(shù)，以十進(jìn)制數(shù)形式用數(shù)碼管顯示出來(lái)，如圖3-10所示：圖3-10顯示電路該電路用雙BCD同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CC4518構(gòu)成3位十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，用 CC4511BCD-七段譯碼器譯碼，用七段數(shù)碼管LT547R完成七段顯示。譯碼器的功能是把計(jì)數(shù)器CD4553輸出的計(jì)數(shù)結(jié)果(BCD碼)轉(zhuǎn)換成七段字形碼，以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)數(shù)字或符號(hào)的顯示。CC4511是常用的BCD碼七段顯示譯碼器，它本身由譯碼器有

15、輸出緩沖器組成，具有鎖存、譯碼、和驅(qū)動(dòng)等功能，其輸出最大電流可達(dá)25mA，可直接驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管。本文采用CC4511作為譯碼器。CC4511的管腳排列如圖3-11所示。 圖3-11CC4511管腳排列圖譯碼顯示采用掃描方式，使三位數(shù)字顯示只需一片CC4511譯碼器，這種顯示方式可簡(jiǎn)化電路，節(jié)省元件和降低功耗。掃描顯示方式的原理圖如圖3-12所示。該圖為三位LED顯示，所有位的七段碼線都并聯(lián)在一起，而各位數(shù)碼管的共陰極（對(duì)共陰LED數(shù)碼管）D1，D2，D3分別被計(jì)數(shù)器CD4553輸出的掃描時(shí)序脈沖DS1，DS2，DS3控制（本設(shè)計(jì)電路中DS1DS3經(jīng)三極管BG1BG3控制D1D3），從而

16、實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通顯示。但要注意為了顯示穩(wěn)定，應(yīng)使掃描時(shí)序脈沖的頻率合適，頻率過(guò)低將會(huì)使顯示產(chǎn)生閃爍，而頻率過(guò)高將會(huì)使顯示產(chǎn)生余輝。掃描頻率與顯示數(shù)碼管的位數(shù)有關(guān)，位數(shù)越多掃描頻率應(yīng)越高，通?？扇呙桀l率為幾百赫茲，可由CD4553接入的電容CS值調(diào)整來(lái)決定。圖3-12 三位LED數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管限流電阻值根據(jù)數(shù)碼管電流的允許值進(jìn)行計(jì)算。若把電路中的某位顯示電路單獨(dú)畫出來(lái)，如圖3-13所示。圖3-13顯示電路3.5控制電路控制電路的作用主要是控制脈搏信號(hào)經(jīng)放大、整形、倍頻后進(jìn)入計(jì)數(shù)器的時(shí)間，另外還應(yīng)具有為各部分電路清零等功能，如圖3-14所示：圖3-14控制電路第12頁(yè)總結(jié)本文設(shè)計(jì)的脈搏波

17、檢測(cè)系統(tǒng)以光電檢測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)，并采用了脈沖振幅光調(diào)制技術(shù)消除周圍雜散光、暗電流等各種干擾的影響。并利用采樣技術(shù)和數(shù)字濾波等數(shù)字信號(hào)處理方法，代替實(shí)現(xiàn)模擬電路中的放大濾波電路的功能，脈搏檢測(cè)中關(guān)鍵技術(shù)是傳感器的設(shè)計(jì)與傳感器輸出的微弱信號(hào)提取問(wèn)題。本系統(tǒng)模擬電路由ADC841芯片實(shí)現(xiàn)脈搏信號(hào)采集，信號(hào)處理和脈搏次數(shù)的計(jì)算等功能，因此體積小，功耗低，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)脈搏波的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)并可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的實(shí)時(shí)通訊，因此可作為多參數(shù)病人中心監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的一個(gè)模塊完成心率檢測(cè)和脈搏波形顯示。從脈搏波中提取人體的生理病理信息作為臨床診斷和治療的依據(jù)，歷來(lái)都受到中外醫(yī)學(xué)界的重視。脈搏波呈現(xiàn)出的波形、幅度、速率和周期等方面的綜合信息，在很大程度上反映出人體心血管系統(tǒng)中許多生理病理的特征，因此對(duì)脈搏波采集和處理具有很高的醫(yī)學(xué)價(jià)值。致 謝長(zhǎng)嘆一口氣，終于完成了本次論文。我首先要向賈宇向老師致以誠(chéng)摯的謝意。在設(shè)計(jì)的寫作過(guò)程中，老師給了我許許多多的幫助和關(guān)懷。在老師的悉心指導(dǎo)中，我不僅學(xué)到了扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，也在怎樣處人處事等方面收益很多。在此我也向教育過(guò)我的各位老師表示衷心的