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便携式心率测试仪.doc

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便携式心率测试仪.doc

一、题目的要求和意义及所做工作随着科技的不断发展,人们在生活中利用科技给自己带来了许多的好处,于是我们便想着能否设计一个心率测频仪,使大家即便在家中就能方便的测量自己的心率,看自己的身体是否健康,并且省去了在医院排队所浪费的时间,这可是一举多得呀本人的专业是电子信息工程,对于设计这心率测频仪有一点的信心,并且我相信自己在设计过程中能够更全面地应用单片机、信号的采集与处理、Proteus软件和Protel99SE软件,提高自己的动手能力。研究出这种心率计也能够推动中国科学技术的发展,推动医疗设备的发展。所以,我选择了这个课题。本人所做的工作负责单片机的程序设计和PCB图的排版.二、方案的设计及具体电路的设计和参数的计算1、概述本设计包5大模块稳压电源模块、传感器模块、信号放大整型模块、单片机控制处理模块、显示模块、串口通讯模块。本设计以51单片机为核心,把各个模块有机结合成一个整体,以实现无创性人体心率检测功能。以下为各个模块的功能的概述1、稳压电源模块提供5V直流电压,为各个模块提供稳定纯正的电压。2、传感器模块根据容积法原理制作光电传感器,以作为人体信号与电信号转换。3、信号放大整型模块放大传感器接收回的微弱信号,并对其滤波整型以方便处理。4、单片机控制处理模块利用51单片机的高性能对各个模块进行控制并对信号进行处理5、显示模块使用数码管显示数值2、稳压电源模块电源模块有两个方案1、双电源供电信号放大部分使用运算放大器,利用双电源供电可以方便地使用运算放大器的典型电路。但是需要外置双输出变压器,双稳压电路并为作品增加成本,大大提高了设计制作的难度。同时,由于需要背负重量较大的变压器,降低作品的轻便型。而且负电压并不适合数字电路处理。2、单电源供电单电源供电可以节省负电压稳压电路,而且可以直接利用干电池供电,降低电路设计制作复杂性,但是信号放大处理部分则需要较为复杂的设计。综合上述,对比两方案最终确定使用单电源供电,考虑作品需要用到数字电路,因此使用常用的三端稳压芯片LM2940附加上简单的外围电路设计出符合模拟电路和数字电路的5V电压。LM2940是低压差正电压稳压芯片,输入输出压差VV5.0的情况也可以正常工作,最大输出电流高达1A,外围电路简单方便。如图所示,利用二极管保护输入电源反接烧毁电路LED发光二极管作为电源指示灯高容量电解电容滤除输入输出电压的低频波纹,低容量瓷片电容滤除输入输出电压的高频尖峰脉冲,分别取典型值470uF/16V电解电容,0.1uF瓷片电容。5V稳压电源电路图3、传感器模块方案分析光源与光电传感器位置有以下两种安装方式,分别垂直透射法与水平投射法。垂直透射法安装方式是让光由上往下地穿透手指,但是光线必须经过指甲、指尖骨,因此大大降低光的透过性,导致光电传感器接收信号过于微弱。而水平投射法可以避开指甲与指骨某些部分,令光线较为容易地透过指尖,以达到比较高的强度,方便光电传感器接收。综合上述,本传感器模块采用水平投射法的安装方法。本传感器模块采用超高亮度白光散射LED作为光源,高敏感度光敏三极管作为光敏传感器。具体实现电路如下图所示。传感器模块电路图4、信号放大整形滤波模块由于传感器模块输出的电压信号mVV40,并且其中夹杂着许多干扰信号。因此信号放大整型模块必须具有大的放大能力与滤波能力。1、信号放大模块电路如图所示利用运算放大器实现反向比例放大电路。运算放大器在深度负反馈的条件下工作于线性区,根据虚短和虚断的概念对以上电路进行分析,可得根据虚短概念可得a点电压REFaVVfoutaainRVVRVV整理可得ainfaoutVVRRVV由于ainfREFVVRRV,则inafoutVVRRV设定运算放大器在0inV的情况下,VVout2,放大器增益500uA,则取定KR1,mVVa4根据以上设定值计算出各个部分参数1000500ffuRRRA取定KRf500电阻inVoutVRREFVfRa信号放大电路2、信号滤波模块oVi信号滤波电路信号滤波电路由RC组成无源滤波器。由于心律值为低频周期信号,需要滤除高频杂波信号,因此设计出低通滤波器(LPF),截止频率HzfH10由图可得iVfCjRfCjV21210iuVVA0设RCfH21由(4)(5)式变换得

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