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REFaVVfoutaainRVVRVV整理可得：)(ainfaoutVVRRVV由于)(ainfREFVVRRV，则：)(inafoutVVRRV设定运算放大器在0inV的情况下，VVout2，放大器增益500uA，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