便携式脉搏测试仪.doc

设计题目：基于MSP430便携式脉搏测试仪摘 要： 脉搏所呈现出来的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，能反映人体心血管系统中许多生理疾病的血流特征。根据人体脉搏信号特征，设计中采用了一种基于单片机的脉搏测量系统。因为手指或耳垂处放在光的传递路径中，血管中血液饱和度的变化将引起光的传递强度变化，本设计研究出基于MSP430G2超低功耗单片机的脉搏信号采集、处理系统，研究工作的主要结果和创新点可归纳如下：具体分析了脉搏信号采集电路设计原理，设计出了便于中医取脉施压的采集电路的敏感部分；根据人体脉搏信号的特点，设计出了脉搏信号采集电路，在光电测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字光电传感器，IR333、BPW83是解决这些问题的最有效方案，在应用中取得了良好的效果。 关键字：MSP430G2、脉搏信号、信号处理、IR333、BPW83 一、选题意义从近代医学的角度来看，人体循环系统承担着协调全身各组织的能量代谢，输送氧气、营养物质，运走代谢废物等重要的工作，还承担运送抗体、激素等物质以协调整体的动态平衡。从整体的角度对疾病进行综合分析，显然循环系统的信息将占很重要的比重，因此脉诊的临床意义很大，它的机理是急待于我们进行研究的。本设计中所介绍的脉搏测量仪运用了单片机技术，它使用方便，只需将手指端轻轻放在传感器上，摒弃了不便于运动状态下测量脉搏的听诊器和吸附在人体的电极等老式测量方法，利用光电信号来测量脉搏容量的变化，有鉴于此,根据目前的微电子、单片机和计算机技术,我们通过对现有脉搏仪器的应用状况进行了调查,利用单片机研制成功一种便携式脉搏仪。二、方案的设计比较与论证测量脉搏模块：方案1：红外光电二极管测脉搏：以红外接收二极管、红外放射二极管作为 传感器，有脉搏是遮挡光线，无脉搏时透光强。该方案由信号拾取电路、低通滤波电路、二级放大器和比较器、波形整形电路图级联而成，电路庞杂且不易调节。其能耗很大，这样就不适用于便携，故不得不放弃此方案。方案2：由TI公司提供的路具有很大的放大倍数精密放大器中，该电路具有很大的放大倍数，输出的信号经运算放大器，会输出一个大而稳定的电信号，从而完成脉冲的数据采集，此电路图相对比方案1简单，易实现，容易调节且所需元器件的性价比高。综合考虑：我们采用方案2三、电路图及有关设计文件1.信号拾取器：如图所示，IClA为单位增益缓冲器，用于产生2.5V的基准电压。红外接收二极管在红外光的照射下能产生电能，单个二极管能产生O.4 V电压、0.5 mA电流。BPW83型红外接收二极管和IR333型红外发射二极管工作波长都是940 nm，在指夹中，红外接收二极管和红外发射二极管相对摆放以获得最佳的指向特性。红外发射二极管中的电流越大，发射角度越小，产生的发射强度就越大。2.低通滤波器： 根据二阶低通滤波器的传递函数，可得： （1） 放大倍数为 H=-R08/R06 =-22 （2）取0.707倍零频增益计算高频转折频率，即fH = 7.7Hz （3）按人的脉搏最高为4 Hz考虑，低频特性是令人满意的。需要说明的是，如果考虑C03的话，由此可见，C03没有影响频率特性的分析，它的作用只是隔直。3.二级放大器和比较器图：二级放大器兼比较器如下图所示。Rpll用以调整系统的放大倍数，C6用以防止放大器自激。采用二级放大，零点漂移不很明显，在O.1 V左右。所以将比较器的阈值电压设计成O.25 V，以确保滤除干扰信号。4.波形整形部分： IC3A是CD4528型单稳态多谐振荡器，有效脉宽为0.05 s其宽度由R22和C20决定。IC3B也组成一个单稳态多谐振荡器，脉宽为240ms。D2、Dl和T3等组成一个或非门，如下图所示： 5流程图：6显示电路：四、总结在这次的德州仪器（TI）杯大学生模拟及模数混合电路应用设计竞赛中，我们无从下手，到查找阅读大量资料，有了一定的整体设计思路，再到在实验室里的动手实践，到最后完成设计看到整形后脉搏波形，经历了一段曲折艰辛，有苦有乐的过程。一次次的在实验室废寝忘食的奋斗一整天，一次次的出现困难显示出之前基础知识掌握的不牢固和经验的欠缺，而一次次的通过学习、动手而解决了问题的喜悦也是其他任何所不能代替的。尤其是当最后在示波器上看到脉搏波形的时候，我们怀着忐忑的心情听老师的评价，当老师用了“很好”来肯定的时候，我心中的喜悦消除了之前所有的疲倦、沮丧，感到一切的努力都是值得的。拿着自己制作的电路，我们百感交集，我们衷心地感谢老师让我们真正掌握了真才实学，我们会带着这种精神继续投入到各项学习和研究中去！五、附 录： I：所用主要芯片及元件清单名称型号数值数量电阻-若干 电容- 若干放大器TLC2262-3放大器TLC2264-2放大器4528-2传感器IR333-1传感器BPW83-1二极管4148-3II：参考文献目录谭浩强 著 C语言程序设计 清华大学出版社 2005年7月第三版卢庆林 主编 模拟电子技术 清华大学出版社 2003年2月第二版卢庆林 主编 电子线路CAD设计 重庆大学出版社 2010年4月重印郭强编著 液晶显示应用技术电子工业出版社 2000年3月第一版 沈建华 杨艳琴 翟骁曙MSP430系列16位超低功耗单片机实践与系统设计 清华大学出版 2004年11月第一版III：应用资料及网站资源MSP430学习板实验指导书（IAR） PDF资料MSP430x4xx Family Users Guide-slau056