双波长频分光电脉搏波测量电路

双波长频分光电脉搏波测量电路第1页，共31页，2023年，2月20日，星期六要求：（1）保证每个波长的脉搏波信号>1VP-P；（2）通道窜扰：<-20dB；（3）脉搏波信号的频率：0.25--20Hz；（4）信噪比：>20dB。第2页，共31页，2023年，2月20日，星期六正弦波的产生设计思路发光二极管的驱动光电传感器接收带通滤波器解调解调交直流分离交直流分离调制放大电压变换放大电压变换单片机计算输出第3页，共31页，2023年，2月20日，星期六各部分电路及原理分析第4页，共31页，2023年，2月20日，星期六正弦波产生我们这里采用的是双波长频分式即两个不同波长660nm红光和940nm红外光，所以只用到了两个不同频率的载波260HZ和1360HZ。（可根据需要改为500Hz和5500Hz）方案：（已经否定）

用两个信号发生器产生两个正弦波，频率分别为260HZ和1360HZ。第5页，共31页，2023年，2月20日，星期六基本电路第6页，共31页，2023年，2月20日，星期六备选方案1：

用定时器来产生500HZ和5500HZ的方波,然后用一个低通滤波器（可改为带通）滤出基波分量，就得到了正弦波。555定时器电路图如下：

第7页，共31页，2023年，2月20日，星期六备选方案2：

用单片机配合低通滤波器实现输出正弦波。首先用单片机输出一个方波，然后再用一个低通滤波器，就得到了正弦波。

8253单片机第8页，共31页，2023年，2月20日，星期六光电传感器接收这里采用TI的OPT101。DESCRIPTIONTheOPT101isamonolithicphotodiodewithon-chiptransimpedanceamplifier.Outputvoltageincreaseslinearlywithlightintensity.Theamplifierisdesignedforsingleordualpowersupplyoperation,makingitidealforbatteryoperatedequipment.Theintegratedcombinationofphotodiodeandtransimpedanceamplifieronasinglechipeliminatestheproblemscommonlyencounteredindiscretedesignssuchasleakagecurrenterrors,noisepick-upandgainpeakingduetostraycapacitance.The0.09x0.09inchphotodiodeisoperatedinthephotoconductivemodeforexcellentlinearityandlowdarkcurrent.TheOPT101operatesfrom+2.7Vto+36Vsuppliesandquiescentcurrentisonly120mA.Itisavailableinclearplastic8-pinDIP,5-pinSIPandJ-formedDIPforsurfacemounting.Temperaturerangeis0°Cto70°C.第9页，共31页，2023年，2月20日，星期六lSINGLESUPPLY:+2.7to+36VlPHOTODIODESIZE:0.090x0.090inchlINTERNAL1MWFEEDBACKRESISTORlHIGHRESPONSIVITY:0.45A/W(650nm)lBANDWIDTH:14kHzatRF=1MWlLOWQUIESCENTCURRENT:120mAlAVAILABLEIN8-PINDIP,5-PINSIP,AND8-LEADSURFACEMOUNTPACKAGES光谱响应率第10页，共31页，2023年，2月20日，星期六带通滤波器这里选取了美信的滤波器集成芯片MAX274它是由互相独立的可以级联的四个二阶单元组成的有源滤波器。可以构成巴特沃斯，切比雪夫以及贝塞尔低通以及带通滤波器。滤波器的参数有四个电阻决定，因此稳定性较分立元件搭出来的跟稳定。

第11页，共31页，2023年，2月20日，星期六第12页，共31页，2023年，2月20日，星期六外接电阻的阻值计算方法如下:步骤1:计算电阻R2,电阻R2、R4决定中心频率FO。R2=2×109/F0步骤2:计算电阻R4,R4=R2-5kΩ步骤3:计算电阻R3,电阻R3决定中心频率FO、品质因数QR3=(Q×109/F0)×(Rx/Ry)Rx/Ry的比值由FC所连接的电平决定步骤4:计算电阻R1,电阻R1决定其增益。低通滤波器:R1=(2×109)/(F0×HOLP)×(Rx/Ry)HOLP为低通输出LPO在直流输入下的增益。带通滤波器:R1=R3/HOBPHOBP为带通输出BPO在中心频率处的增益。第13页，共31页，2023年，2月20日，星期六基本电路第14页，共31页，2023年，2月20日，星期六解调上面一步的带通滤波器已经将两个500HZ和5500HZ的已调信号分离了，解调就是要从这个已调信号中恢复原信号。方案1：包络检波法：第15页，共31页，2023年，2月20日，星期六方案2：

相干检波法，它要求用一个与调制严格相同的时序信号和已调信号相乘，再通过一个低通滤波器，即可得到原信号。

第16页，共31页，2023年，2月20日，星期六交直流分离这里采用一个高通滤波器。第17页，共31页，2023年，2月20日，星期六放大电压变换信号放大电路主要利用运算放大器的级联放大功能实现。将输入的微小交流信号送入第一级进行8.5倍的放大，再进入第二级相似的放大电路放大100倍第18页，共31页，2023年，2月20日，星期六第19页，共31页，2023年，2月20日，星期六单片机（带A/D转换）在软件方面，利用AVR单片机ATMEGA16所具有的AD转换功能，边采样边存储有用数据，依托核心理论的算法实现信号处理。ATmega16是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。第20页，共31页，2023年，2月20日，星期六由于脉搏波信号的频率范围在0.1Hz~60Hz，因此，采样频率在100Hz较为合适。为了得到这个频率，先通过设置ADCSRA寄存器的ADPS位得到128的预分频系数，然后通过在中断服务程序中写延时来延长采样周期。第21页，共31页，2023年，2月20日，星期六备选方案：

采用一个减法器第22页，共31页，2023年，2月20日，星期六输出预期波形第23页，共31页，2023年，2月20日，星期六后续拓展：

进入与非门与时钟信和控制信号运算计数显示输出波形清零信号时钟信号第24页，共31页，2023年，2月20日，星期六输出波整形：

信号的整形是由六施密特触发器40106实现的。整形后的波形成为方波，转换成为数字信号进行下面的运算。第25页，共31页，2023年，2月20日，星期六与非运算电路（输入控制信号）第26页，共31页，2023年，2月20日，星期六555产生周期为10秒的信号第27页，共31页，2023年，2月20日，星期六计数电路经与非运算的脉搏信号进入到计数器4518的使能端EN中进行计数。计数器的两个清零信号R1、R2，都与4098产生的清零信号（高电平有效）相连，每十秒清零一次，开始重新计数。第28页，共31页，2023年，2月20日，星期六显示电路为实现锁存示数的目的，显示电路选用4511驱动译码管。计数器输出的结果是10秒钟的脉搏数。4511芯片的EL管脚在低电平时更新示数，高电平时保持当前示数不变。给