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沈阳工业大学
瀋陽工業大學
便携式脉搏测试仪
时间:
2012年11月2日
目录
1.系统设计…………………………………………………………3
1.1设计任务……………………………………………………3
1.2设计方案……………………………………………………3
1.3整体电路……………………………………………………4
2.单元电路设计……………………………………………………5
2.1光电转换电路………………………………………………5
2.2放大、滤波电路……………………………………………5
2.3比较器………………………………………………………6
2.4整形电路……………………………………………………6
2.5单稳态电路…………………………………………………7
2.68秒延时电路………………………………………………7
2.7显示电路……………………………………………………8
2.860秒计数器…………………………………………………8
3.系统测试…………………………………………………………9
3.1单元电路测试………………………………………………9
3.2系统整体测试………………………………………………10
4.总结……………………………………………………………10
1.系统设计
1.1、设计任务
设计并制作一个便携式人体脉搏测试仪,该测试仪采用红光或红外光发射接收技术,从人体手指或耳垂处采样获取脉搏信息,并能实时显示被测者每分钟的脉搏数。
其系统框图如图1所示,其中A、B为2处信号观测点用于作品评测。
图1脉搏测试仪系统方框图
1.2、设计方案
方案一:
用压电传感器将脉搏的跳动转换为电信号,然后再在单位时间内对脉搏跳动次数进行计数,并用数字显示其计数值从而直接得到每分钟的脉搏数。
方案二:
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。
考虑到压电式设计电路不能过于精准会产生巨大误差,并综合考虑产品的成本,本组决定采用方案二。
1.3、整体电路
2.单元设计电路
2.1、光电转换电路
2.2、放大滤波电路
2.3、比较器
2.4、整形电路
2.5、单稳态电路
2.6、8秒延时电路
2.7、显示电路
2.8、60秒计数器
3.系统测试及解决方案
3.1测试单元电路
(1)测试光电转换电路:
在测试本电路过程中,由于接收管与发射管不能灵敏的探测出脉搏信号,经过检查,由于上拉电阻过小。
因此当调整过阻值之后,波形较为明显,检查无误。
(2)测试放大滤波电路:
放大电路采用反向放大,由于单电源输入,波形只有上半周,经放大后发现无波形;于是改用正向放大电路,发现波形放大倍数接近却略小于理想数值,于是采用了两级放大,实际放大倍数大约4000倍左右(理想为4700倍)。
滤波效果明显,截止频率为10HZ。
(3)测试比较器:
比较器在测试期间开始无异常现象,后来经过多次试验,输入电压在逐渐减小,导致比较器的比较电压过低,结果不稳定。
后经过排查,是传感器损坏造成,更换传感器后重新设计比较电压,比较器无异常。
(4)测试整形电路:
整形电路的输出不稳定,有细小的干扰导致结果的误跳。
经过多次试验和努力,我们发现接两级比较得出的结果要比只有一个比较器得出的结果稳定。
接后发现还是存在误跳现象,我们考虑增加了单稳态环节,在一定时间内检测通过的电压,这样解决了误跳。
(5)测试显示电路:
显示电路在测试期间脉搏记录过快,出现乱跳情况。
经过排查,发现是比较器整形的给出的脉冲信号上升沿不稳定,有杂波,后再加一个整形电路——用555做成的施密特触发器。
多加了一次整形以后信号更加稳定,数码管跳数稳定。
(6)测试秒脉冲电路:
秒脉冲电路在测试期间,脉冲过快,每分钟大约给脉冲9次,通过调节滑动变阻器,增大阻值,使得秒脉冲更加精准。
经测试,一分钟内的误差为±1次。
(7)测试自启动:
当手放在测试位置时,会有一定的延时,使得电路稳定后才开始记数和计时,当60秒结束后,时间会所在数码管上,脉搏的跳动次数也会所在数码管上,便于读数。
但是由于电容的充放电作用,秒脉冲电路开始计时但是脉搏电路还没有开始,使得结果出现误差。
经过考虑我们利用74LS160增加了一个8秒延时电路,当计数稳定再开始计时。
当再次把手放到测试位置时,都会再次计数,起到自启动的效果。
3.2系统总体测试
当探测电路与放大电路相连时,由于线与线之间的干扰,导致放大不明显,杂波太多,波形不清晰。
通过对多级放大电路之间的连接,最后波形放大了将近4000倍。
当经过滤波电路后,波形更加清晰明了,通过对比较器参数值的设计,使波形稳定在3v左右。
在经过整形,使得波形更加平整,减少了误跳的次数。
4、总结
近一个月的课程设计期间,经过团队的思考和在网上或图书馆查阅资料,我们完成了本次设计。
通过设计我们对数显示脉搏测试仪有了很深的认识,知道了怎样模拟人体脉搏信号,怎样将脉搏跳动成数字信号输出。
明白了其是如何进行滤波、整形得到所需信号。
而且对所学的理论知识也有了更深刻的理解。
本文粗略讲述了我在本次课设中的整个设计过程,讲述了数显示脉搏测试仪的工作原理以及其各个组成部分。
经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、我们得到一次较全面的工程实践训练。
在以后的学习中我们应该加强动手实践方面的练习。
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