便携式人体脉搏测量仪报告
便携式人体脉搏测试仪
摘要：本作品主要是由三个模块构成：光电脉搏信号拾取、信号调理、单片机信号处理及显示模块。采用红外对管进行信号采集、OP07进行放大，使用
OPA2227进行滤波，利用MSP430G2553进行数据处理和系统控制，通过12864进行测量结果显示。
关键词：光电脉搏探头信号调理MSP430G2553 ADC10 12864
一、方案设计
1.1 方案设计与比较
1.1.1 光电脉搏信号拾取部分的设计
方案一：采用电源、电阻、发射管串联的电路。这种电路结构简单，通过发射管的电流主要由限流电阻决定。但是电源的波动以及温度引起的发射管压降变化会改变通过发射管的电流，从而导致红外光源的光强波动，进而引起接收的信号波动，影响测量结果。
方案二：利用三极管、稳压源组成红外发射管恒流驱动电路。此种方案稳定了发射管中的电流，从而减弱了光源波动，提高了接收信号的稳定性。因此采用这种方案。
1.1.2 信号调理部分电路的设计
方案一：利用高低频性能的放大器进行放大和滤波同时进行，电路复杂，要考虑的参数多，不利于最后的调试，芯片价格昂贵。
方案二：从传感器检测到的脉搏信号转化为电压信号送入电压跟随器，送入OP07进行放大处理，再对放大了的信号利用OPA2227进行低通滤波，电路稳定，低频特性好，芯片价格低廉，故采用该方案。
二、硬件电路设计
2.1 系统框图
本系统主要有光电脉搏信号拾取、信号调理、单片机信号处理及显示模块组成。
光电脉搏信号拾取信号
调理
单片机信
号处理
显示
模块
图2-1 系统框图
2.1.1光电脉搏信号拾取部分。
图2-2 红外发射电路 图2-3 红外接收电路
如图2-2 ，D1为发射管部分，DZ 为的稳压管，故通过发射管的电流为
1
R V V I BE
Z D -=
，Z V 为稳压管电压，BE V 为三极管b 、e 极压降。可H 使红外光源的光强稳定，减小背景噪声。
由于光电三极管为电流型器件，故接收电路采用图2-3中这种简单的电流—电压转换电路，注意R2的取值一定要恰当，过大会使电路工作非线性，过小则检测到的信号幅值过小，这里取Ωk 51。 2.1.2 信号调理 1）信号放大电路
从传感器检测到的脉搏信号转化为电压信号送入电压跟随器，起到缓冲的作用，使前级和后级隔离开来，避免相互干扰。输出的信号经前置放大后再经过低通滤波器滤除环境中的高频干扰。处理完的信号送入后级继续放大以便得到干扰小且清晰的信号。如图2-4。
2）滤波电路
根据人体实际情况，做出通频带为3Hz 的低通滤波器，利用filter_pro 滤波器设计
软件进行设计，Multisim 进行仿真，面包板进行调试，得出各电阻电容最终合适的取值，滤波效果良好。如图2-4最后一级所示。
三、软件设计
软件主要实现A/D 转换及显示功能。为了减少功耗，并降低数字系统对模拟信号的干扰，控制数据设置完成之后，将微控制器设为低功耗模式。能在光电探头达到合适测试部位时自动启动测量，完成测量后自动待机，直至撤离探头并再次达到测试部位时自动启动下一次测量。软件流程图如图2-5：
开始
选 择 功 能
脉搏信号图显示
心 率 测 量
心率显示正常
num>120/m 报 警
Y
N
time>60s 待 机
Y
N
有测量任务
N
Y
结 束
四、系统功能测试及整体指标
次数计时数心跳结果测量仪测量结果
1 6
2 60
2 61 61
3 67 66
4 68 70
571 70
674 72
7 72 73
8 80 81
9 79 79
10 78 80
结果显示误差在不大于±3次，满足测量要求。
单片机功能方面，可预置脉搏次数上下告警门限，当脉搏次数测量值超出告警限时，测试仪告警。可将测试仪设置为监护状态或回放状态。在监护状态，测试仪进行定时、连续长时间测量并保存测量数据，在回放状态，回放所保存测量数据。记录数据时应包括其测量时间。可在不小于128×64点阵的屏幕上实现光电脉搏信号波形动态显示。满足发挥部分要求。
五、结论
经过两天的合作，我们组终于按时按要求完成了这次便携式人体脉搏测试仪的制作，制作过程是曲折的，遇到了前所未有的问题，但是我们从总结了很多经验。比如模拟地与数字地之间通过磁珠连接可以提高测量精度，进行运放设计时如果前面有隔直电容，运放必须加大电阻接地，否则由于电容的充放电造成运放的不稳定。我们会在以后的设计中注意这些问题。