1、电子心率计设计 1 一 摘要 随着社会的发展与进步，我们的生活节奏也越来越快，面对每天繁 忙的工作生活，我们不一定能像以前那样定期抽出时间去为自己身体做 一次体检。而事实上我们身体承受的负荷却越来越大，相比于以前我们 需要给自己的身体以更多的关注，甚至是时刻了解它的健康状况。身体 的健康与否在很多方面都会有所体现。比如一个人的心率值就基本能反 映一个人心脏是否正常工作的。大家都知道心脏是我们人体中最重要的 器官之一，使我们生命的源动力。所以我们能时刻了解它的状态是很重 要的。由于我们平时不一定总是能抽出时间去做体检，所以我们需要一 个简单的，便于操作的，可靠性高的仪器来帮助我们在短时间内测到我
2、 们的心率值。让我们能及时了解到我们现在心脏以及身体的状态。 心率的生理意义 人的心脏比握紧的拳头稍大，平均重量为300g。它是人体内“泵器 官”，负责人体血液循环。心脏每天跳动超过10万次，累计使8千多公升 的血液，流经约1万9千公里长的动静脉，从而维持血液循环。心脏有四 个腔，分别是左心房、右心房、左心室和右心室。右心房接受全身各器 官回流的含氧低静脉血并输入右心室，右心室把血液泵入肺脏进行氧气 与二氧化碳的气体交换。左心房将自肺脏返回的含氧高的动脉血输入左 心室，左心室再将血液输送至全身器官。从我们出生的那一刻起，心脏 便24小时不停地工作，为全身输送氧气和养分。心脏能够这样周而复始 地
3、有规律地工作，是因为心脏有一个天然的起搏器窦房结，它能自 发地、有节律地发放电脉冲，并沿着结间束、房室结、希氏束和左右束 支这一固定的激动传导途径由上向下传遍整个心脏，使心脏各个腔室顺 序收缩，完成运送血液的工作。心脏的正常工作要求心脏节律发放和传 导系统的结构和功能正常。心率(heart rate)指心脏分钟搏动的次数， 它能够反映心脏的工作状态。正常心率决定于窦房结的节律性，成人静 电子心率计设计 2 息时约60100次/min，平均约75次/min。心率可因年龄、性别及其他因 素而变化。初生儿心率约130次/min，随年龄增长而逐渐减慢，至青春期 乃接近成人的心率。女性心率比男性稍快；运
4、动员心率较慢。成人安静 心率超过120次/min者，为心动过速；低于40次/min者为心动过缓。心率 受植物性神经和体液因素调节。安静或睡眠时，心迷走中枢紧张性增高， 心交感中枢紧张性降低，心率减慢。运动、情绪激动、精神紧张时，心 迷走中枢紧张性降低，心交感中枢紧张性升高，心率加快。肾上腺素、 去甲肾上腺素、甲状腺素等体液因素也会增快心率。此外，体温每升高 1，心率加快1220次/min。 二 任务分析及总体设计方案 在认真学习和研究了任务指导书后，在老师的指导与启发下，我初 步定下了自己的方案。经过和同学们的集中讨论与研究和数次李老师耐 心的讲解与分析，方案在我脑海中逐渐清晰。通过自己的对个
5、别知识的 再次学习与网上资料的查阅，最终确定下方案。 2.1任务分析 所设计的电子心率计要求实现在短时间内测量 1 分钟的心脏跳动次 数，并且显示其数字。当心脏跳动次数超过正常范围时，发出异常指示 （LED 发光二极管发光报警指示） 。正常范围可根据需要设定，性能指 标： 测量范围：正常心跳次数成人为 6090 次/分钟，婴儿为 90120 次/分钟，老人为 100150 次/分钟，正常范围可以设定； 测量精度：测量误差4 次/分钟； 报警指示：采用 LED 发光二极管。 基于以上任务要求，经过详细分析得到了如下结论： 由于从红外线传感器送来的信号很微弱，一般为（25mv） ，并 且叠加了很多
6、干扰及噪声， 这就需要信号放大、 滤波与整形电路； 电子心率计设计 3 要想在短时间内实现对 1 分钟的心率进行测量（本设计采用 15 秒测量） ，这就需要倍频器（4 倍频）和基准时钟定时器（15 秒） ； 由于最后要显示其测量数字， 这就需要计数器、 译码器和显示器； 由于最后要用 LED 报警显示，并且成人、婴儿、老人的心率正常 范围不一样，所以还需要控制器、比较器和报警器。 所设计的红外线电子心率计的核心是在固定的短时间内对低频电脉 冲信号进行计数，最后以数字形式显示出来，并且把计数得到的值与正 常范围的上下限进行比较，以实现对成人、婴儿和老人的报警指示。 2.2 总体设计方案 设计方案为:采用传感器，量脉搏的跳动，出微弱的信号，入放大器 中放大；后通过滤波器滤除干扰信号后，将形整形为方波或脉冲信号； 后经过倍频器增加信号的频率，输入计数器中计数，时通过定时器控制 计数的时间，后得出一分钟内脉搏次数即为心率。计数器计数值输入到 显示器中显示，同时，将其输入到数值器中与比较器预设值即标准值作 比较，若，测量值不在标准值范围内则
