课程设计—--电子心率计的设计

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1、 - 1 - 课程设计说明书正文 1：任务分析与方案设计 心率计是用来测量一个人心脏单位时间内跳动次数的电子仪器，由于人体各部位心率一 致，所以通常测量人手臂处的脉搏即可测出人体心率。任务要求测出的心率为一分钟内心跳 的次数，并显示，测量结果要与标准范围作比较，不在标准范围内则报警。 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；将其作为计数控制信号，用基准时间一定 的方波作为计数脉冲在一个心跳周期内计数，计数值 N 与基准时间 T 的乘积就是一次心跳的 时间。再对“60/基准时间 T”个脉冲进行 N 分频，对分频后

2、的信号计数，其计数值则为本次 心率数值。之后计数器计数值输入到显示器中显示，同时，将其输入的频率进行 F/V 转换后 与标准电压值作比较，若，测量值不在标准值范围内则报警，即 LED 灯亮。流程图如下。 2：电路设计，元器件参数计算及选择 2.1：传感器的选择: 电压跟随器 传感器 一级放大电 路 二级放大电 路 二阶有源低 通滤波 电压比较整 形电路 施密特触发 器二次整形 转换为控制 信号 N 值计数 f/v 转换电 路 可预置数计 数器 电压值比较 报警电路 60/T 脉冲发 生电路 N 分频信号 计数 译码显示电 路 - 2 - 红外线检测原理： 随着心脏的博动，人体组织半透度随之改变

3、，当血液流回心脏，组织半透度增大，这种 现象在人体组织较薄的指尖、耳垂等部位最明显。用红外发光二极管产生红外线照射到人体 上述部位，并用装在一旁的红外光电管来检测机体组织的透明度并转换成电信号，其信号频 率与脉搏频率相对应并且其为低频近似的正弦信号。 TCRT5000(L)具有紧凑的结构发光灯和检测器安排在同一方向上， 利用红外光谱反射对象 存在另一个对象上，操作的波长大约是 950 毫米。探测器由光电晶体三极管组成的。 2.2：后级电路的设计： 跟随器： R1 100 3 2 1 411 U1:A LM324 VCC VEE 电压跟随器： 电压跟随器，顾名思义，就是输出电压与输入电压是相同的

4、，就是说，电压跟随器 的电压放大倍数恒小于且接近 1。 电压跟随器的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低，一般来说，输入阻抗要 达到几兆欧姆是很容易做到的。输出阻抗低，通常可以到几欧姆，甚至更低。 - 3 - 在电路中，电压跟随器一般做缓冲级及隔离级。因为，电压放大器的输入阻抗一般 比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的输出阻抗比较小，那么信号就会有相当 的部分损耗在前级的输出电阻中。在这个时候，就需要电压跟随器来从中进行缓冲。起 到承上启下的作用。应用电压跟随器的另外一个好处就是，提高了输入阻抗，这样，输 入电容的容量可以大幅度减小，为应用高品质的电容提供了前提保证 1 。 仿真图： 黄色信号（下）为输入信号。 蓝色信号（上）为输出信号。 由图中可以看出，输入输出信号基本相等。 2.3:放大电路的设计 传感器输出为微弱信号，需进行放大后才便于后续电路的处理。考虑到后续 电路中滤波器电路也具有信号放大的功能，所以放大器的放大倍数不宜过大，初 步选择为 660 倍。设计电路的原理如下： Rf - 4 - 信号输入端信号输入端 信号输出端信号输出端 其放大倍数的计算