心跳计数系统的方案设计

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1、心跳计数系统的方案设计2方案设计2.1方案分析正常人心跳为60~80次/分钟，老年人为100~150次/分钟，婴儿为90~140次/分钟，显然这种信号属于低频范畴。因此，心跳计数系统是来测量低频信号的装置，其基本功能要求（1）要把人体的心跳信号（振动）转换成电信号，这就需要借助传感器。（2）对转换后的电信号要进行放大和整形等处理，以保证其他电路正常工作。（3）在很短的时间内，测量出经放大后的电信号频率值。总之，心跳计数系统的核心是在固定的短时间内对低频电脉冲计数，最后以数字形式显示出来。可见，心跳计数系统的主要组成部分是计数器和数字显示器。2.2列出的设计方案心跳计数系统的上述功能要求，可采用

2、三个不同的方案来实现。（1）把转换为电信号的脉搏信号，在单位时间内进行计数，并用数字显示其计数值，从而直接得到每分钟的脉搏数。报警电路比较电路传感器放大滤波整形计数电路译码显示控制电路图2-2-1方案一系统框图（2）测量心脏跳动固定次数所需时间，然后换算为每分钟的心跳数报警电路比较电路计数电路传感器放大滤波整形四倍频电路译码显示控制电路图2-2-2方案二系统框图21（1）利用单片机写程序来进行控制，既有硬件又有软件，且电路设计简单、抗干扰能力强、稳定性能好、电路成本低、应用范围广等优点，其功能可以通过软件实现，并且实现的方式比较灵活，适合实际应用，是一种很理想的设计方案，但是不宜通过软件进行仿

3、真（4）单片机控制放大滤波整形是否报警传感器显示图2-2-4方案三系统框图2.3方案的比较及选择这三种方案比较起来，第一种更直观，所需的电路结构更简单；第二种方法通过四倍频大大可减少测量的时间，提高效率，但电路结构比较复杂，且测得的没有一分钟稳定；第三种方法既有硬件又有软件，且电路设计简单、抗干扰能力强、稳定性能好、电路成本低、应用范围广等优点，其功能可以通过软件实现，并且实现的方式比较灵活，适合实际应用，是一种很理想的设计方案，但是不宜通过软件进行仿真。况且我们还没学习单片机得知识，要在两周时间内设计出来还是很有难度。通过比较和综合考虑决定采用第一种方案，3系统概述本设计采用压电陶瓷传感器，

4、测量脉搏的跳动，产生微弱的信号，通过放大器将信号放大；然后通过滤波器滤除干扰信号后，整形为脉冲信号；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。再通过74s85让它与预设值进行比较，如果高于或低于标准值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报警，即LED灯亮，再由数码管进行显示。21报警电路比较电路传感器放大滤波整形计数电路译码显示闸门、控制电路图3-1整体设计框图4模块工作原理4.1压电陶瓷传感器传感器工作原理选用合适的传感器，将物理信号转换成电信号输出。传感器的精度、灵敏度、抗干扰

5、能力及安装方式决定了心率的测量精度，因此其选型对整个设计具有决定性的作用。脉搏跳动引起皮肤表面压力的变化，根据这个现象可以通过测量皮肤表面压力的变化而本设计是测量心脏跳动次数。因此，可选用压电陶瓷传感器测量。选择此压力传感器。此传感器具有抗腐蚀能力，传感器没有液体的流动，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠通斯电桥。由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比、激励电压成正比的高度线性度电压信号。通过激光标定，该传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性。其输出信号为0.5—3mV4.2放大滤波整形部分滤波与整形电路。心率信号是低频

6、信号，低频滤波电路可以将放大后信号中的中高频信号滤除，然后通过整形将模拟的不规则的信号转变成便于信号处理的数字脉冲信号。21由传感器出来的电压信号较弱，在毫伏级，需要对其进行放大。所以，设计信号放大电路，将脉搏传感器出来的信号进行放大，使之成为一个幅值适当的信号，便于后续电路的处理。传感器放大电路有源滤波整形电平转换图4-2-1放大滤波整形结构图4.2.1放大电路采用通用运算放大器LM324构成的同相放大电路由于传感器输出电阻比较高，故放大电路采用同相放大器，经测试LM324性能良好，工作可靠，且价格合理，所以本次设计选用此集成运放。原理图如下：图4-2-1-1同相比例放大电路本设计放大电路如

7、图所示：图4-2-1-2放大电路图214.2.2滤波电路理想滤波器的行为特性通常用幅度-频率特性图描述，也叫做滤波器电路的幅频特性。理想滤波器的幅频特性如图所示。图中，w1和w2叫做滤波器的截止频率。图4-2-2-1理想滤波器幅频特性通过与无源滤波器对比可以知道，一阶低通有源滤波器的通带截止频率与无源低通滤波器相同，均与RC的乘积成反比，但是引入集成运放以后，通带电压放大倍数和带负载能力得到了提高