心率类论文例文,与基于单片机的便携式心率测试仪设计相关本科论文范文

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【摘 要 】通过分析心率测试仪的基本原理,采用红外光电对管作为心率传感器,对信号进行放大、滤波和整形后,采用STC89C52单片机作为控制器设计了一款便携式心率测试仪,并实现心率结果可视化.

【关 键 词 】心率测试仪;红外光电对管;单片机

1.引言

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心率测试仪在医学方面具有重要作用,也是身

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体状况的一个重要指标,把心率仪小型化,操作简易,给使用者带来更多便利,就给设计提出了更高的要求.

2.心率测试仪基本原理

心率测试仪主要由三大模块组成:传感器模块、信号处理模块、单片机控制模块.传感器模块主要实现物理量到电量的转换,信号处理模块主要对传感器的信号进行处理,最后得到周期性的矩形波,单片机模块主要读取矩形波信号,然后控制显示器显示相关信息.系统的原路框图如图1所示.

图1 系统原理框架图

3.心率测试仪系统模块设计

3.1 传感器的设计

传感器模块采用的是红外光电对管,在没有红外光照时,红外接受管的电阻很大,当接受管接收到红外光时,它的电阻会变小,而且变化比较明显.随着心脏的搏动,人体组织半透明度随之改变.基于上述特性,将红外对光放在手指两侧,可以在接受管得到变化的信号,经过调试发现,红外对管采集到的信号比较稳定.传感器电路图如图2所示,它的参数为直径:3mm,波长:940nm,工作电压:1.2v,工作电流:20mA,测量距离:<20cm.波段为红外光,受可见光干扰小.其中R2、R3是限流电阻.当手指放到两管中间时,P1的1号脚就会输出有规律性的波形.


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图2 红外对管电路

3.2 信号处理模块设计

信号处理模块包括电压跟随器、前级放大电路、滤波电路、后级放大电路、整形电路等电路设计[1-3].由于红外对管输出的信号比较弱,带负载能力比较差,所以要使用电压跟随器提高带负载的能力.经过电压跟随器出来的波形还是比较微弱,所以还需要前级放大电路.由于输出的信号里面混杂有高频信号和超低频信号,所以需要采用带通滤波器,为了滤波的效果更好,采用低、高通滤波器串接的方式构成带通滤波器.信号经过带通滤波器后,得到的波形幅值还是比较小,因此,要对波形进一步放大.为了使单片机定时/计数器更精确的计数,要对放大后的信号进行整形,整形电路采用双限比较器,最后输出波形为周期性矩形波.信号处理模块电路如图3所示.


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图3 信号处理模块电路

在传感器出来的幅值大约为70mV,前级放大电路的放大倍数Au等于-R7/R4等于-4.7.心跳的测量范围为30-220次/每分钟,低通滤波电路采用二阶有源滤波器,它的截至频率为3.35Hz左右,高通滤波电路采用二阶有源滤波器,它的频率截至频率为0.5Hz左右,后级放大电路放大倍数Au等于-R18/R15等于-10.

3.3 单片机控制模块设计

单片机采用的型号是STC89C52,单片机的定时/计数器可以接受电平信号,先将传感器采集到的心率信号转换成波形信号,然后通过信号处理电路处理输出矩形波,单片机的定时/计数器读取矩形波信号,最后控制显示模块显示心率次数.单片机控制模块如图4所示.

图4 单片机控制模块

4.仿真结果

实验参数输入一个幅值为毫伏级的低频正弦波,通过在proteus软件进行仿真,结果表明,单片机驱动LCD显示能够正确显示每分钟通过的周期数.

5.结束

本文从小型化,操作简易化出发,设计一款便携式心率测试仪,实现心率测试仪大众化.使得在家的使用者也能随时了解自己的心率变化.

参考文献

[1]廖惜春,项华珍,徐秀平等.模拟电子技术基础[M].武汉:华中科技大学出版社,2008.

[2]徐秀平.数字电路与逻辑设计[M].北京:电子工业出版社社,2010.

[3]何桥,段清明,邱春玲.单片机原理及应用[M].北京:中国铁道出版社,2008.

作者简介:

张桀(1991—),男,山西怀仁人,大学本科,现就读于五邑大学,研究方向:电子信息工程.

孙建军(1990—),男,江西万年人,大学本科,现就读于五邑大学,研究方向:电子信息.

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