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1、武汉纺织大学课程设计任务书 课题名称： 心跳速率检测器 完成期限： 2016年06月20日 至 2015年6月23日 院系名称 机械工程与自动化学院 指导老师 周国鹏 专业班级 测控技术与仪器 指导教师职称 学生姓名 你好毒 院系课程设计（论文）工作领导小组组长签字 推荐精选目 录摘要2一、设计任务书 3二、总体设计 5 2.1心跳检测系统原理5 2.2总体电路框图设计5三、心率检测单元电路设计6 3.1传感器6 3.2放大电路设计6 3.3滤波电路设计7 3.4整形电路设计9 3.5外部定时电路设计 10 3.6计数器电路设计 12 3.7锁存器和显示电路设计 13四、总电路及原理分析14
2、4.1 心跳心率计原理说明 14 4.2电路仿真 14五、设计心得体会15 附表：电路总图16推荐精选摘要在党的英明领导下，中国的经济飞速发展，人们的生活水平也提高了，膳食结构发生了巨大的变化，加上人们对运动的不重视，人类因各类突发性疾病的死亡率逐年提高，心血管疾病已成为威胁人类健康的多发病，而且发病率逐年提高，发病年龄也出现下降趋势。根据中国医学协会的统计有近60%的心脏类疾病的死亡是发生在家庭和社区范围内的。如果在心血管疾病病发的早起就能发现心率的异常，及时通知家属，就能及早就医。医学实践表明，心脏类疾病如果可以及时发现并做恰当处理，则患者有70%-80%的生存率。因此，研究设计出一种具有
3、性能稳定、成本低、体积小、重量轻，抗干扰能力强，且方便携带的心率测量仪，将具有很好的发展前景。本设计工作原理是利用压电传感器接收到人体信号，通过电路中的放大电路将信号放大，通过滤波电路将干扰信号滤去，整形处理，使用外部定时器进行一分钟定时，计数器处理完成后由三位数码管显示出来。该心跳监控系统可以便捷的测量出人体的心跳，基本实现预定的目标，且方便携带。关键词：脉搏，心跳速率，电路，设计推荐精选 设计任务书一、课题训练内容设计一个心跳速率检测器，实现以下目标：1、能完成对人体心跳速率的检测，测试位置可以为任何理论上可进行测试的位置，但必须说明选择理由以及所选位置和方法测试结果与实际结果的误差范围，
4、并给出补偿方法；2、能用3位7段数码管完成心跳速率的显示，按分钟给出；3、需要指出设计依据，即心跳检测传感器信号输出类型与信号频率与幅度，并按上述数据建立一个仿真模型（至少是部分模型，如信号放大部分等），在protel99se或类似仿真软件中进行仿真。要求在设计中不得使用单片机等类似器件，否则判为零分，使用分立的模拟和数字器件进行电路设计并给出设计说明。分钟时间的提供如果感觉困难可以用外部定时器，如现成的定时器或单片机时间定时等，但现成器件仅能用于完成分钟时间确定，不得提供其他信号或输出。对每部分单元电路都必须说明功能与信号流向与信号接口，并注明接口信号仿真波形。主要是培养学生应用基本电子电路
5、知识的能力，要求学生能独立或按组完成一个选定的设计题目，能在老师的指导下完成如下工作：1、设计方案选择与确认；2、设计框图的构思与绘制；3、原理电路图的绘制；4、对原理电路的仿真与修改；5、元器件选择；6、课程设计说明书的撰写。二、设计（论文）任务和要求（包括说明书、程序、图纸、等具体要求）1. 设计方案选择与确认；设计框图的构思与绘制；原理电路图的绘制；对原理电路的仿真与修改；元器件选择；实际电路的制作与调试；2. 不能使用单片机或类似处理器进行数字信号处理，必须使用基本逻辑门电路构建数字电路部分，时钟可以使用集成器件提供；推荐精选3. 说明书正文（不含目录）不少于10页，小4号宋体，1.5
6、倍行距，页面设计参考本页，标题用4号黑体；4. 提供完整的电路原理图与仿真结果图； 5. 按要求时间提交课程设计。三、课程设计（论文）主要参数及主要参考资料1. 电子技术基础模拟部分 康华光版 第五版2. 电子技术基础数字部分 康华光版 第五版3. 电子技术课程设计指导 编著韩建, 全星慧, 周围4. 电工电子技术:电子技术与计算机仿真 范小兰主编5. 单片机原理与嵌入式系统设计:原理、应用、Protues仿真、实验设计/张齐, 朱宁西, 毕盛编著6. 电子线路CAD实用教程 潘永雄等编著 陕西：西安电子科技大学出版社，2006推荐精选总体设计2.1 心跳检测系统原理 心跳心率是一种重要的生理
7、参数，它反应了人体心脏工作的频率。心跳心率的数值根据个人的年龄、性别及其他生理情况而不同。各种心跳分析，都是要通过对心跳心率的计数来完成的。 采用压电传感器的心跳心率检测系统的基本检测原理为:随着心脏的搏动，人体手腕的脉搏及颈部的搏动较为明显，我们采用压电传感器放在上述位置，把压电传感器测到的信号放大并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的。2.2 总体电路框图设计 锁存器 显示器 传感器 计数器调理信号（放大、滤波、整形） 定时器 1.传感器：将脉搏转换成相应的电脉冲信号.2.调理信号：放大电路将传感器输出信号放大；低通滤波器将干扰信号滤除；整形电路将正弦波整成脉冲信号。3.定
8、时电路：要测定一分钟内的心跳次数，必须要有准确的定时电路。为了便于实现，减少电路单元，本次设计我们设定时间隔60s。4.计数器：计数器是记录心跳次数所必需的。要求此计数单元具有清零重新计数的功能。推荐精选5.锁存器：对心跳心率产生的电平的存储。6.显示器：正确显示心率。为了便于读数，应选择十进制显示器。心率检测单元电路设计3.1传感器 采用动态微压传感器，如下图所示，是一种高性能、低成本的压电式小型压力传感器，产品采用压电薄膜作为换能材料，动态压力信号通过薄膜变成电荷量，在经传感器内部放大电路转换成电压输出。该传感器具有灵敏度高，抗过载及抗冲击能力强，抗干扰性强、操作简便、体积小、重量轻、成本
9、低等特点，广泛应用于医疗、工业控制、交通、安全防卫等领域。SC0073 压电薄膜脉搏传感器，具有灵敏度高，频率响应范围宽，抗过载及冲击力强，搞干扰性好，操作方便等特点。 是一种高质量的心音脉搏传感器。该传感器具有良好的低频应响，可以方便地测试劲动脉搏，可以与国内外有关的生理记录相配。 3.2放大电路设计 3.2-1放大电路推荐精选 上两图为OP27AP，其中1-调零2-负输入3-正输入 4-电源负5-NC 6-输出 7-电源正8-调零 此放大电路属于电压串联负反馈，heartbeat为正弦输入，o3为输出为了使集成运放反向输入端与通向输入端的对地电阻一致，R11、R12、R13的阻值应满足以下
10、关系：R11=R12/R13输入输出关系为Av=Vo/Vi=1+R13/R12由于输入最大0.2V左右，为了便于信号的输出和处理初步设定电路总放大倍数为25倍，故设R11=0.96k，R12=1K，R13=24K。理论上，当输入0.1v电压时，输出为2.5V。 3.2-2放大电路波形 由上图可知，放大电路达到预定要求。3.3滤波电路设计 推荐精选 3.3-1滤波电路 上两个图是UA742的引脚图影响电路信号的是高频的信号，按人体脉搏在运动后最高跳动次数达240次/分计即4HZ算来设计低通滤波器，而且频率很低（如脉搏50次/分钟为0.78Hz，200次/分钟为3.33Hz），并且还伴有各种噪声干
11、扰，故该信号要经过R、C低通滤波，去除高频干扰。采用简单的二阶电路当R4=R14=R=1M，C3=50nF,C4=10nF时，f0=W0/2,W02=(f02)2=1/R14*R15*C1*C2f0= 7.12HZ.此为上限截至频率。 3.3-2滤波后的波形 低通滤波器容许低频信号通过, 但减弱(或减少)频率高于截止频率的信号的通过，然而会出现输出延迟。对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。一个理想的低通滤波器能够完全剔除高于截止频率的所有频率信号并且低于截止频率的信号可以不受影响地通过。实际上的转换区域也不再存在。一个理想的低通滤波器可以用数学的方法（理论上）在频域中用信号乘以推
12、荐精选矩形函数得到，作为具有同样效果的方法，也可以在时域与sinc函数作卷积得到。滤波器对于实际真正的信号来说是不可实现的，这是因为sinc函数是一个延伸到无穷远处的函数，所以这样的滤波器为了执行卷积就需要预测未来并且需要有过去所有的数据。照理说能在频率分析中看到截止频率，然而并没有，因为这个软件要纯英文才能使用这个部分，我已经在下载路径上使用了中文，故一直不能显示实际截止频率。3.4整形电路设计 图3.4-1整形电路心率计设计中，整形电路的主要作用就是将经过放大、滤波的模拟信号转换成数字脉冲信号，当然这是在不改变信号频率的前提下完成的。将模拟信号转换成数字脉冲信号的方案，可以有以下两种可供选择：一是利用电压比较器，二是利用555时基电路组成的滞回比较器作为整形电路。这里我选用的是过零比较器。零比较器，顾名思义，其阈值电压UT=0V，电路如图3.4-2所示。集成运放工作在开环状态，其输出电压为+UOM或-UOM。当输入电压ui0V时，UO=-UOM。因此，电压传输特性如图3.4-3。推荐精选 图3.4-2 过零比较器
