便携式脉搏测试仪论

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1、摘要系统以16位超低功耗的MSP430G2553作为脉搏测试仪的控制核心模块，利用红外发射管发射红外信号，透过人体手指或耳垂，通过硅光电池接收红外发射管发射的红外信号，利用人体组织的透明度随心脏搏动而改变，从而提取相应的微弱脉搏信息，通过放大与滤波将检测的微弱脉搏信号进行放大处理，通过信号调理电路对信号进行整形，输出脉冲波形送单片机，单片机通过I/O口的中断捕获功能获取脉搏信号周期，结合软件处理，计算出每分钟的脉搏数。另外该系统还包含电源电路、按键电路、显示电路、声光报警电路等。系统采用3.7V电池供电，并利用单片机的低功耗休眠模式降低工作电流，实现低功耗效果。系统通

2、过128X64点阵屏的主菜单栏和分级菜单栏实现各项功能管理，使系统可操作性强、人机交互友好。本系统工作可靠，功能完备，并加入了自己设计的创新点。-7-便携式脉搏测试仪一、方案比较与论证1、单片机的选型本设计使用MSP430G2553单片机为主控芯片，其内部主要资源包括：低功耗16位MSP430微处理器、16KB的Flash存储器，512B的RAM、两个分别带三个捕获功能的定时器模块TA、支持SPI和I2C通信的通用串行接口USCI、10位200-ksps模数A/D转换器、时钟系统和一定数量通用IO口。该款单片机继承了MSP430系列单片机的优点：低电源电压范围：1.8

3、V~3.6V；超低功耗：运行模式--230µA在1MHz频率和2.2V电压条件下,待机模式--0.5µA，关闭模式（保留RAM）--0.1µA；拥有五种节电模式；低于1us的待机唤醒速度；内部超低功耗的低频振荡器，32KHz的晶振，外部数字时钟源；串行板上编程；2线制Spy-Bi-Write接口的片上仿真逻辑电路等。综上所述，由于该设计需要实现低功耗的特点和利用单片机内部的A/D转换器对信号进行模拟采集等，因此适合使用MSP430G2553单片机为主控芯片对系统进行控制。2、光电传感的选择与论证方案一：采用光敏晶体管光电传感器光敏二极管的伏安特性相当于平移了普通的二极

4、管，光敏三极管的伏安特性和光敏二极管的伏安特性类似，但光敏三极管的光电流比同类的光敏二极管大好几十倍，零偏压时，光敏二极管有光电流输出，而光敏三极管则无光电流输出。方案二：采用硅光电池光电传感硅光电池是目前使用最为广泛的光伏探测器之一，具有宽广的光谱响应范围特性，并且它输出的电流与光的强度呈线性关系，同时拥有机械强度高，使用寿命长，稳定性好，可靠性强等诸多优点。由于系统需要输出的电流与光的强度呈线性关系，综合比较，采用方案二。3、显示方式的选择方案一：TFT彩屏采用TFT屏，可以显示更多的信息，并且其响应时间比较短，色彩艳丽,在市场逐渐成为主流显示器，但与单片机通讯时

5、需要的IO接口多。方案二：12864串行液晶屏12864液晶显示器是一种具有4位/8位并行、3线串行多种接口方式，内部含有自带的中文字库点阵图形液晶显示模块。可以显示8×4行16×16点阵的汉字，也可完成图形显示，低电压低功耗是其又一显著特点。综合考虑，该系统需要液晶屏与单片机通讯时IO接口较少故采用方案二。二、理论分析与计算1、光电发射接收参数分析与计算-7-图1光电转换发射与接收电路图发射：采用发射波长范围在600-1000nm的红外发光二极管，发光二极管的压降一般为1.5~2.0V，其工作电流为10~20mA,所以选取R1=100Ω。接收：比较光敏二极管、光敏三

6、极管、硅光电池后，决定采用硅光电池，因为在光源范围内有较高的灵敏度，随光线变换有较好的线性，设计中采用型号为PN66CE的硅光电池。1、脉搏信号参数分析由于我们设计中光电接收与发射采用的是红外发光二极管和硅光电池。由红外发光二极管发出的光透射过手指，经过手指组织的血液吸收和衰弱，由硅光电池接受。由于手指动脉血在血液循环过程中呈周期性的脉动变化，所以它对光的吸收和衰减也是周期性脉动的，于是红外发光二极管的输出信号也就反映了动脉血的脉动变化。图2红外发射接收示意图2、信号采样与处理参数分析与计算3.1前级放大电路图3前级放大电路图前级放大电路由一个反相放大器组成，C2电容

7、去除直流信号，对脉搏信号进行了初步的放大。设置初级放大倍数为10倍。根据A=-R4/R2,选取R2=10K，R4=100K。同时为消除偏置电压，在正输入端和地之间接入R3，大小为R2与R4并联的阻值，选取9.1K。3.2二阶低通滤波器-7-图3二阶低通滤波器图根据f=1/（2πRC），为了消除50hz的工频干扰，设定截止频率为40Hz，故选择R5=75K、R6=75K、C3=0.47uF、C4=0.47uF。3.3后级放大电路图4后级放大电路图根据OUT4=（1+（RP+R10）/R8）*IN3，想要信号放大30倍，R9为平衡电阻，故选择R8=10K