便携式红外线心率计和计步器

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1、便携式红外线心率计和计步器结题报告项目负责人：郭辉项目名称：便携式红外线心率计和计步器指导教师：张珂参加学生及班级：06电气1班郭辉06电气2班朱卫贤2008年12月25日1．实训目的通过对红外心率计、计步器的电路布局、安装、调试，让同学们了解电子产品的生产工艺流程，掌握常用原器件的识别和测试及电子产品生产的基本操作技能。培养学生的动手能力和思考能力。2.实训要求（1）能看懂红外心率计、计步器的原理框图，原理图。（2）掌握血液波动检测电路、放大滤波整形电路、单稳态电路以及显示电路的原理，并能够运用；（3）了解并掌握电路中用到的LM358芯片、74HC123芯片、H

2、C4040芯片和ICL7106芯片的工作原理；（4）学习绘图软件Protel99se的使用方法，并要求能够绘制原理图和PCB图；（5）独立完成红外心率计、计步器的电路布局，元器件安装、调试。（6）运用电路知识，分析、排除调试过程中遇到的问题。（7）完善电路功能，在原有功能基础上能够创新电路，适当增加功能。3.红外心率计、计步器原理具体工作原理：红外心率计具体工作原理如下：红外心率计电路由血液波动检测电路、放大滤波整形电路，单稳态触发电路以及显示电路组成，原理框图如图1所示：血液波动检测电路放大滤波整形电路单稳态电路显示电路图1红外心率计电路框图（1）血液波动检测电

3、路血液检测电路首先通过红外线传感器把血液中波动的成分检测出来，然后通过电容器耦合到放大器的输入端。电路如图2所示：+5R30R311K20KU3C710uFGNDOPTOISO1GND图2血液波动检测电路原理TCRT5000红外光电传感器的检测方法如下所述。首先用数字万用表的二极管档位测试控制端发射（浅蓝色）的正、负极，将红黑表笔分别接发射管的两个引脚，正反各测一次，表头一次显示“1.0V”左右，一次显示溢出“1”，则显示1.0V的那次正确，红表笔接的是正极，黑表笔接的是负极。若两次都显示“1”，说明发射管内部开路，若两次都显示“0”发射管内不短路。然后再判断接收

4、管的c、e极，数字万用表电阻2M档，红、黑表笔分别接触接收管二引脚，若表头阻值为几十K显示，红表笔的为c极，黑表笔接的为e极；若表头显示“1”，黑表笔接的为c极，红表笔接的为e极。血液波动检测电路的工作原理：TCRT5000是集红外线发射管、接收管为一体的器件，工作时把探头贴在手指上，力度要适中。红外线发射管发出的红外线穿过动脉血管手指指骨发射回来，发射回来的信号强度随着血液流动的变化而变化，接收管把反射回来的光信号变成微弱的电信号，并通过C1耦合到放大器。（2）放大、整形、滤波电路放大、整形、滤波电路是把传感器检测到的微弱电信号进行放大、整形、滤波，最后输出是能

5、反映心跳频率的电压。电路如图3所示：R33300KR36300KC9GND4104U4AR32U4B2C8R353K16C10D2IN41483KLM35837LM35810uF5C1310uF10uF8R41D3R42R3920KC14IN414851k1uF10KR4010k+5GNDGNDGNDGNDGND图3放大整形滤波电路放大电路中采用LM358芯片，该芯片具有工作电压较低（直流5V），性能稳定的特性，在该电路中采用此芯片较为合适。另外，由于人的心跳产生的信号十分微弱，放大电路采用两级反向放大，放大到幅度为2--5V左右的信号。输出波形是跟输入波形同相且

6、放大了的波形。放大后的波形是一个交流信号。在接电源旁边接一个电容起到滤波、抗干扰作用。经过整流（D2二极管）后的电压波形为一个正弦半波。比较电路中采用的是LM358芯片，放大电路的输出信号通过一个比较器，输出为一个方波（2管脚的比较电压根据3管脚实际输出电压大小设定，一般取0.8V左右）。单稳态电路中，将比较器输出的矩形波输入74HC123触发器的B管脚，使不同频率的输入信号（心率的不同）输出占空比不同的方波。再经过滤波后输出的电压大小就不相同，通过标定电压大小与心率频率的关系就可以通过电压值读出心率频率的大小。原理如图4所示：：+5+5C11R37104R385

7、1K50kGNDU6B87RCextU5A3C12110uF26CextR44LM35895GNDAQR43410B20K1112C1510K+5CLRQ47uFGND74HC123GNDGND图4比较电路和单稳态电路计步器具体工作原理如下：计步器电路由霍尔传感器、4040计步电路，显示电路组成。主要原理是：当人行走时带动磁铁的震动，使磁铁接近霍尔传感器。每接近一次，传感器感应后输出低电平脉冲，经过计数芯片HC4040的转换作用后变成二进制数据，再经过一个电阻网络后变成直流电压。由此，人每走一步电压会变化一次，输出电压会平稳的累加。调节电位器的值，使输出电压以1m

8、V的增量增