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1、电子测量技术第33卷第2期嵌入式技术ELECTRONICMEASUREMENTTECHNOLOGY2010年2月基于FPGA的脉搏波信号采集系统研制贺鹏高博(四川大学物理科学与技术学院微电子系成都610064)摘要:介绍基于FPGA并利用双光源对脉搏波信息进行实时采集的方案,阐述了系统的设计原理,并对系统核心部分光源控制电路设计进行了详细描述,最后对系统调试结果进行介绍和分析。系统设计采用自顶向下的层次式设计方法,应用VerilogHDL语言完成,并在QuartusII环境下开发实现。关
2、键词:脉搏信号;红光;红外光;现场可编程门阵列中图分类号:TN06TP212.14文献标识码:ADesignofthepulsesignalmeasurementsystembasedonFPGAHePengGaoBo(DepartmentofMicroelectronics,SchoolofPhysicsScienceandTechnology.SichuanUniversity,Chengdu610064)Abstract:Thepaperintroducesthedesignprincipleofmeas
3、urementonthepulseinformationwhichisbasedonFPGAanddetectedbyduallightsource,anddescribethecontrolsystemofthelightsourceindetail.Inthepaper,wewillanalysisthedebuggingresultsforthesystem.Thesystemusestopdownhierarchicaldesignmethodology,andachievethedesignusingVe
4、rilogHDLlanguageintheQuartusIIplatform.Keywords:pulsesignal;redlight;infraredlight;FPGA0引言随着社会信息数字化步伐的加快,数字集成电路已得到了广泛的应用,电子产品也不断更新换代,因此,应尽量缩短系统的设计周期、减少开发成本。在这种趋势下,本文提出了采用双光源采集脉搏信号,并充分利用FPGA结构灵活、有较强的通用性的特点,实现对采集电路的控制和实时信号的处理,同时有效调节光信号的强弱。本文利图1光在人体组织中传播路径示意图用V
5、erilogHDL语言,在Altera公司提供的QuartusII软当光通过人体组织和血管时可分为两部分,一部分是稳定件平台上实现系统设计,并通过相关实验验证该监测系统成分,该部分主要是反映组织中各种非脉动成分(如肌肉、的准确性。同时,在现代EDA工具(如Matlab)强大的功骨骼、色素、脂肪、水、静脉血等)对光的吸收;另一部分是能的支持下,实现系统的实时信号处理等特点。脉动成分,是由于血管床随心脏搏动而产生的扩张和收缩引起的,主要反映动脉血对光的吸收。因此,通过光电传1双光源脉搏监测基本原理感器检测脉动的光强,就能
6、从脉动量的变化中提取出心率人体组织是强散射介质,光在组织中的运动存在随机性,信息。这就是本文脉搏信号提取的主要理论依据。利用双电源对脉搏信息进行采集时,根据光源与光电传感2系统模块器的位置关系分为透射式检测和反射式检测两种,透射检测方式中光电传感器接收的主要是透过人体组织的散射本文是基于FPGA的脉搏波信号监测系统,采用自顶而下的设计思想,在FPGA中集成发光管的控制模块、光,反射检测方式中光电传感器接收的则主要是在人体组ADC控制模块、串口发送模块和系统控制模块,其大致框织中经过了一段类似抛物线路径后的散射光,如图
7、1图如图2所示。所示。95第33卷电子测量技术Red两个LED交替发光。通过利用DAC芯片TLC5620控制Infrared_C和Red_C端口的电平跳变频率和电压幅值,从而控制LED发光管的发光周期和强度。本文中发光管的发光频率为500Hz,电压幅值可调,每个LED发光时间约持续为500s。2.1.1驱动信号幅值调节设计图2系统总体框架图若发光二极管能够直接接触到人体皮肤则是最佳测试情况,然而现实情况下二极管往往不能够直接接触到人本文利用Altera公司Cyclone系列的EP1C6240C8型
8、体皮肤,比如隔着衣服等,可以通过调节LED的发光强度号FPGA芯片作为处理核心。控制DAC芯片TLC5620以达到最佳的测试条件。该系统运用FPGA芯片,控制的其中两路输出驱动含有两个LED发光管的NELLOORTLC5260转换输出电压的幅值,将输出信号幅值与按键所探头交替发光,并控制单片电流放大模数转换芯片控制的电压附加值的叠
