专业：自动化（控制）姓名：学号：日期：2015-07-25地点：实验报告课程名称：暑期实验技能训练指导老师：成绩：实验名称：脉搏测量仪实验类型：硬件同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填）三、代码缺陷及修正记录五、讨论、心得二、实验内容和代码（必填）四、实验结果与分析（必填）一、任务与要求设计制作一个脉搏测试仪，利用红外发射、接受传感器对手指末端血流变化的检测，间接检测出脉搏信号，并在数码管上显示每分钟所测人体脉搏数，要求测量稳定、准确。1．测量范围：0~240次/min；2．由于所测信号很微弱，易受干扰，必须加滤波电路。按正常人脉搏数为60~80次/min，老人为100~150次/min，在运动后最高跳动次数为240次/min设计低通放大器。5Hz以上是病人与正常人脉搏波体现差异的地方，应注意保留。因此特征频率取8Hz左右；3．测量精度：+-5%；4．采用+5v单电源供电；二、方案设计1.设计时要考虑的问题由于人体的脉搏信号具有频率低、幅度小干扰大，不稳定度低，随机性强等特点，使得对脉搏信号的采集放大电路的设计提出了很严格的要求，尤其是抗干扰变为十分重要，需要设计低通滤波器进行滤波。选择放大器时需要从增益、频率响应，输入阻抗，共模抑制比，噪声，漂移等几个方面加以综合考虑。抗干扰（1）工频50HZ干扰及其各次谐波使用频率为50HZ的市电的电子仪器设备会对检测系统会产生较大的干扰，其幅值大约是脉搏信号峰峰值的50%，是主要的干扰源（2）肌电干扰肌肉的收缩会产生微伏级的电势，其幅值大约是脉搏信号峰峰值的10％，维持时间大约是50ms，频带范围可以在0HZ~10000HZ。（3）由于呼吸引起的基线漂移和ECG幅度变化呼吸引起的基线漂移可以看成是一个以呼吸的频率加入ECG信号的窦性成分（正弦曲线），这个正弦成分的幅度和频率是变化的。呼吸所引起的ECG信号的幅度的变化可以达到15％。基线漂移的频率是从0.15～0.3HZ。低噪声、低漂移在脉搏信号放大器中，由于增益较高，噪声和漂移是两个较重要的参数。脉搏信号放大器运行过程中的噪声主要表现为电子线路的固有热噪声和散粒噪声，这些都属于白噪声，其幅值为正态分布。为了获得一定信噪比的输出信号，对放大器的低噪声性能有严格要求。另外，温度变化会造成零点漂移，漂移现象限制了放大器的输入范围，使得微弱的缓变信号无法被放大。而脉搏信号具有很低的频率成分，为了能正常测量，必须采取措施来限制放大器的漂移。所以放大器应选用低漂移，高输入阻抗并且具有高共模抑制比的集成运放电路。2.方案论证正常成年人的脉搏次数是60-80次/min，老年人则为100-150次/min，显然这种信号属于低频范畴。因此，脉搏计时用来测量低频信号的装置，根据任务要求可知，要把人体的脉搏（振动）信号装换成点信号，这就需要借助于传感器。对装换后的电信号要进行放大和整形等处理，以保证其他电路工作正常。脉搏计的核心是在固定的短时间内对低频电脉冲信号计数，最后以数字形式显示出来，这可以用频率测量的原理来实现，脉搏计的主要组成部分是计数和数字显示器。要满足上述脉搏计功能的要求，可以实现的方案有很多，现提出两种不同的方案。方案一：对装换为电信号的脉搏信号在单位时间内（1min）进行计数，并用数字显示其计数值，从而直接得到每分钟的脉搏数。测量时间越短，误差也就越大。方案二：测量脉搏计跳动固定次数（例如5次，10次）所需的时间，然后换算为每分钟的脉搏次数。这两种方案均采用频率测量的基本原理来实现。相比较而言，第一种方案更直观，所需的电路结构更简单；第二种方案的测量误差比较小，但实现起来电路要复杂些。为了使脉搏计轻巧而且便宜，这里准备采用第一种方案。3.方案设计总体框架脉搏测量仪系统总框图，如下图所示，系统由5部分组成：传感器电路、放大与整形电路、基准时间产生电路、控制电路、计数译码显示电路。各电路的作用如下：传感器：将脉搏跳动信号装换为与此相对的电脉冲信号。放大与整形电路：将传感器的微弱信号放大，整形除去杂散信号，获得标准计数脉冲。基准时间产生电路：产生短时间的控制信号，以控制计数时间。控制电路：保证在基准时间控制下，将放大整形后的脉冲信号送到计数译码显示电路。计数译码显示电路：读出脉搏数，并以十进制数的形式有数码管显示出来。传感器的选择（1）压电式传感器目前常用的是一次性心电电极,它是用印刷方法制得的Ag/Agcl传感器。这种传感器采用接扣与敏感区分离的方法,能明显的减少由于人体运动产生的干扰。电极的好坏对采集到的心电信号质量起着至关重要的作用,采用的电极应有贴力强,能紧附在人体表面,柔软、吸汗、极化电压低、导电性良好等特点。当选用电极传感器时,需要3个电极