脉搏参数采集Word下载.docx
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同时，还需具有一定的灵敏度和稳定性。
目前常见的脉搏采集方法有：
心电电位方法、光电方法、压力传感器方法、电容传感器方法和电声传感器方法。
由于压电传感器信号容易测量所以选用压电式传感器。
（1）1SC0073传感器
该传感器采用压电复合材料作为换能元件，信号通过特殊的匹配层传递到换能元件上变成电荷量，再经传感器内部放大电路转换成电压信号输出。
该传感器是一种高性能低成本的振动传感器，具有灵敏度高、频率响应范围宽、抗过载及冲击能力强、抗干扰性好、操作简便等特点。
通过测试该型号传感器性能基本满足条件，但是信号稳定性欠佳，尤其是柱状的结构外形，导致其无法与腕带方便的配合。
（2）HK-2000B脉搏传感器
HK-2000B脉搏传感器采用高度集成化工艺将力敏组件、灵敏度温度补偿组件、感温组件、信号调理电路集成在传感器内。
主要特点是灵敏度高、抗干扰性能强、过载能力大、性能稳定可靠、使用寿命长。
实验发现由HK-2000B提取信号绘制的脉搏波形清晰稳定，使用时无需搭建前置放大电路，但体积过大，无法对三个脉位进行同时测量。
（3）PVDF压电传感器
PVDF压电传感器由PVDF压电薄膜构成。
与其他压电材料相比，PVDF压电薄膜具有压电系数大、频响宽、动态范围大、力电转换灵敏度高、机械性能强度高、声阻抗易匹配等特点，且重量轻、柔软不脆。
对该传感器的测试如下：
分辨率、灵敏度等指标均符合要求，而且得到的脉搏波形与HK-2000B获得质量相当。
综合以上对比，本设计方案中选取PVDF压电传感器作为脉搏测量传感器。
3.2前置放大电路
前置放大电路对于脉搏波信号采集来说至关重要，考虑到脉搏信号的特点，为了放大噪声环境中传感器输出的弱信号，对于放大器要求具有：
极高的共模和差模输入阻抗；
很低的输出阻抗；
精确和稳定的增益；
极高的共模抑制比。
基于以上分析，选用ANALOGDEVICES公司生产的低功耗、高精度仪表放大器AD620作为前置放大的核心器件。
AD620是一种低功耗的仪用放大器，特别适合做小信号的前置放大级，经AD620放大后的小信号失真度很小，加一级AD620组成的前置放大，同样可以把系统误差控制在系统设计要求的范围内。
图3.1前置放大电路
C1保证双端输入的信号是相同的，R2，C2共同组成低通滤波器保证信号能够通过，其允许通过的频率为2.41KHZ，AD620内部经典的三运放结构有效的减小了共模输入的干扰如图3.2
图3.2AD620内部电路图
通过调整R3可以改变电路的增益，调整R3使G=5，则根据G=（49.4K/R3）+1得R3
12.35KΩ，所以选用可变电阻为20KΩ。
3.3信号滤波电路
脉搏信号的特点如下：
（1）强干扰下的微弱信号。
由于脉搏信号幅度很小，大约是微伏到毫伏的数量级范围。
因此，极容易引入干扰，这些干扰有来自50Hz的工频干扰，有来自肌体抖动、精神紧张带来的假象信号等。
（2）频率低但能量相对集中的信号。
人体的脉搏频率非常低，约为0．5～4Hz，一般情况下为1Hz左右，脉搏信号可看成一个准直流信号，也可看成是一个低频交变信号。
根据脉搏功率谱能量分析，健康人脉搏能量绝大多数分布于1～5Hz，10HZ以下的信号占据99%。
，而病人脉搏在1Hz以下和较高频段（如5Hz以上或10Hz以上）仍有相当一部分的能量分布,
（3）复杂且易变的随机信号。
脉搏信号因人体生理、病理、心理的不同而不同，又受环境、时间、气候的影响，表现出同一个人在不同的时间、地点有不同的脉象，有时也会有不同的疾病表现出相同的脉象，温度对传感器的影响信号输出频率主要是在0.5HZ一下。
综上所述，只要设计出一个0.5HZ~20HZ的带通滤波器即可。
本系统的滤波电路采用双运放LM358。
LM358是双运放集成电路，封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式，其管脚图如图6所示。
它内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器。
其主要特性：
短路保护输出；
真差动输入级；
单电源工作：
3．0～32V；
低输入偏置电流；
具有内部补偿；
共模范围扩展到负电源。
带通滤波电路结构如图3.3所示。
图3.3滤波电路
R4，C4、R5，C5组成了二阶低通滤波器。
其截止频率为f0=1/（2π*R4*C4）。
取R4、R5阻值为3.6KΩ，则C4，C5=1/（2π*R4*f0）=1/（2*π*3600*40）
1.1uF。
则：
f0=1/（2*π*3600*1.1*
）
40.2HZ;
R6,C6组成高通滤波器，其接孩子频率为f1=1/（2π*R6*C6）。
取R6=33KΩ，C6=1/（2π*R6*f0）=1/（2*π*33000*0.05）
10uF
f1=1/（2*π*33000*100*
0.48HZ;
如果在一阶RC低通电路的输出端，再加上一个电压跟随器，使之与负载很好隔离开来，就构成一个有源RC低通滤波电路，由于电压跟随器的输入阻抗很高，输出阻抗很低，因此，其带负载能力很强
3.4二级放大电路
其目的是把信号放大到适合A／D转换的要求，从而使前置放大器的放大倍数不至于太高而产生波形的失真。
因为前置放大后信号的大小为50mV，因此后级放大倍数为100。
二级放大电路结构如图3.4所示。
图3.4二级滤波电路
此电路为同相比例放大器，放大增益为R9/R10=10K/20=500
图3.5各个信号采集点波形
1是信号源，2是U1输出，3是U2输出，4是U3输出。
3.5单片机、AD、串口、LED系统
图3.6单片机AD、串口、LED系统
3.5.1AD转换电路
如图3.6，U3是AD转化芯片，本系统中采用美国TI公司生产的多通道、低价格的模数转换器TLC1543，这款芯片除了高速的A／D转换器和通用的控制能力外，内部还有14个A／D转换通道，其中11个通道可以作为外部输入的模拟电压，3个通道是芯片内部的自测电压。
其采样一保持功能自动进行。
本电路从AD12通道输入。
3.5.2单片机电路
如图3.6，U4是AD89S52，AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
3.5.3串口接口电路
如图3.6，U4MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v单电源供电。
有以下几点：
1、符合所有的RS-232C技术标准2、只需要单一+5V电源供电3、片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10V和-10V电压V+、V-4、功耗低，典型供电电流5mA5、内部集成2个RS-232C驱动器6、高集成度，片外最低只需4个电容即可工作。
3.5.4LED显示电路
芯片为共阴极显示芯片。
3.6电源电路
为了避免引入50Hz工频信号对电路的干扰，因而选用干电池供电，干电池提供的电压为7．5V。
为了达到较好的供电质量，在电路中选择LM2940稳压芯片，将7．5V左右的电压稳定到5V。
如图3.7所示。
C1上边出来是+5V，C2下边出来是-5V电路。
图3.7电源电路
4软件部分
AD转换
计算
数码管显示
串口发送
/*****************************************************
文件名：
AD采样及频率显示
*****************************************************/
#include<
reg52.h>
#include<
intrins.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
uintnum;
ucharport,m;
ucharge,shi,bai,qian;
sbitAD_eoc=P1^4;
sbitAD_clk=P1^3;
sbitAD_add=P1^1;
sbitAD_dat=P1^0;
sbitAD_cs=P1^2;
//单片机引脚配置
ucharcodeled7[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
//0~9共阴极代码
//ucharcodeledd7[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};
//0~9带小数点的共阴极代码
/*******************************************************
函数名：
延时函数delay，带参数
参数：
j,k
返回值：
无
功能描述：
延时几毫秒
*******************************************************/
voiddelay（uintz）//延时程序ms级别
{
uintk;
for（z;
z>
0;
z--）
for（k=110;
k>
k--）;
}
显示函数voiddisplay（）
num
显示某个数字
voiddisplay（）
{
qian=num/1000%10;
bai=num/100%10;
shi=num/10%10;
ge=num%10;
P0=led7[qian];
P2=0xFE;
delay（5）;
P0=0x00;
P0=led7[bai];
P2=0xFD;
P0=led7[shi];
P2=0xFB;
P0=led7[ge];
P2=0xF7;
AD采样函数voidADC（ucharchn1）
将AD采样的电压值送出
uintADC（ucharchn1）
{
uchari;
ucharaddr8;
//通道地址
uintADresult;
//转换码
AD_eoc=1;
AD_cs=0;
_nop_（）;
addr8=chn1;
addr8<
<
=4;
/*for（i=0;
i<
10;
i++）
AD_clk=0;
_nop_（）;
AD_add=（bit）（addr8&
0x80）;
AD_clk=1;
addr8<
=1;
}*/
for（i=0;
4;
{
AD_clk=0;
addr8<
}
6;
AD_cs=1;
while（!
AD_eoc）;
//查询到转换结束
ADresult=0;
//CSfallingedge开始传数据
ADresult<
m=AD_dat;
ADresult+=m;
return（ADresult）;
/*串口通信
bitread_flag=0;
voidinit_serialcom（void）//串口通信初始设定
SCON=0x50;
//UART为模式1，8位数据，允许接收
TMOD|=0x20;
//定时器1为模式2,8位自动重装
PCON|=0x80;
//SMOD=1;
TH1=0xFD;
//Baud:
19200fosc="
11"
.0592MHz
IE|=0x90;
//EnableSerialInterrupt
TR1=1;
//timer1run
TI=1;
}
//向串口发送一个字符
voidsend_char_com（unsignedcharch）
SBUF=ch;
while（TI==0）;
TI=0;
//串口接收中断函数
voidserial（）interrupt4using3
if（RI）
RI=0;
ch=SBUF;
read_flag=1;
//就置位取数标志
voidmain（）
voidmain（）
while
（1）
port=0x0a;
num=ADC（port）;
display（）;
if（read_flag）//如果取数标志已置位，就将读到的数从串口发出
read_flag=0;
//取数标志清0
send_char_com（ch）;
结论
本文通过脉搏的传感器模块和脉搏信号处理电路模块和系统主控电路模块成功的综合采集脉搏信号，并经过单片机控制和在计算机上显示，可以融合处理与分析获取脉搏等特征参数，利用智能化的信息融合方法分析人体的心血管功能是否正常，系统具有实时性好、可靠性高等优点。
但是在以下几个方面还可以做进一步研究和努力。
首先，本系统虽然实现了脉搏的波形显示，但是由于硬件条件的限制，显示波形是用示波器代替PC机。
如果在PC机上显示还可以应用VB编程语言实现两种信号波形的精确定位的，便于医生诊断。
另外为了使系统更具有实用性，今后还可以增加心电信号的采集显示。
在波形显示方面，以后还可以改用Labview来实现，增加波形显示和回放功能。
更进一步的，进行脉搏信号的各种分析，包括时域、频域分析及二者之间关联性的分析研究，为系统的实际应用打好基础。
本文设计应用中，主要进行了以下几方面的工作:
（1）本文在前半部分详细系统比较了压力检测方法的优缺点及为何选用压电传感器，这使我们更加了解本设计的设计目的及要求。
（2）在了解压电传感器传感器工作原理的基础上研究和分析了系统设计方案，并对测距系统中遇到的不同的场景进行了分析；
（3）完成脉搏参数采集系统的硬件选型和电路设计；
（4）完成脉搏参数采集系统的软件流程图设计；
（5）对脉搏参数采集系统进行了测距试验和误差分析
参考资料
[1]康华光.模拟电子技术基础.1997
（1）:
33-38
[2]XX文库
[3]王国力，赵子婴，白金星.PVdF压电薄膜脉搏传感器的研制.
[4]张毅刚，单片机技术.2007,2:
268-270
[5]邓东云,林家瑞.一种生理弱电信号的模拟处理电路的设计[J].中国医疗器械杂志,1994,18（5）:
262-265.
[6]乔爱科,伍时桂.动脉中的脉搏波理论[J].生物医学工程学杂志,2000,17
（1）:
95-96.
[7]蔡轶晰,沈兰荪,黄祥林.脉象分析仪的研究进展[J].电子测量与仪器学报,2002,16（4）:
23-24.
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