【正文】 目錄 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)基于壓電傳感器的心率計(jì)的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與仿真學(xué) 院： 專 業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2010 年 6 月摘 要脈搏波所呈現(xiàn)出來(lái)的形態(tài)、強(qiáng)度、速率和節(jié)律等方面的綜合信息，能反映出人體心血管系統(tǒng)中許多生理疾病的血流特征。根據(jù)人體脈搏信號(hào)特征，本文設(shè)計(jì)了一種脈搏波動(dòng)頻率測(cè)量系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)的壓電傳感器基礎(chǔ)上的心率計(jì)，原理結(jié)構(gòu)主要由六部分組成，其中包括：測(cè)量電路、放大電路、濾波整形電路、計(jì)數(shù)顯示電路、控制電路、電源供電電路。其中傳感器的選取是設(shè)計(jì)中的首要任務(wù)，其次就是信號(hào)的放大及計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵點(diǎn)是計(jì)數(shù)電路中計(jì)數(shù)方式的選擇。顯示電路可以借助傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模塊作為參考。利用壓電傳感器，將人體的脈搏通過壓電陶瓷片轉(zhuǎn)換為可處理的電信號(hào)，經(jīng)過集成運(yùn)算放大器、濾波電路、整形電路等模塊，在555時(shí)基電路、數(shù)碼顯示、控制、計(jì)數(shù)等電路元件的配合下，利用Multisim2001仿真軟件，可以實(shí)現(xiàn)此心率計(jì)的仿真設(shè)計(jì)。各個(gè)電路模塊，根據(jù)其功能特點(diǎn)均有多種方案選擇，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中，利用所掌握的理論知識(shí)，對(duì)各種方案做出比較，并要求選擇出最佳方案，完成整體設(shè)計(jì)，并且實(shí)現(xiàn)利用Multisim2001軟件對(duì)每一模塊的仿真。本次設(shè)計(jì)任務(wù)詳細(xì)分析了壓電傳感器應(yīng)用于心率測(cè)量上的原理及優(yōu)點(diǎn)，闡述了其他各配合電路的組成與工作特點(diǎn)，得出了在不同測(cè)量數(shù)據(jù)和技術(shù)參數(shù)條件下的仿真結(jié)果，使得本次課題的預(yù)期結(jié)果得以實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：壓電傳感器，控制電路，計(jì)數(shù)器， Multisim2001仿真軟件AbstractThe shape, intensity, speed, and rhythm of pulse signals mostly reflect the physical and pathological characters of heartblood system in human bodies. According to the characteristics of the human pulse signals, a pulse fluctuation frequency measurement system is designed. The design of piezoelectric sensors on the basis of heart rate, the main principle behind the structure from the six ponents, including: measuring circuit, amplifier, filter plastic circuit, counts show circuit, control circuits, power supply circuits. The selection of these sensors is the primary task in the design, followed by the signal is enlarged and the number of circuit design, the key point is counting circuit in the counting method choice. Show circuit can use the traditional design module as a reference. Use of piezoelectric sensors, will feel the pulse of the human body through the piezoelectric ceramics can handle the conversion to electrical signals, through integrated operational amplifiers, filter circuits, such as plastic circuit module, in 555 atcircuit, digital display, control, counting and other circuit elements , Coupled with the use Multisim2001 simulation software, can achieve this rate of simulation design. Each circuit module, according to their functional characteristics have the choice of a variety of programmes, we in the design process, mastered by the use of the theory of knowledge, to pare the various options and asked to choose the best option, to plete the overall design, and Implementation of Multisim2001 software for each module of the simulation. The task of designing a detailed analysis of piezoelectric sensors for measuring heart rate and on the principle of merit, on the other circuit with the position and characteristics of the work, e in different measurement data and technical parameters under the conditions of the simulation results, making The topics to achieve the expected results.Keywords: Piezoelectric sensors, control circuit, counters, Multisim2001 simulation software control circuit.目 錄目 錄摘 要 IAbstract II目 錄 III第一章 引 言 1 心率研究的意義 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 課題要求 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 2 主要技術(shù)指標(biāo)及參數(shù) 2 傳感技術(shù)的研發(fā)概況 3第二章 設(shè)計(jì)方案論證 5 傳感器的分類及工作原理 5 傳感器的分類 5 傳感器的工作原理 6 傳感器的選用分析 7 設(shè)計(jì)方案 8第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 10 心率計(jì)工作原理框圖 10 電源供電電路 11 采用交流220V電源供電方式 11 采用直流電源供電方式 11 測(cè)量電路 11 傳感器的性能 13 傳感器的型號(hào)選擇 13 傳感器的供電電路 13 放大電路 14 濾波整形電路 16 濾波電路 16 整形電路 17 倍頻電路 20 利用CD4046鎖相環(huán)及計(jì)數(shù)器構(gòu)成的倍頻電路 20 利用簡(jiǎn)單門電路等組成的二倍頻電路級(jí)聯(lián) 21 控制電路 22 閘門信號(hào)的產(chǎn)生 22 啟動(dòng)清零的控制 26 計(jì)數(shù)譯碼顯示電路 26第四章 仿真結(jié)果與分析 30 Multisim2001的功能及特點(diǎn) 30 測(cè)量電路 31 放大電路 32 濾波電路 33 整形電路 34 倍頻電路 35 閘門控制電路 36 閘門電路 36 控制電路 37 計(jì)數(shù)顯示電路 37 整機(jī)電路 39結(jié) 論 40參考文獻(xiàn) 41致 謝 42附錄 43IV第一章 引 言第一章 引 言 心率研究的意義中醫(yī)對(duì)脈診是十分重視的，認(rèn)為通過脈診可以了解患者臟腑氣血的盛衰，可以探測(cè)病因、病位、預(yù)測(cè)療效等。從近代醫(yī)學(xué)的角度來(lái)看，人體循環(huán)系統(tǒng)承擔(dān)著協(xié)調(diào)全身各組織的能量代謝，輸送氧氣、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，運(yùn)走代謝廢物等重要的工作，還承擔(dān)運(yùn)送抗體、激素等物質(zhì)以協(xié)調(diào)整體的動(dòng)態(tài)平衡。從整體的角度對(duì)疾病進(jìn)行綜合分析，顯然循環(huán)系統(tǒng)的信息將占很重要的比重；從整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)來(lái)看橈動(dòng)脈介于大動(dòng)脈與小動(dòng)脈之間，由于心臟的舒縮、內(nèi)臟血容量的變化、血管端點(diǎn)阻抗、管道內(nèi)脈波的反射、血液的粘滯性、血管壁的粘彈性等因素使脈象攜帶著有關(guān)心臟運(yùn)動(dòng)、內(nèi)臟循環(huán)、外周循環(huán)等豐富的心血管系統(tǒng)及整體的動(dòng)態(tài)信息。因此脈診的臨床意義很大，它的機(jī)理是急待于我們進(jìn)行研究的。作為現(xiàn)代電子儀器與醫(yī)學(xué)相結(jié)合的一個(gè)重要應(yīng)用課題，具有深遠(yuǎn)意義。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，使人們對(duì)各種測(cè)量?jī)x器的要求越來(lái)越高，而心率的測(cè)量是一種評(píng)價(jià)人生理狀況的好方法。心率是一種重要的生理參數(shù)，它反應(yīng)了人體心臟工作的頻率。本設(shè)計(jì)是一款性價(jià)比比較高的電子心率計(jì)，它解決了傳統(tǒng)測(cè)量方法的不準(zhǔn)確性和隨機(jī)性，能夠準(zhǔn)確的測(cè)量出人體的心率，并以數(shù)字的方式將測(cè)量結(jié)果顯示。它利用壓電陶瓷片將人體脈搏轉(zhuǎn)換為可處理的電信號(hào)，再經(jīng)過信號(hào)的放大、整形濾波，而實(shí)現(xiàn)人體心率的測(cè)量和顯示，具有抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性能好、電路成本低、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)旨在綜合壓電傳感器以及相關(guān)專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字脈搏計(jì)，對(duì)人體脈搏進(jìn)行測(cè)量經(jīng)數(shù)碼管顯示，最終利用軟件Multisim2001仿真出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本課題綜合性較強(qiáng)，可以鞏固所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)理論和基本操作技能，培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)與技術(shù)獨(dú)立分析問題解決問題的能力；通過在設(shè)計(jì)中選擇合適的傳感器，進(jìn)而掌握其原理、應(yīng)用范圍、功能等；還可以深入了解心率計(jì)的工作原理、元器件選擇以及電子儀器的常用設(shè)計(jì)方法等，進(jìn)而掌握使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行電子線路設(shè)計(jì)與仿真的基本思想和方法。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，重溫了專業(yè)理論知識(shí)，鍛煉了動(dòng)手操作技能，實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，為將來(lái)從事相關(guān)行業(yè)積累了初步的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在醫(yī)療診斷中， 快速脈搏測(cè)定已從傳統(tǒng)的測(cè)量方法向多參數(shù)生命體征監(jiān)護(hù)儀和自動(dòng)脈搏測(cè)量?jī)x發(fā)展。由于其操作簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確、可定時(shí)、可記憶存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等功能特點(diǎn)，不僅減輕了醫(yī)務(wù)人員的工作強(qiáng)度,也使醫(yī)療手段得以現(xiàn)代化、高科技化。新技術(shù)和新工藝使傳感器和實(shí)驗(yàn)室儀表兩者成為同一個(gè)芯片，這是全新的提高。這種多元化的測(cè)量系統(tǒng)正朝著體積小，功耗低、使用靈活、 便于攜帶， 適合于社區(qū)和住院病房使用,有較強(qiáng)的分析能力，可擴(kuò)展等方向發(fā)展。 如與PC 機(jī)進(jìn)行通信，將采集到的脈搏信號(hào)通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絇C 端，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療等?，F(xiàn)今多數(shù)醫(yī)生用聽診器測(cè)量脈搏，醫(yī)用脈搏計(jì)可以精確測(cè)出心率，并且可以測(cè)出心肌收縮力度，從而判斷病人的健康狀況；而家用脈搏計(jì)只需測(cè)出脈搏的頻率，功能簡(jiǎn)單，數(shù)字脈搏計(jì)正好適應(yīng)了這一要求，使用簡(jiǎn)單，便于攜帶,。 課題要求選用合適的傳感器。設(shè)計(jì)與傳感器配合的信號(hào)處理電路。設(shè)計(jì)相關(guān)電子線路并畫圖。熟練掌握Multisim2001和Protel99SE的使用方法。完成對(duì)設(shè)計(jì)的電子線路和系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)。測(cè)試相關(guān)點(diǎn)的波形，記錄、分析整理測(cè)試數(shù)據(jù)。 設(shè)計(jì)內(nèi)容方案比較及論證，查閱相關(guān)資料，選擇最佳設(shè)計(jì)方案，列出設(shè)計(jì)思想。了解心率計(jì)的測(cè)量原理，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及控制要求。了解心率計(jì)的工作原理、結(jié)構(gòu)框圖等，完成單元電路設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)電路的測(cè)量與仿真。