【正文】 參考電壓V2 經(jīng)電阻 R1c接在同相輸入端，此外從輸出端通過(guò)電阻 Rfc引回同相輸入端。 數(shù)字心率計(jì) 12 VEE R 161kC50. 05U V415VdcR 142020kOU TC60. 01UU2uA7413274615+V+VOU TOS1OS20V515Vdc0V31Vac0VdcVVEER 134000kVC CR 1510kVC C0 圖七 濾波電路 Frequency 10Hz 30Hz 100HzV(V0)0V 圖八 濾波電路 AC 分析結(jié)果 整形電路的設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 （ 1） 整形電路的選擇 本電路的功能是將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為高低電平信號(hào)輸出到倍頻電路?？紤]到脈搏的頻譜特性以及濾波 50 赫茲工頻干擾可以采用截止頻率為 赫茲的 低通濾波器濾除。 根據(jù)濾波器的特點(diǎn)可知，它的電壓放大倍數(shù)的幅頻特性可以準(zhǔn)確地描述該電路屬于低通、高通、帶通還是帶阻濾波器，因而如果能定性分析出通帶和阻帶在哪一個(gè)頻段，就可以確定濾波器的類(lèi)型。 有源濾波電路 有源濾波電路的負(fù)載不影響濾波特性，因此常用于信號(hào)處理要求高的場(chǎng)合。若濾波電路不僅由無(wú)源元件，還由有源元件（雙極型管、單極型管、集 成運(yùn)放）組成，則稱(chēng)為有源濾波電路。 另外，由于濾波電感電動(dòng)勢(shì)的作用，可以使二極管的導(dǎo)通角接近π，減小了二極管的沖擊電流，平滑了流過(guò)二極管的電流，從而延長(zhǎng)了整流二極管的壽命。因此經(jīng)電感濾波后，不但負(fù)載電流及電壓的脈動(dòng)減小，波形變得平滑，而且整流二極管的導(dǎo)通角增大。換句話說(shuō)，就是工程信號(hào)是不同頻率的正弦波線性疊加而成的，組成信號(hào)的不同頻率的正弦波叫做信號(hào)的頻率成分或叫做諧波成分。 （ 1）濾波電路的基本概念 濾波是信號(hào)處理中的一個(gè)重要概念。隨著數(shù)字式電子計(jì)算機(jī) (一般簡(jiǎn)稱(chēng)計(jì)算機(jī) )技術(shù)的產(chǎn)生和飛速發(fā)展，為了便于計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生了在抽樣定理指導(dǎo)下將連續(xù)時(shí)間信號(hào)變換成離散時(shí)間信號(hào)的完整的理論和方法。 濾波器的作用 濾波器，顧名思義，是對(duì)波進(jìn)行過(guò)濾的器件。最合于實(shí)用的 m值為 。所謂截止頻率，亦即與濾波器有尖銳諧振的頻率?；締喂?jié)式濾波器由一個(gè)串聯(lián)臂及一個(gè)并聯(lián)臂所組成，串聯(lián)臂為電感器，并聯(lián)臂為電容器。 濾波器是由電感器和電容器構(gòu)成的網(wǎng)路，可使混合的交直流電流分開(kāi)。 由于輸入級(jí)是毫伏級(jí)，為了便于信號(hào)的輸出和處理初步設(shè)定電路總放大倍數(shù)為 250倍，則 Au=－ (1+2R1/Rp)*R5/R3 ， (設(shè)定 R1=R2,R3=R4,R5=R6) 通過(guò) ORCAD軟件模擬及參照相關(guān)資料得第一級(jí)放 10倍，第二級(jí)為 25倍，放大倍數(shù)計(jì)算分配如下： 第一級(jí)放大 10倍， A1=1+(R1+R2)/RP=20，取 RP=10K， R1=R2=100K 第二級(jí)放大 25倍， A2=－ R5/R3=50，取 R3=R4， R5=R6 總的放大倍數(shù)為： Au=－ (1+2R1/Rp)*R5/R3=A1*A2=10*25=250 ORCAD模擬結(jié)果如下： 第一級(jí)輸出 U10（ out）、 U12（ out）放大 10倍（圖 4所示）： Time0s V(R1:2) V(OUT2)12mV8mV4mV0V4mV8mV12mV 圖四 第一級(jí)輸出波形 最后輸出 V（ out）共放大 250倍（圖 5所示） 數(shù)字心率計(jì) 8 Time0s V(OUT)300mV200mV100mV0mV100mV200mV300mV 圖五 第二級(jí)輸出 信號(hào)濾波電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算 。 它由三個(gè)集成運(yùn)算放大器組成，其中U U12為兩個(gè)性能一致的同相輸入通用集成運(yùn)算放大器，構(gòu)成平衡對(duì)稱(chēng)差動(dòng)放大輸入級(jí)，U11構(gòu)成雙端輸入單端輸出的輸出級(jí)，用來(lái)進(jìn)一步抑制 U U12的共模信號(hào) 。脈搏測(cè)量電路輸出 的峰值電壓大約為： = 到 = 信號(hào)放大電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算 放大電路的選擇 方案一：采用常見(jiàn)的同相放大電路，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。同時(shí) , 為了排除電源的噪聲干擾 , 前置一個(gè) 1000u電容 C1接地。 這種設(shè)計(jì)方案的方框圖如下圖 1。為了便于計(jì)數(shù)，需將經(jīng)過(guò)濾波的信號(hào)整形為矩形波信號(hào)，為此還需設(shè)計(jì)整形電路。 數(shù)字心率計(jì) 4 二 總體方案介紹 本設(shè)計(jì)采用了 ， 選用該種方案的原因是電路容易實(shí)現(xiàn)，各部分造價(jià)較低，滿(mǎn)足精度要求。 方案驗(yàn)證 這三種方案比較起來(lái)，第一種方案比較直觀，但精度較低，如果計(jì)數(shù)時(shí)間是 15秒最大時(shí)誤差為177。 15=4）并用數(shù)字顯示其計(jì)算后的值，從而得到每分鐘的脈搏數(shù)。 報(bào)警的上 、 下限 及對(duì)象選擇可以通過(guò)多路開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié) 。該系統(tǒng)利用脈沖干擾動(dòng)平均值法濾波，在提高精度的同時(shí)也大大提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，該儀器成本低，可靠性高，操作方便。 課題的思路是用壓力傳感器檢測(cè)病人手腕部的脈搏跳動(dòng)，壓力傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)一系列電路處理，形成可用于檢測(cè)的脈沖信號(hào)，再經(jīng)電路處理，最終由數(shù)碼管顯示其數(shù)值，并根據(jù)被測(cè)對(duì)象 情況判斷其健康狀態(tài)，以報(bào)警信號(hào)顯示。 通過(guò)測(cè)試和實(shí)際應(yīng)用表明：其性能穩(wěn)定、工作可靠、升級(jí)方便。 關(guān)鍵詞：傳感器，濾波器，放大器，顯示電路，報(bào)警電路 數(shù)字心率計(jì) 3 一 方案原理介紹 方案設(shè)計(jì)與論證 正常人的脈搏次數(shù)是每分鐘 60～ 90次（嬰兒為 90～ 120次 ,老年人則為 100～ 150次 ), 這種頻率信號(hào)屬于低頻范疇 .因此 ,脈搏測(cè)試儀是用來(lái)測(cè)量低頻信號(hào)的裝置 ,它的基本功能要求是 : 要把人體的脈搏數(shù) (振動(dòng) )轉(zhuǎn)換成電信號(hào) ,這就需要借助傳感器。 總之，脈搏測(cè)試儀的核心是要對(duì)低頻信號(hào)在固定的短時(shí)間計(jì)數(shù)，最后以數(shù)字形式顯示出來(lái)。 方案二：該種方案和第一種有一點(diǎn)類(lèi)似，其差別在于該方案采用的是倍頻的方式求取脈搏數(shù)。 4次，而且電路結(jié)構(gòu)需要乘法器，乘法器芯片難尋，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ；第二種方案直觀，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且 精度較第 一 種方案 高 ，但由于采用倍頻電路其精度已提高到177。該方案選用 傳感器 MPX2050GP，該傳感是帶溫度補(bǔ)償?shù)臄U(kuò)散硅壓力傳感器，它具有良好的線性和溫度穩(wěn)定，并且靈敏度高，是一種專(zhuān)門(mén)用于血壓測(cè)量的傳感器。 由于我們需要在十五秒內(nèi)完成脈搏計(jì)數(shù)，在這里我們采用了倍頻的方式。 圖一 設(shè)計(jì)方案方框圖 數(shù)字心率計(jì) 5 三 單元電路的設(shè)計(jì)與選擇 脈搏檢測(cè)電路的設(shè) 計(jì) 因?yàn)椴捎玫?MPX2050力敏元件是一種高性能的動(dòng)態(tài)微壓傳感器 , 且輸出電壓信號(hào)有一直流疊加 , 故采用電橋法直接獲取脈搏信號(hào)。 ui20可調(diào)電阻 RC5kC11000U0R15kui1R25k傳感器5V 圖二 脈搏測(cè)量電路 傳感器參數(shù)如下： 型號(hào) 最大壓力 psi 最大壓力 kpa 最大壓力 in H2O 最大壓力 cm H20 最大壓力 mm Hg 過(guò)壓 (kpa) 零位 偏差 mv 量程電壓 mv 靈敏 mV/Kpa 線性 %量程 最小 線性 %量程 最大 典型壓力 MPX2050 50 201 501 375 200 177。根據(jù)理論公式進(jìn)行計(jì)算可得電路的放大倍數(shù)為： Av=Vo/Vi=1+R1/，但此電路不適合小信號(hào)放大，因此不予采取。 當(dāng) U U12性能一致是，輸入級(jí)的差動(dòng)輸出及其差模增益只與差模輸入電壓有關(guān)，而其共模輸出、失調(diào)及漂移均在 Rp兩端相互抵消，因此電路具有良好的共模抑制能力，又不要求外部電阻匹配。 濾波器是一種對(duì)信號(hào)有處理作用的器件或電路。電源整流器中，即借助此網(wǎng)路濾凈脈動(dòng)直流中的漣波，而獲得比較純凈的直流輸出。在電源及聲頻電路中之濾波器，最通用者為 L型及π型兩種。通帶與帶阻濾波器都是 m常數(shù)濾波器， m為截止頻率與被衰