【正文】 姜老師一絲不茍的作風，嚴謹求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時四個月，卻給以終生受益無窮之道。壓電傳感器發(fā)展迅速，技術(shù)成熟。在能夠?qū)ζ溥M行電路仿真的前提下，我認為此方案達到了預期效果。 閘門控制電路 閘門電路本電路是由時基電路555和芯片4024BD組成閘門時間信號，由555時基電路組成多諧振蕩器，經(jīng)芯片4024BD分頻后得到想要的時間脈沖，從Q1到Q7的分頻輸出脈沖的寬帶不同。～3Hz之間，在此應(yīng)采用截止頻率為5Hz的低通濾波器，參數(shù)選擇為R4=R5=，C2=C5=1uF,放大倍數(shù)為2。Multisim30第四章 仿真結(jié)果與分析第四章 仿真結(jié)果與分析 MultisimEN1：計數(shù)使能端。 此次設(shè)計采用555定時器組成的占空比可調(diào)的多諧振蕩器，不同的倍頻還需對輸出的信號進行分頻。（3）基本RS觸發(fā)器； 圖317 電壓比較器（4）放電三極管T及緩沖器G。 控制電路由于在題目中要求在短時間內(nèi)測得實驗結(jié)果，因而需要一個電路來控制整個電路的運行、復位、自啟動等，控制電路是用來控制計數(shù)脈沖的輸入以及控制計數(shù)器的工作狀態(tài)，在心率計設(shè)計中起到“閘門”的作用。 利用簡單門電路等組成的二倍頻電路級聯(lián)二倍頻電路有多種，下面是一種實用的二倍頻電路。 　　7腳外接振蕩電容。顯然，若將原信號頻率變?yōu)樵瓉淼腘倍則測量時間就可以縮短為原來的1/N。方案二：利用555時基電路1. 電路組成及工作原理圖39 555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器（1） VI =0V時，Vo1輸出高電平。相對來說，通用集成運放組成的比較器工作速度比較慢。一階低通有源濾波器如圖所示：圖35 一階有源低通濾波器根據(jù)虛短和虛斷的特點，可求得電路的電壓放大倍數(shù)和通帶截止頻率為： （311） （312） （313）由于一階低通濾波器的幅頻特性與理想的低通濾波特性相比，差距很大。這部分的實現(xiàn)是通過濾波整形電路來完成的。 放大電路由傳感器出來的電壓信號較弱，在毫伏級，需要對其進行放大。式中第一項決定于電阻體的大小和形狀，第二項決定于電阻率的變化量。但大多數(shù)振動傳感器都具有方向性，且由于傳感器結(jié)構(gòu)的原因，大多廣泛用于汽車、摩托車、自行車、家庭財產(chǎn)及貴重物品等各種不同類型的防盜報警裝置上，在測量人體心跳、脈搏等方面很少用到，故此方案也不作為本次設(shè)計采用。本設(shè)計以測量心臟跳動頻率為目的，通過查閱大量相關(guān)資料，常用的心率測量可有以下三種方案：一是通過測量單位血管長度血液流量的變化來測量心跳的頻率；二是通過測量心臟跳動流過傳感器時對傳感器的壓力的變化來測量頻率；三是利用心臟跳動時的振動來測量。也可以同時采用兩種供電方式在仿真實驗中實現(xiàn)。根據(jù)心率計的工作原理，電源可以采用交流供電和直流供電兩種方式。產(chǎn)生短時間的控制信號，控制測量時間。信號放大電路部分。頻率測量法：也叫倍頻法，根據(jù)頻率計的原理，將被測信號倍頻后，測量其在閘門時間內(nèi)的脈沖個數(shù)，即為心率值。這里的電流源不是采用電流源元件，而是用放大器電路取得。磁阻式傳感器：與電磁感應(yīng)相關(guān)，因此不適用于本課題的設(shè)計。因此，傳感器的選擇是完成本設(shè)計的重要部分。由于壓電傳感器的動態(tài)響應(yīng)好，在動態(tài)測量中使用廣泛。磁電式傳感器：是通過磁電作用將被測量(如振動、位移、轉(zhuǎn)速等)轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器。這類傳感器的主要特征是具有線圈繞組。 傳感器的分類及工作原理傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。為實現(xiàn)測量目的，首先要將壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，再進行信號的放大、濾波和整形，變成適合信號進一步處理的數(shù)字信號。由新型高分子材料PVDF、擴散硅等壓電材料（具有壓電效應(yīng)）制成的壓電傳感器在醫(yī)用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。20世紀50年代我國學者朱顏首次將杠桿脈搏描述器引用到中醫(yī)脈診的研究中來。具有計數(shù)及鎖存功能。 設(shè)計內(nèi)容方案比較及論證，查閱相關(guān)資料，選擇最佳設(shè)計方案，列出設(shè)計思想。 如與PC 機進行通信，將采集到的脈搏信號通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絇C 端，從而實現(xiàn)遠程醫(yī)療等。它利用壓電陶瓷片將人體脈搏轉(zhuǎn)換為可處理的電信號，再經(jīng)過信號的放大、整形濾波，而實現(xiàn)人體心率的測量和顯示，具有抗干擾能力強、穩(wěn)定性能好、電路成本低、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點。2001的功能及特點 30 測量電路 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 計數(shù)顯示電路 37 整機電路 39結(jié) 論 40參考文獻 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)對脈診是十分重視的，認為通過脈診可以了解患者臟腑氣血的盛衰，可以探測病因、病位、預測療效等。根據(jù)人體脈搏信號特征，本文設(shè)計了一種脈搏波動頻率測量系統(tǒng)。各個電路模塊，根據(jù)其功能特點均有多種方案選擇，我們在設(shè)計過程中，利用所掌握的理論知識，對各種方案做出比較，并要求選擇出最佳方案，完成整體設(shè)計，并且實現(xiàn)利用Multisim2001軟件對每一模塊的仿真。現(xiàn)代醫(yī)學的不斷發(fā)展和進步，使人們對各種測量儀器的要求越來越高，而心率的測量是一種評價人生理狀況的好方法。由于其操作簡單、快捷、準確、可定時、可記憶存儲數(shù)據(jù)等功能特點，不僅減輕了醫(yī)務(wù)人員的工作強度,也使醫(yī)療手段得以現(xiàn)代化、高科技化。熟練掌握Multisim2001和Protel99SE的使用方法?？偨Y(jié)。脈象傳感器是脈象儀的關(guān)鍵部分。國內(nèi)外科研人士在提取脈搏圖象方面已開展了大量工作，先后研制了不同種類的傳感器及測量設(shè)備以獲得脈搏波形。心率計的根本任務(wù)是實現(xiàn)對人體心率的測量，其中包括：心跳是否正常、是否過快或過慢、是否有心率不齊等現(xiàn)象。這種方式線路比較復雜，但是技術(shù)成熟，而且很容易進行仿真，比較適合學習用。所以它是一個機電傳感元件。電容式傳感器的精度和穩(wěn)定性也日益提高，％精度的電容式傳感器在國外已有商品供應(yīng)。此電荷經(jīng)電荷放大器和測量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。光照射在物體上就可以看成是一連串的具有能量E的粒子轟擊在物體上。示值范圍大時，分辨力和示值精度將相應(yīng)降低。根據(jù)本次課題設(shè)計要求，我們選用壓電式傳感器。對于不同的頻率范圍，有三種不同的測量方法。其原理方框圖如圖31所示：傳感器放大濾波整形倍頻電路計數(shù)譯碼顯示閘門、控制電路圖31 心率計原理框圖傳感器部分。倍頻電路。所以，需要選用合適的顯示設(shè)備及顯示電路，來實現(xiàn)心率值的顯示。主要工作過程是，先利用隔離變壓器將220V的電壓進行降壓，得到所需電壓，然后通過整流設(shè)備進行整流、濾波，再輸出穩(wěn)定的直流電壓提供給心率計。當前傳感器技術(shù)發(fā)展迅速，我們可以在設(shè)計過程中選用技術(shù)成熟的成型傳感器。液態(tài)傳感器由于本身結(jié)構(gòu)特點的限制使測量過程并不十分方便，而光電傳感器對光線通過人體的厚度有較高的要求，只能測量手指、耳朵等相對較薄的地方。壓電式傳感器大多采用差分式電橋結(jié)構(gòu)，此種傳感器技術(shù)相對比較成熟，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，質(zhì)量輕，應(yīng)用廣泛，比較適合本設(shè)計采用。這里的電流源不是采用電流源元件，而是用運算放大器電路取得，具體的電路見下圖，27kΩ和3kΩ電阻分壓，集成運放的輸出電流即為傳感器的輸入電流，這個電流不隨負載（即傳感器）的變化而變化，基本是一個恒流源，保證了測量精度。方案二：用多級級聯(lián)的單管放大電路放大一般情況下，單管放大電路的電壓放大倍數(shù)只能達到幾十倍，放大電路的其他技術(shù)指標也難以達到實際工作中提出的要求，因此，在實際的電子設(shè)備中，大都采用各種各樣的多級放大電路。圖34 理想濾波器幅頻特性通過與無源濾波器對比可以知道，一階低通有源濾波器的通帶截止頻率與無源低通濾波器相同，均與RC的乘積成反比，但是引入集成運放以后，通帶電壓放大倍數(shù)和帶負載能力得到了提高。將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖信號的方案，可以有以下兩種可供選擇：一是利用電壓比較器，二是利用555時基電路組成的滯回比較器作為整形電路。當輸入電壓ui0V時，UO=+UOM；當輸入電壓ui0V時，UO=UOM。（3）回差電壓ΔVT,回差電壓又叫滯回電壓，定義為 ΔVT= VT+－VT— = （314）若在電壓控制端VIC（5腳）外加電壓VS，則將有VT+=VS、VT—=VS/ΔVT= VS/2，而且當改變VS時，它們的值也隨之改變。 　　3腳比較信號輸入端?！　?3腳相位比較器Ⅱ的輸出端。圖314 快速二倍頻電路圖把二倍頻電路級聯(lián)起來就可以實現(xiàn)4倍頻、八倍頻、16倍頻等倍頻電路。振蕩頻率由石英晶體自身決定，這里如果取f0=32768Hz，經(jīng)過分頻器（分頻器可由各種進制的計數(shù)器實現(xiàn)，比較簡單，不再敘述）分頻，可以得到一系列低頻信號。暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ：Q=0、~Q=Uo=Uol，Td飽和導通，是電路的另一種暫穩(wěn)狀態(tài),因為在這種狀態(tài)下，同樣有一個電容C放電、Uc緩慢下降的漸變過程在進行著，時間常數(shù)是τ2=R2C。此模塊電路的傳統(tǒng)設(shè)計思路是由計數(shù)芯片進行計數(shù)，然后經(jīng)過譯碼、鎖存，最后經(jīng)過驅(qū)動芯片，來驅(qū)動數(shù)碼管進行顯示。LT：3腳是測試信號的輸入端，當BI=1時，LT=0時，數(shù)碼管將全部顯示這主要用于測試7段數(shù)碼管有沒有物理損壞。還可以進行從原理圖到PCB布線工具包（如Electronics Worbench的Ultiboard）的無縫隙數(shù)據(jù)傳輸。2001具有較為詳細的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，以幫助設(shè)計人員分析電路的性能。在進行仿真的同時，軟件還可以存儲測試點的所有數(shù)據(jù)，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)等。另外，Multisim2001可以實現(xiàn)計算機仿真設(shè)計與虛擬實驗，與傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計與實驗方法相比，具有如下特點：設(shè)計與實驗可以同步進行，可以邊設(shè)計邊實驗，修改調(diào)試方便；設(shè)計和實驗用的元器件及測試儀器儀表齊全，可以完成各種類型的電路設(shè)計與實驗；可方便地對電路參數(shù)進行測試和分析；可直接打印輸出實驗數(shù)據(jù)、測試參數(shù)、曲線和電路原理圖；實驗中不消耗實際的元器件，實驗所需元器件的種類和數(shù)量不受限制，實驗成本低，實驗速度快，效率高；設(shè)計和實驗成功的電路可以直接在產(chǎn)品中使用。圖41 恒流源電路 放大電路放大電路：被測信號的幅值為毫伏級，所以放大電路要將被測信號放大1000被左右，由集成運放U4A組成放大電路，元件參數(shù)設(shè)置如下：R1=5KΩ，R2=100KΩ，C1=100uF為隔直電容。圖47 整形電路仿真圖48 整形波形說明：正弦波為輸入的放大濾波后的信號，矩形波為經(jīng)過施密特觸發(fā)器后的整形波形。由計數(shù)器4518BD計數(shù)脈沖在閘門時間內(nèi)的個數(shù)，送往4511BD譯碼鎖存，驅(qū)動三位數(shù)碼管顯示，電路圖如圖4