【正文】 對(duì)于信號(hào)的低頻干擾采用小波變換法進(jìn)行濾波，該方法濾波效果良好。軟件開始運(yùn)行時(shí)點(diǎn)擊采集按鈕開始測(cè)量，在系統(tǒng)測(cè)量結(jié)束后可按退出按鈕關(guān)閉數(shù)據(jù)采集程序界面，用戶可以選擇模擬通道放大倍數(shù)，測(cè)量時(shí)系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)反映出該測(cè)試用戶的脈搏數(shù)據(jù)，記錄按鈕功能鍵可以記錄最近 3 次的測(cè)量數(shù)據(jù)，以供測(cè)試用戶參考。這種方法的頻率測(cè)量誤差來自于177。這里我們?cè)O(shè)置 P10 、 P07 為模擬信號(hào)輸入端，其中 P07 為參考輸入端。 P011P002GND3D+4D5VDD6REGIN7VBUS8REST9R30(C2D)10P2711P2612P2513P2414P2315P2216P2117P2018P1719P1620P1521P1422P1323P1224P1125P1026P0727P0628P0529P0430P0331P0232 C8051F320 圖 26 C8051F320 引腳圖 C8051F320 封裝圖如圖 27 所示。 MCU 及外圍電路設(shè)計(jì) C8051F320 介紹 美國 Cynical 公司是一家專業(yè)從事混合信號(hào)片上系統(tǒng)單片機(jī)設(shè)計(jì)與制造的半導(dǎo)體公司，它在市場(chǎng)上推出了 53 個(gè)品種的 C8051F 系列片上系統(tǒng)單片機(jī)。另外， USB 支持低功耗模式，如果其連續(xù) 3ms 沒有總線活動(dòng)的話， USB 就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入掛起狀態(tài)，以節(jié)省電能消耗。 USB 是在 1994 年底由英特爾、康柏、 IBM、 Microsoft 等多家公司聯(lián)合提出的。 18V)，體積小 ,功耗低 (最大供電電流僅為 A)，因而經(jīng)常使用在低電壓、低功耗的應(yīng)用場(chǎng)合。 R2過大，通過紅外發(fā)射二極管的電流偏小， BPW83 型紅外接收二極管無法區(qū)別有脈搏和無脈搏時(shí)的信號(hào)。本系統(tǒng)采用過采樣技術(shù)，通過對(duì)信號(hào)的高速采樣來提高采樣精度，相當(dāng)于用高分辨率的 ADC 對(duì)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，達(dá)到了提高信噪比并改善動(dòng)態(tài)范圍的效果。例如 80 年代研制的液態(tài)傳感器利用將單位長(zhǎng)度管段動(dòng)脈內(nèi)血液休積隨時(shí)間變化量轉(zhuǎn)換成導(dǎo)電液柱體電阻的改變參量來測(cè)最脈搏波的。幾乎世 界上所有的民族都用過“摸脈”作為診斷疾病的手段。 編號(hào) 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 題 目 基于 USB接口的脈搏檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 劉巍 學(xué) 號(hào) 11012111 院 系 電子信息工程 專 業(yè) 電子信息技術(shù) 班 級(jí) 110121 指導(dǎo)教師 楊金紅 顧問教師 孫云龍 二〇一五年六月摘 要 I 摘 要 本文設(shè)計(jì)、制作了一種基于 USB 接口的脈搏檢測(cè)儀，硬件電路包括數(shù)據(jù)采集電路、放 大濾波電路、控制電路及電源電路。脈搏波所呈現(xiàn)出的形態(tài) (波形 )、強(qiáng)度 (波幅 )、速率 (波速 )和節(jié)律 (周期 )等方面的綜合信息，在很大程度上反映出人體心血管系統(tǒng)中許多生理病理的血流特征，因此對(duì)脈搏波采集和處理具有很高的醫(yī)學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景。這種傳感器雖然有較高的靈敏度，但出于液態(tài)傳感器本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的限制使測(cè)量過程并不十分方便。因此本系統(tǒng)對(duì)經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換而不需要任何信號(hào)調(diào)理 (放大和濾波 )電路。反之，R2過小，通過的電流偏大，紅外接收二極管也不能準(zhǔn)確地辨別有脈搏和無脈搏時(shí)的信號(hào)，電容 C1起到隔直通交的作用，因?yàn)閺墓怆姸?極管拾取的電壓信號(hào)是直流和交流疊加的信號(hào)。 AD620 的工作原理是： AD620 是在傳統(tǒng)的三運(yùn)放組合方式的基礎(chǔ)上研制的單片儀用放大器。與其它老式 PC 機(jī)接口相比， USB 的有如下優(yōu)點(diǎn)： (1)熱插拔。 USB 體系結(jié)構(gòu) USB是一種電纜總線，支持在主機(jī)和各式各樣的即插即用的外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 C8051F 系列單片機(jī)是集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng) SOC（ System Onchip），具有與 MCS51 內(nèi)核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有標(biāo)準(zhǔn) 8051 的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其它數(shù)字外設(shè)及功能部件。 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 13 32313029282726252 42 32 22 12 01 91 81 712345678910111213141516P 0 . 1P 0 . 0G N DD +D V D DB E G I NRSTP3.0P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P 2 . 1V B U SP 2 . 0P 1 . 7P 1 . 6P 1 . 5P 1 . 4P 1 . 3P 1 . 2P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P1.0P1.1c 8 0 5 1 F 3 2 0 圖 27 C8051F320 封裝圖 VDD— 數(shù)字電源； GND— 模擬地； BEGIN— 5V校準(zhǔn)器的輸入端； /RST/C2CK— 設(shè)備的復(fù)位引腳或 EC2 調(diào)試接口的時(shí)鐘信號(hào)； — 端口 或 EC2 調(diào)試接口的雙向信號(hào)引腳； VBUS— USB 總線輸入腳； D+— USB 的 D+； D— USB 的 D； — 端口 或外部晶振輸入； — 端口 或外部晶振輸出； — 端口 或 ADC0 外部轉(zhuǎn)換開始輸入腳； — 端口 或外部參考電源的輸入端或輸出端； ， ， ， ， ～ ,～ 均為相應(yīng)的端口引腳。 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 15 表 引腳選擇與放大 倍數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系 引腳 B 引腳 A 選通通道 放大倍數(shù) 0 0 Y0 2 0 1 Y1 3 1 0 Y2 4 1 1 Y2 5 次級(jí)放大電路原理圖如圖 28所示。 1 個(gè)時(shí)鐘脈沖，誤差小，適合于低頻場(chǎng)合，脈搏頻率的測(cè)量非淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 常適合采用這種方法。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)界面如圖 35 所示。 整個(gè)硬件電路密封在指夾內(nèi)，儀器具有體積小、使用攜帶方便，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集界面采用 VB編寫， 完成數(shù)據(jù)傳輸、脈搏顯示、參數(shù)測(cè)量、數(shù)據(jù)管理等功能。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采 集程序用 VB 語言編寫，完成數(shù)據(jù)傳輸、脈搏顯示、數(shù)據(jù)管理等功能。每來一個(gè)周期的脈搏脈沖，便啟動(dòng)計(jì)數(shù)中斷，從而測(cè)量并計(jì)算脈搏跳動(dòng)的頻率與次數(shù)。 由于脈搏信號(hào)為交流信號(hào)，這就要求對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行波形變換， CD4052輸出的模擬信號(hào)由 LT111 R1 R1 R1 R18 組成的電路波形變換，然后經(jīng)過單片機(jī) P10 引腳輸入，進(jìn)行時(shí)鐘計(jì)數(shù)處理。 (3)引腳及封裝 C8051F320 引腳圖如圖 26 所示。通過此控制通道，所有的 USB設(shè)備都列入一個(gè)共同的準(zhǔn)入機(jī)制，以獲得控制操作的信息。 USB 電纜向外設(shè)提供了一根 +5V 的電源線，電流的大小取決于集線器，最小為 100mA，最大不會(huì)超過 500mA，用戶可以直接使用這個(gè)總線電源。是應(yīng)用在 PC 領(lǐng)域的接口技術(shù)。 — 177。 R2 選 500Ω是基于紅外接收二極管感應(yīng)紅外光靈敏度考慮的。傳統(tǒng)的光電脈搏波信號(hào)檢測(cè)電路都采用高增益放大器，以獲得較高的檢測(cè)靈敏度，這種設(shè)計(jì)思路導(dǎo)致了檢測(cè)信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍縮小，在受到運(yùn)動(dòng)干擾時(shí)，將導(dǎo)致由于干擾信號(hào)而帶來的光電脈搏波信號(hào)檢測(cè)的飽和失真。 雖然國內(nèi)外在提取脈搏圖像方面已經(jīng)開展了大量的工作，先后研制了不同種類的傳感器及測(cè)量設(shè)備獲得脈搏波形，但從研制情況看，大部分傳感器不能模擬中醫(yī)切脈診法來檢測(cè)脈搏信號(hào)，適用性不夠好。 從脈搏波中提取人體的生理病理信息作為臨床診斷和治療的依據(jù)，歷來都受到中外醫(yī)學(xué)界的重視。其中數(shù)據(jù)采集部分采用的是光電脈搏傳感器；放大電路采用了 AD620；濾波電路由二階有源低通濾波器構(gòu)成；控制電路選用了帶 USB 控制器、 ADC 的微控制器 C8051F320；儀器軟件設(shè)計(jì)分 MCU 固件程序設(shè)計(jì)、 USB 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)及軟件濾波程序設(shè)計(jì)等四部分組成。但人體的生物信號(hào)多屬于強(qiáng)噪聲背景下的低頻弱信號(hào)， 脈搏波信號(hào)更是低頻微弱的非電生理信號(hào)，必需經(jīng)過放大和后級(jí)濾波以滿足采集的要求 。所以人體脈搏信號(hào)采集裝置的研究仍有其可行性和必要 [4]。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 5 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 傳感器電路設(shè)計(jì) 傳感器的定義與組成 傳感器（ Transducer/Sensor）在我國國家標(biāo)準(zhǔn)（ GB7665— 1987）中的定義是：“能夠 感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置”。光電傳感器電路原理圖如圖 22所示。輸入三極管 Q1 和 Q2 提供了唯一雙極差分輸入，因內(nèi)部的超 β 處理 ，它的輸入偏移電流比一般情況低 10 倍。 用戶可以把 USB 外設(shè)連接到一臺(tái)正在運(yùn)行的 PC 機(jī)上，操作系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別，并且用戶可以立即使用，而不需要重新啟動(dòng) PC 機(jī)。由主機(jī)預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議使各種設(shè)備分享 USB帶寬，當(dāng)其它設(shè)備和主機(jī)在運(yùn)行時(shí)，總線允許添加 、設(shè)置、使用以及拆除外設(shè)。 C8051F系列單片機(jī)的功能部件包括