【文章內(nèi)容簡介】 OUT）、 11 腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 8 腳（ R2IN）、 9 腳（ R2OUT）、 10 腳（ T2IN）、 7 腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)從 T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦 DB9 插頭； DB9 插頭的 RS232 數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從 R1OUT、 R2OUT 輸出。 （ 3） 供電： 15 腳 GND、 16 腳 VCC（ +5v）。 MAX232 具體電路連接如圖 28： 心率測試儀設(shè)計方案 十一 圖 28 串口通信電路 第三 章 電路設(shè)計方案 傳感器模塊方案選擇 本 設(shè)計中的關(guān)鍵之處在于信號的采集，信號采集可以分為壓電式信號采集或光電式信號采集，由于光電信號采集相對誤差較大，可控制度低且成本比較高。于是本設(shè)計采用壓電式傳感器采取信號?？紤]到的壓電式傳感器有壓電薄膜傳感器、壓電陶瓷片、 HK2020 系列的脈搏傳感器、 MB4 型脈搏波傳感器和 SC0073微型脈搏傳感器。 由本文 節(jié)介紹的 SC0073 微型動態(tài)脈搏微壓傳感器具有比較高的靈敏度，非線性比較好，頻率響應(yīng)范圍很廣，但如果人體脈搏每分鐘心跳少于 60 下，則有可能檢測不到脈搏信號，擴(kuò)充工作電壓可以與單片機(jī)的工作電壓匹配，節(jié)省了另外的獨立的工作電源。外形尺寸小巧輕便，價格在 70 元左右。總體來說，除了測量脈搏范圍有一點兒不足外。其他各方面的性能都值得考慮。 [5] HK2020A 集成化脈搏傳感器性能指標(biāo)如下： 電源電壓： 312VDC 壓力量程： 50+300mmHg 過載： 100 倍 輸出高電平： 大于 輸出低電平： 小于 HK2020A 集成化脈搏傳感器采用高度集成化工藝將力敏原件 PVDF 壓電膜、靈敏度溫度補(bǔ)償元件、感溫元件、信號調(diào)理電路集成在傳感器內(nèi)。脈搏波動一次輸出一正脈沖。該產(chǎn)品可用于脈率檢測，主要用于運動、健身器材中的心率測試。其靈敏度高、抗干擾性能強(qiáng)、過載能力大、一致性好，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長。價格在 100 元左右。 HK2020B 集成化脈搏傳感器性能指標(biāo)如下： 電源電壓： 56VDC 壓力量程： 50+300mmHg 靈敏度： 2020uV/mmHg 靈敏度溫度系數(shù)： 1 104/℃ 精度： % 重復(fù)性： % 心率測試儀設(shè)計方案 十二 遲滯： % 過載： 100 倍 HK2020B 集成化脈搏傳感器采用高度集成化工藝將力敏原件 PVDF 壓電膜、靈敏度溫度補(bǔ)償元件、感溫元件、信號調(diào)理電路集成在傳感器內(nèi)。主要應(yīng)用于無創(chuàng)心血管測試，中醫(yī)脈象診斷。其靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、過載能力大、一致性好，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長。價格在 240 元左右。 HK2020C 集成化數(shù)字脈搏傳感器在 HK2020B 集成化脈搏傳感器基礎(chǔ)上增加了程控放大電路、基線調(diào)整電路、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、串行通信電路，使用戶使用更方便、快捷。性能指標(biāo)同 HK2020B 集成化脈搏傳感器。價格在 480 元左右。 MB4 型脈搏波傳感器主要性能指標(biāo)如下： 頻率響應(yīng)： 靈敏度： 2mV/Pa（對于正常脈搏波信號，輸出幅度可達(dá) 34Vpp） 絕緣阻抗： 1000MΩ 輸出阻抗： 1KΩ 體積： φ 22 15mm 電源電壓： 59VDC MB4 型脈搏波傳感器靈敏度很高、抗過載能力強(qiáng)、抗干擾性能優(yōu)、具有操作簡便等特點。本傳感器殼體內(nèi)已配置放大器和輸出阻抗變換器，可以很方便地與其他電路相匹配。適用于心臟功能監(jiān)測儀檢測體表脈搏搏動波形。實際使用時往往不必再加其他放大環(huán)節(jié)，可以直接送到 A/D 變換器等環(huán)節(jié)進(jìn)行處理。 壓電薄膜傳感器與壓電陶瓷片傳感器價格低廉，但市面上很難找到賣家，從網(wǎng)上買又有最小訂貨量的限制， HK2020A 集成化脈搏傳感器與 SC0073 微型動態(tài)脈搏傳感器功能相近，但價格比后者高出許多。 HK2020B 集成化脈搏傳感器與MB4 型脈搏傳感器雖然功能很強(qiáng)大，但同樣價格也很高，從設(shè)計成本上考慮太奢侈，不適合設(shè)計的應(yīng)用。 HK2020 系列的脈搏傳感器功能比較全，但價格非常高，在三四百元左右，MB4 型脈搏波傳感器功能上能與 HK2020C 集成化數(shù)字脈搏傳感器相媲美，價格比 HK2020B 集成化脈搏傳感器又低，具有頻率響應(yīng)為 ，且靈敏度高，內(nèi)置放大電路，輸出模擬信號可直接送人 ADC0809 芯片處理，是相當(dāng)理想的脈搏波傳感器，價格在 200 元左右，而 SC0073 微型脈搏傳感器價格在 60 元左右，其頻率響應(yīng)為 11000Hz，也就是說如果人體脈搏每分鐘心跳少于 60 下，則有可能檢測不到脈搏信號。 綜合考慮， MB4 微型脈搏傳感器性價比高，為第一選擇。 SC0073 微型脈搏傳感器為第二選擇。由于市面上無法購買到 MB4 微型脈搏傳感器，因此只能求其 心率測試儀設(shè)計方案 十三 次，故而本設(shè)計采用 SC0073 微型脈搏傳感器。因此，本設(shè)計的測量心率范圍最低值為 60 次 /分鐘，考慮到很少情況下心率值為少于 60 次 /分鐘，故本系統(tǒng)仍能夠較好的滿足使用要求。 濾波放大電路設(shè)計 由于 SC0073 微型脈搏傳感器輸出信號最高電壓值略小于供電電 壓 VCC，也即其內(nèi)部已集成放大，故不需要外部電路進(jìn)行信號放大，只需最后設(shè)計好匹配電路即可。然而，信號采集過程中的外界干擾很多，其中最主要的干擾為 50Hz 的工頻干擾，需要得到 12Hz 左右的有效頻率信號則必然需要設(shè)計進(jìn)行濾波器設(shè)計。本文采用二階有源濾波器設(shè)計方案。利用 仿真軟件仿真電路圖如圖 31： 圖 31 濾波電路 該濾波電路的頻率響應(yīng)如 圖 32： 心率測試儀設(shè)計方案 十四 圖 32 濾波電路頻率響應(yīng) 由圖 32 知，濾波電路的截止頻率為 ，基本上能夠很好的抑制干擾，由SC0073 采集到的壓電信號經(jīng)過濾波器輸出后的實驗波形如圖 33： 圖 33 濾波電路輸出波形 由圖中波形知，當(dāng) SC0073微型脈搏傳感器正常狀態(tài)下輸出 （ 5VDC電源供電情況下），當(dāng)有壓力信號時會產(chǎn)生一脈沖信號。信號的頻率約為 ,心率為 次 /分鐘，實驗結(jié)果較為合理。 比較整形電路設(shè)計 將圖 33 中的濾波器輸出波形進(jìn)行比較整形，整形電路 如圖 34： 心率測試儀設(shè)計方案 十五 圖 34 比較整形電路 圖 34所示的比較整形電路中，比較電壓為 ，當(dāng)信號電壓高于 值時，放大器 uA741 的 6 腳輸出 +5V 電壓，低于 值時，放大器 uA741 的 6腳輸出 5V 電壓。 6 腳輸出信號經(jīng) RC 耦合電路進(jìn)行整形。 RC 常數(shù) τ ： 365 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 5 1 0 1R C s s? ?? ? ? ? ? ? 脈沖信號經(jīng)過整形后得到 較好的方波信號，實驗輸出波形如圖 35 所示： 圖 35 比較整形電路輸出波形 匹配電路設(shè)計 由于 單片機(jī) IO 口輸入高電平為 ，最高電壓不能超過 ，且圖 34整形電路的輸出端與單片機(jī)連接時需要考慮共地、阻抗匹配等問題。因此本文設(shè) 心率測試儀設(shè)計方案 十六 計了匹配電路。 首先，利用反向的二極管取出整形電路輸出信號中的負(fù)壓信號，再經(jīng)過如圖36 所示電路，則能夠很好的滿足設(shè)計要求。 第四 章 上位機(jī)設(shè)計 圖 36 阻抗匹配電路設(shè)計 圖 36 所示阻抗匹配電路，信號經(jīng)反相放大器。 增益為 因此輸出信號幅度 為 4 ??，能夠符合單片機(jī) IO 口輸入電平要求。實驗輸出波形如圖 37 所示： 42 ovfiV RA VR? ? ? ? ? 心率測試儀設(shè)計方案 十七 圖 37 接入單片機(jī)的脈搏信號波形 下位機(jī)的設(shè)計 下位機(jī)以 MSP430F149 單片機(jī)作為主處理芯片， 定時向上位機(jī)發(fā)送心率采樣值數(shù)據(jù)，并同時將心率值同步顯示在液晶顯示器 12864 上。 傳輸協(xié)議：本系統(tǒng)采用 RS232 傳輸協(xié)議來實現(xiàn)系統(tǒng)通信， RS232 最大傳輸距離為