【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 成光電流，在一定的范圍內(nèi)增加入射光強(qiáng)度的變化。LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有使用運(yùn)算放大器的可用單電源供電的場(chǎng)合。 1 低輸入偏流 2 內(nèi)部頻率補(bǔ)償 3 直流電壓增益高(約100dB) 4 單位增益頻帶寬(約1MHz) 5 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?3—30V)；雙電源(177。 一177。15V) 6 低功耗電流，適合于電池供電 7 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 8 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 9 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 10 輸出電壓擺幅大() LM358的引腳結(jié)構(gòu)如圖25所示。圖25 LM358的引腳結(jié)構(gòu) LCD1602顯示模塊1602 LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。 圖26 LCD顯示模塊引腳圖管腳功能1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳 接口，其中：第1腳：VSS為電源地第2腳：VCC接5V電源正極第3腳:V0液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整,積極的力量對(duì)比最弱,接地時(shí)力量對(duì)比最大(對(duì)比度太高會(huì)產(chǎn)生“鬼影”,當(dāng)使用的電位器調(diào)整10 k)的對(duì)比。第4腳:RS注冊(cè)選擇,而高一級(jí)的數(shù)據(jù)寄存器,低級(jí)別0選擇指令寄存器。第5腳:RW讀寫信號(hào)線路,高水平(1)讀操作時(shí),低水平(0)寫作。第6腳:E(EN)或結(jié)束啟用(激活),高級(jí)別(1)讀取信息,當(dāng)負(fù)面的跳時(shí)執(zhí)行指令。第7~14腳:D0~D7 8位雙向數(shù)據(jù)。第15~16腳:空腳或光功率。15腳背光積極、背光負(fù)16腳。3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖心率測(cè)量?jī)x總體設(shè)計(jì)的電路圖如圖3 1所示,主要包括信號(hào)采集電路、放大電路、比較電路、信號(hào)處理電路和單片機(jī)液晶顯示電路。利用紅外傳感器來(lái)收集第一次心跳頻率信號(hào)，當(dāng)人體組織半透明值大，紅外發(fā)射管Dl發(fā)出通過(guò)身體的組織光強(qiáng)度很弱，光敏三極管導(dǎo)通，輸出高水平，當(dāng)人體的組織和半透明度值很小，紅外發(fā)射管發(fā)出Dl通過(guò)身體的組織，強(qiáng)烈的光強(qiáng)光敏三極管導(dǎo)通，輸出低電平。因此形成的脈沖頻率成正比低頻信號(hào),它類似于正弦波。當(dāng)脈搏為40次/分時(shí)，當(dāng)脈搏為40次/分時(shí)，從傳感器過(guò)來(lái)的是低頻信號(hào)。該低頻信號(hào)首先經(jīng)RC振蕩器濾波以消除高頻干擾，經(jīng)無(wú)極性隔直流電容CC5加到線性放大器的輸入端。運(yùn)算放大器將此信號(hào)放大100倍，并與RRC6組成的低通T型濾波器濾除殘留的干擾。正弦信號(hào)經(jīng)微分形成尖脈沖信號(hào)，單穩(wěn)態(tài)振蕩電路將尖脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為同頻率的長(zhǎng)脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)通過(guò)R12送到單片機(jī)后，經(jīng)過(guò)軟件對(duì)信號(hào)的處理，最后在以數(shù)值形式顯示在液晶上。 圖 31 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖 信號(hào)采集電路信號(hào)采集電路如圖32所示。5MM紅外對(duì)管D1與D3組成紅外傳感器。因紅外傳感器輸出的脈沖信號(hào)是非常微弱的信號(hào)，而且頻率很低（如脈搏50次/，200次/），并且還伴有各種噪聲干擾，故該信號(hào)要經(jīng)過(guò)RC5低通濾波，去除高頻干擾。當(dāng)傳感器檢測(cè)到較強(qiáng)的干擾噪音時(shí)，其輸出端的直流電壓信號(hào)會(huì)有很大變化。圖32 信號(hào)采集電路如圖33所示，R3與R8的電阻之比為放大器的放大倍數(shù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算所得該放大器的理論值為200倍，但由于8號(hào)接口上5V供壓不足再加上材料限制和人為的因素，該放大倍數(shù)只有20倍左右。 圖中C7為耦合電容，作用為隔直流通交流，之所以使用1uF的電容，是為了讓所有的信號(hào)通過(guò)。信號(hào)放大電路仿真圖如圖34所示。圖 33 信號(hào)放大電路 電壓比較器是一種常用的集成電路。它可用于報(bào)警器電路、自動(dòng)控制電路、測(cè)量技術(shù)，也可用于V/F 變換電路、A/D 變換電路、高速采樣電路、電源電壓監(jiān)測(cè)電路、振蕩器及壓控振蕩器電路、過(guò)零檢測(cè)電路等。我們主要介紹其基本概念、工作原理及典型工作電路，電壓比較器是對(duì)兩個(gè)模擬電壓比較其大小并判斷出其中哪一個(gè)電壓高，接到的信號(hào)電壓小于該值時(shí)顯示0V，當(dāng)大于該值時(shí)顯示5V，這就形成了0和5V的方波。如圖34 所示。圖34 電壓比較器電路圖 LCD1602顯示電路LCD1602與單片機(jī)接口電路如下：圖35 LCD1602與單片機(jī)接口 鍵盤電路 因?yàn)镮/O口足夠用，鍵盤設(shè)計(jì)采用線性鍵盤。三個(gè)引腳通過(guò)按鍵接地。有程序控制掃描。3個(gè)按鍵分別接到CPU的PP3P32上，正常心率范圍的設(shè)置，以便在超出限制時(shí)報(bào)警提示。 圖 36鍵盤電路4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 設(shè)K個(gè)連續(xù)的動(dòng)脈搏動(dòng)所用時(shí)間為t（秒），在時(shí)間 t 內(nèi)心率的平均值為n（次/分），則： n = 60K/t (41)為了能夠控制用單片機(jī)計(jì)算機(jī)測(cè)定t值，我們利用脈動(dòng)信號(hào)控制（在K個(gè)連續(xù)的脈搏周期內(nèi)）單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0定時(shí)（定時(shí)1ms中斷一次），工作寄存器對(duì)中斷次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后讀取計(jì)數(shù)值。設(shè)該計(jì)數(shù)值為N，于是有： t = (42)把(2)帶入(1)得到： n = 60k/ =60000K/N (43)式(3)就是利用單片計(jì)算機(jī)測(cè)定心率值的數(shù)學(xué)模型（%）。在該單片機(jī)系統(tǒng)中，K = 1~~9（用戶可通過(guò)按鍵自行設(shè)置）?？蓽y(cè)心率范圍20次/分~~200次/分（N的范圍：300~~30000）[13]。程序流程圖如圖4 1所示。初始化程序所需的單片機(jī)程序,它的主要任務(wù)是確定中斷入口地址和程序入口。然后顯示所有零,目的是區(qū)分是否有信號(hào),當(dāng)沒(méi)有信號(hào)發(fā)送到顯示所有零,顯示了心率計(jì)沒(méi)有正常工作,另一方面,正常工作。是定期l00ms設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分,它主要是抽樣6 s的基礎(chǔ)。系統(tǒng)使用定時(shí)器T1時(shí)間實(shí)現(xiàn)100 ms,大多數(shù)時(shí)候,等待占用程序執(zhí)行是一個(gè)無(wú)限循環(huán)語(yǔ)句,只中斷條件滿足時(shí),執(zhí)行中斷服務(wù)子程序,積累計(jì)數(shù)的結(jié)果,積累后,判斷抽樣的數(shù)量,如果抽樣在60倍,低于6年代,回到繼續(xù)樣品,等待中斷,直到60倍抽樣,抽樣的數(shù)量后得到的6 s二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù),發(fā)送到液晶顯示器。心率的有效測(cè)量范圍為40次—120次/分鐘，為了消除外界信號(hào)的干擾，在定時(shí)器中斷程序中加入了對(duì)頻率大小的判斷，濾除掉小于40次/分鐘和大于120次/分鐘的脈沖信號(hào)，中斷程序如圖42所示。定時(shí)器T0的中斷流程圖如圖43所示，定時(shí)器T1的中斷服務(wù)流程圖如圖44所示。 圖 41 程序流程圖 圖 42 中斷程序流程圖圖 43 定時(shí)器T0的中斷 圖 44 定時(shí)器T1的中斷5 系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析 測(cè)試方法和儀器(1) 時(shí)基測(cè)量：心率測(cè)量?jī)x的精度在很大程度上取決于系統(tǒng)的時(shí)間基準(zhǔn)，因而對(duì)1MS時(shí)間定時(shí)要用儀器校準(zhǔn)，我們用的是TDS210數(shù)字示波器。在T0定時(shí)中斷服務(wù)程序中首先對(duì)外部的某一端口的狀態(tài)不斷取反，用示波器測(cè)端口的周期，如有誤差可在程序中改變TL0的值，直到時(shí)間滿足要求為止。(2) 測(cè)量精度測(cè)試：用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一方波，其頻率與測(cè)量范圍相符，（40~120次/分）分別測(cè)量40次/分、80次/分、100次/分、120次/分，觀察心率儀的測(cè)量結(jié)果與與信號(hào)發(fā)生器輸出的頻率是否相符，如誤差大于177。2次/分時(shí)可再細(xì)調(diào)TL0的值，如不能滿足要求可用軟件與TL0的值同時(shí)調(diào)節(jié)，直到滿足要求為止[14]。使用儀器：示波器（TDS210）信號(hào)發(fā)生器（GFG8015G）萬(wàn)用表（FLUKE73）+5V電源（YB1711B）單片機(jī)仿真器（E2000/S）編程器（kile） 當(dāng)模塊設(shè)計(jì)完成并在ISIS 7 protues中仿真成功后，電路基本確定，但那只是理論值，需要對(duì)這些仿真電路進(jìn)行試驗(yàn)，以確保這些電路是否適用與該設(shè)計(jì)。在完成實(shí)驗(yàn)階段測(cè)試后，這時(shí)電路的元器件及各種電阻電容的值就已經(jīng)確定?？梢詫?shí)物的焊接。(1)焊前處理在焊接之前，組件別針或電路板焊接焊前加工的位置。焊接部位的去除氧化層用刀切斷金屬氧化物層表面的銷，銷的是金屬光澤。可用紗紙轉(zhuǎn)印電路板銅箔拋光后，均勻地涂上一層松香。(2)組件的鍍錫鍍錫線處理，后會(huì)導(dǎo)致松香、鉛、錫焊頭壓力把領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。能使鉛鍍一層很薄的錫均勻。在焊接之前，用剝線鉗剝絕緣皮，上述處理后，正式焊接。如果更多的電線電纜，照明應(yīng)擰在一起，然后鍍錫。(3)焊接方法、焊接、檢驗(yàn)、剪短。，左手用鑷子夾緊組件或電線，焊前預(yù)熱，焊鐵是足夠了。焊頭葉片表面鍍錫，焊的薄層。，烙鐵和水位約45度角，這樣的熔融錫烙鐵頭覆蓋焊點(diǎn)，將呆在焊點(diǎn)焊頭2 ~ 3秒。左手保持組件。如錫焊點(diǎn)冷卻凝固后，松開左手。，確認(rèn)不松，然后一邊剪鉗削減過(guò)剩導(dǎo)致可用。(4)焊接質(zhì)量每個(gè)點(diǎn)焊焊接，保證公司良好的接觸，確保焊接質(zhì)量。應(yīng)該是錫光，光滑無(wú)毛刺，適量的錫。錫和熔焊是公司。不應(yīng)該空焊、假焊。虛擬焊接中只有少量的錫焊焊接，造成接觸不良，當(dāng)打破。假焊住像焊接表面上，但實(shí)際上沒(méi)有焊接，有時(shí)用手畫、鉛焊點(diǎn)可以退出。在這兩種情況下會(huì)帶來(lái)電子產(chǎn)品的調(diào)試和維護(hù)。只有通過(guò)大量的、焊接練習(xí)認(rèn)真，避免兩種情況。焊接電路板時(shí)，一定要控制好時(shí)間。太長(zhǎng)，電路板將被燒焦，或造成焊點(diǎn)脫落。從電路板上拆卸元件時(shí)，可將電烙鐵頭貼在焊點(diǎn)上，待焊點(diǎn)上的錫熔化后，將元件拔出。由于本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)開發(fā)板來(lái)焊接，因此最小系統(tǒng)部分只用焊接元件不用另外布線，減輕了焊接部分的工作量，同時(shí)是電路板更美觀。雖然用單片機(jī)開發(fā)板來(lái)焊接，但是在焊接過(guò)程中也必須認(rèn)真謹(jǐn)慎，避免虛焊和短路。每焊完一個(gè)元器件或者一條線路都要用萬(wàn)用表檢查焊接是否成功，最終按照附錄一所示仿真圖焊接實(shí)物。實(shí)物圖如圖51所示。圖 51 實(shí)物圖 測(cè)試數(shù)據(jù)與結(jié)果分析 (1)用儀器測(cè)量：用信號(hào)發(fā)生器作信號(hào)源，產(chǎn)生一個(gè)40~200次/分的方波，觀察心率儀讀數(shù)與信號(hào)發(fā)生器輸出的頻率是否相等。表51給出了部分測(cè)量結(jié)果。表51 信號(hào)發(fā)生器測(cè)量結(jié)果測(cè)量序號(hào)信號(hào)發(fā)生器示值及示波器心率儀示值14040（低限報(bào)警）2808031501504120120（高限報(bào)警）由以上測(cè)量結(jié)果看，用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)用心率儀測(cè)量時(shí)其測(cè)量誤差為0，且在報(bào)警的上下限可報(bào)警。 (2)實(shí)