【正文】 ③ 改善板層分割功能 ：為了 讓設(shè)計者更容易 對焊板進(jìn)行 辨別 ， Protel DXP 20xx 提供了加強(qiáng)的板層分割功能，對于板層的分割自動以不同顏色來表示 [28， 29]。 ⑤ 直接在電路板里分析 ：為了使設(shè)計者分析信號更加方便， 可以直接在 PCB 編輯器 里 對信號 進(jìn)行分析。 （ 4） 多媒體處理 ① 加強(qiáng)繪圖功能 ： Protel DXP 20xx 對 波形窗口的繪圖功能 起到了加強(qiáng)作用 ，例如在繪圖窗口設(shè) 置 了標(biāo)記畫線 、 繪畫框 等，同時 也可以應(yīng)用 Windows 的編輯功能。對于同一個設(shè)計文件可指定其中 要使用或是不使用的 某些元件，然后產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表等文件。 ④ 設(shè)計整合 ： Protel DXP 20xx 對 PCB 板和 Schematic 的雙向同步設(shè)計功能強(qiáng)化了。 （ 2） 加強(qiáng)性功能 ① 超強(qiáng)的比較功能 ： Protel DXP 20xx 新增了超強(qiáng)的比較功能，能對 兩種不同格式的文件進(jìn)行比較，也可以對 兩個相同格式 的文件進(jìn)行比較，以得到其版本的差異性，例如 網(wǎng)絡(luò)報表文件和電路板文件。 ④ 可定義電路板設(shè) 計規(guī)則 ： 在原理圖設(shè)計時，定義電路板設(shè)計規(guī)則是非常實際的。與以前的 Protel99 版本相比， Protel DXP 20xx 不僅在外觀上顯得更加華麗和人性化，而且極大地強(qiáng)化了電路設(shè)計的同步化，同時整合了 VHDL 和 FPGA 設(shè)計系統(tǒng)，其功能得到了很大的加強(qiáng)。 Protel DXP20xx 是 Altium 公司于20xx 年推出的最新版本電路設(shè)計 軟件 ，該軟件能實現(xiàn)從概念設(shè)計，頂層設(shè)計直到輸出生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及這之間的所有分析驗證和設(shè)計數(shù)據(jù)的管理。由于在 Proteus 中找不到更好的能替代手指的元器件，所以使用一個方波發(fā)射電路來替代脈搏信號的采集電路和調(diào)理電路，將方波發(fā)射器的輸出端直接接到單片機(jī)的 口，用同樣的程序燒入單片機(jī)進(jìn)行信號的計算和處理，最后通過顯示電路對方波次數(shù)進(jìn)行顯示。 （ 4）能夠提供了除了現(xiàn)實存在的儀器外的圖形顯示功能， 這種功能與示波器的作用相似， 可以將線路上變化的信號以圖形的方式實時 追蹤并 顯示出來，但功能 比示波器多，可以通過仿真來觀察。 Protues 具有的豐富的資源 ： （ 1）能夠提供的仿真儀表資源：虛擬終端、模式發(fā)生器、邏輯分析儀、示波器、I2C 調(diào)試器、信號發(fā)生器、 SPI 調(diào)試器、交直流電壓表 、 交直流電流表。 （ 4）仿真處理器以及其外圍電路。 Proteus 的功能特點 ： （ 1）對原理進(jìn)行布圖。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil和 MPLAB 等多種 編譯器 。它是 到 目前為止 最好的單片機(jī)及 其 外圍器件的 仿真測試軟件 。輸入程序界面如圖 56 和 57 所示： 圖 56 程序編輯界面 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 圖 57 輸入程序之后的編輯界面 （ 4）調(diào)試并運行程序，在確定程序無誤后，右鍵 Target1,在彈出的窗口中勾選上“生成HEX 文件”，點擊確定按鈕，如圖 58 所示，運行程序，得到 hex 文件。幾秒鐘后出現(xiàn)編輯界面，如圖 53 所示。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 第 5 章 軟件 仿真與系統(tǒng)實物 確定方案以后，為了讓實物盡量達(dá)到預(yù)期的效果，在焊實物之前，采用了軟件模擬仿真的辦法對電路進(jìn)行了調(diào)試仿真，這里用到了 Protues 軟件將硬件總體電路進(jìn)行了繪制，繪制完成的電路如圖 51 所示，繪制完成后，首先利用 Keil軟件對編寫的程序進(jìn)行調(diào)試編譯，在確定程序正確無誤的條件下，生成單片機(jī)能識別的 hex 文件，將生成的 hex文件燒入單片機(jī)即可對整個電路圖進(jìn)行仿真。 脈率計算程序包括如下步驟：將得到的數(shù)據(jù)以雙字節(jié)存入單片機(jī) AT89C2051 的數(shù)據(jù)存儲器 RAM 中。人體脈搏正常跳動約為 60 次 /分左右 ,即跳動頻率在 1Hz 左右，本系統(tǒng)為了更好的消除 50Hz工頻干擾，系統(tǒng)以 50Hz的數(shù)據(jù)輸出率對數(shù)據(jù)進(jìn)行下抽取，抽樣比為 2048。集成于單片機(jī)上的ADC 由定時器產(chǎn)生用于 A/D 轉(zhuǎn)換的重復(fù)觸發(fā)信號，因此需要通過設(shè)置 T2 寄存器重新裝載的值來獲得 的采樣率，參考信號取自片上自帶的 基準(zhǔn)電壓，設(shè)置ADCCON1＝ 0B2H， ADCCON2＝ 00H。 本文選用 ATMEL 公司的單片機(jī) AT89C2051，其內(nèi)部集成了速度可達(dá) 400k 的 12 位逐次逼近型 ADC，模擬輸入范圍是 0~，則分辨率為 。 定時器 T0 的中斷時間為 5ms，每中斷一次計時變量 n 就加 1，因此計時的單位是5ms，例如一個脈搏脈沖周期對應(yīng)的 n 值為 240，則對應(yīng)的時間為 ，由此可以得到每分鐘的脈搏數(shù)為 50，如果變量 n 值達(dá)到 20xx，即 10 秒鐘仍然沒有發(fā)生外部中斷，則表示沒有脈沖信號進(jìn)入單片機(jī)，于是就把變量 n的值清 0，數(shù)碼管顯示為 0. 讀數(shù)采用三位顯示。主程序主要實現(xiàn)程序的初始化，定時中斷程序主要由計時 、動態(tài)顯示掃描、無測試信號判斷等部分組成，外部中斷服務(wù)程序主要由測量、計算、讀數(shù)等部分組成。這部分功能主 要是通過軟件調(diào)試來實現(xiàn)的。單片機(jī)被 設(shè)置 為負(fù)跳變中斷觸發(fā)模式。這樣的設(shè)置，就使得即使電 源 電壓降低到6V，本電路也能實現(xiàn)正常工作。 時間 大約持續(xù) 20ms， LM324_c 同相輸入端的電位會因 C4充電電流減小而降低，當(dāng)此電位低于反相輸入端的電位時 (尖脈沖已過去很久 )LM324_c就將改變狀態(tài)并再次輸出低電平。 通過調(diào)節(jié)滑動變阻器 R21 的阻值就 可以實現(xiàn)將比較器的閾值調(diào)定在正弦波的幅值范圍之內(nèi)。為了避免在接收正常脈搏紅外線時受到強(qiáng)光 輻射 的干擾，電路中設(shè)計使用 了 雙極性耦合電容 C4 構(gòu)成一個 非常 簡單的光電隔離電路，從而 使干擾光線得到了較為有效的隔離。另外， LM324_b、 C2與 R1 LM324_c 則共同組成了信號整形電路模塊。因此對采集到的脈搏信號進(jìn)行處理是一項極其重要的工作。為了克服這一問題本系統(tǒng)采用脈沖振幅光調(diào)制技術(shù)。我們都知道，光具有很多重要的性質(zhì)，其不同的性質(zhì)在不同的場合得到了不同的運用，這里運用了光的穿透性和不同物質(zhì)濃度對光的吸收頻率的不同的特點，利用這兩個特點，將紅外發(fā)光二極管發(fā)出的 紅外光照射到人體的手指或耳垂等比較薄的部位，然后將 裝在該部位另一側(cè)或旁邊的紅外光電管來檢測 被測 機(jī)體組織的透明程度并把它轉(zhuǎn)換成電信號。整個電路圖可以分為脈搏信號采集電路、脈搏信號處理電路和單片機(jī)控制顯示電路三部分組成。 IC 采用集成穩(wěn)壓器 7805， C C2分別為輸入端和輸出端濾波電容， RL 為負(fù)載電阻。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但外接元件 的不同 ，可獲得不同的 輸出 電 流 和電 壓。 LM324 的特點 ： （ 1）短路保護(hù)輸出； （ 2）真差動輸入級； （ 3）可單電源工作： 3V32V； （ 4）低偏置電流：最大 100nA； （ 5）每封裝含四個運算放大器； （ 6）具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ埽? （ 7） 共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源； （ 8）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列； （ 9）輸入端具有靜電保護(hù)功能。每一組運算 放大器 可用圖 33 所示的符號來表示，它有 5 個引出腳，其中“+” 、 “ ” 為兩個信號輸入端， “ V+” 、 “ V” 為正、負(fù)電源 輸入 端， “ Vo” 為輸出端。 LM324 簡介 LM324 系列器件 是 帶有真差動輸入的四運算放大器。通過在單塊芯片上組合通用的 CPLI 和閃速記憶體， ATMEL 的 AT89C2051是強(qiáng)勁的微型處理器，它對許多嵌入式控制應(yīng)用提供一定高度靈活和成本低的解決辦法。 ⑥ XTAL1： 用 作反相器 、 振蕩器和內(nèi)部時鐘發(fā)生器 的輸入端口 。 ） ⑤ RST： 復(fù)位輸入 引腳 。 P3 口緩沖器可吸收 20mA 的電流。 P1 口輸出緩沖器哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 可吸收 20mA 電流并能直接驅(qū)動 LED 進(jìn)行數(shù)碼 顯示。 ② GND：接地端口。 AT89C2051 與其它單片機(jī)相比有一個特殊點就是它的時 鐘頻率可以為零，可以通過軟件設(shè)置睡眠系統(tǒng)，能有效的節(jié)省電能，當(dāng)單片機(jī)進(jìn)入睡眠狀態(tài)時，可以通過 RAM、定時 /計數(shù)器、串行口和外中斷口等系統(tǒng)喚醒方式將其喚醒，系統(tǒng)被喚醒后就會進(jìn)入繼續(xù)工作狀態(tài)，接著睡眠前得工作狀態(tài)繼續(xù)工作。光電式脈搏傳感器結(jié)構(gòu)比較簡單，制作工藝容易實現(xiàn)，所以本文自行設(shè)計的光電傳感器我來進(jìn)行脈搏的測量。 方案確定 壓電式脈搏傳感器功能比較全面，技術(shù)也比較成熟，應(yīng) 用比較廣泛，目前已經(jīng)被應(yīng)用于很多領(lǐng)域，但就其操作復(fù)雜，一個人很難實現(xiàn)對自己的脈搏進(jìn)行測量，而且輸出波形只有專業(yè)醫(yī)師通過分析之后才能對人體健康狀況作出判斷，所以很少用在家用電器中，只有在體育器材或是醫(yī)院的大型專業(yè)醫(yī)療器械才能用到。當(dāng)血液因心臟收縮而送到人體組織時，人體組織的半透明度會減?。划?dāng)血液因心臟舒張而流回心臟時，人體組織半的透明度會隨之增加。該產(chǎn)品可用于脈率檢測，如運動、健身器材設(shè)備中的心率測試 [12~13]。 壓電式脈搏傳感器是采用壓電 陶瓷通過脈搏的跳動來實現(xiàn)對脈搏信號的采集的，隨哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 著人體心臟的跳動，人體手腕的脈搏和頸部的脈搏搏動比較明顯，將壓電式脈搏傳感器通過橡膠帶將其緊貼在手腕或是頸部，當(dāng)脈搏跳動時，壓電陶瓷片便會產(chǎn)生相應(yīng)信號，壓電傳感器將測得的信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號并對該信號進(jìn)行整形、放大、濾波，最后送入顯示器件進(jìn)行計數(shù)和顯示，就能對脈搏進(jìn)行實時的檢測。經(jīng)過幾十年的應(yīng)用和基礎(chǔ)研究，目前 PVDF的性能已明顯提高 ，壓電電壓輸出常數(shù) g=174，是所有壓電體重最高的 [10]。 市面上根據(jù)不同原理有多種多樣的脈搏傳感器相繼出現(xiàn)，其中出現(xiàn)做多的是壓電式脈搏傳感器和光電式脈搏傳感器，光電式脈搏傳感器根據(jù)利用的光的原理的不同有可以分為透射式光電脈搏傳感器和反射式脈搏傳感器，這幾種傳感器是根據(jù)兩種不同的物理學(xué)原理設(shè)計制作而成，在性能上各具優(yōu)點，而且在技術(shù)上也很成熟，目前在很多 人體檢測儀器中都有對這兩種傳感器的使用。 （ 4）根據(jù)硬件電路圖和所要實現(xiàn)的功能編寫軟件程序。 最近，日本學(xué)者又提出了以脈搏波傳導(dǎo)速度與血壓的相關(guān)性來間接測量血壓，用檢測分析脈搏波的方法估計液壓的課題，足見脈搏檢測的應(yīng)用有著良好的發(fā)展前景。 下面是收集一 些資料：南朝鮮的 PARKYE 也曾研制脈象儀；日本田口賢惠曾研制“壓力、脈搏測定裝置”，代田文彥設(shè)計了“局部加壓型檢脈裝置”， Sony 公司產(chǎn)生出脈搏記錄儀，藤田六郎研制出不接觸部位就能測出最大脈搏的光電管容積脈診儀，岡田藤用陶瓷性壓力感測器，開發(fā)出適合于浮、中、沉各壓力等級的原件，并用此傳感器描述了脈象對應(yīng)的脈搏圖形；美國 LAUB 博士曾研制用于針灸臨床新型無創(chuàng)脈搏記錄儀；英國人 Marcy最早設(shè)計了以彈簧為動力的杠桿式脈搏傳感器，并記錄了橈動脈脈搏波 [1]。 在國外，針 對脈搏信號檢測分析系統(tǒng)的研究比較早，發(fā)展比較快，也比較深入。光電式脈搏傳感器是根哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 據(jù)光電容積法制成的脈搏傳感器，充分利用了光的穿透性和不同物質(zhì)對光的吸收頻率的不同的特點設(shè)計而成，通常對手指末端透光度的監(jiān)測，間接檢測出脈搏信號，光電式脈搏傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、無損傷、復(fù)精確度高、價格便宜、操作簡單、可重復(fù)使用等優(yōu)點。 身體是革命的本錢，也是我們生存的根本，我們每個人都想對自己的身體健康狀況有更加細(xì)微的了解，如何才能更加精確的檢查我們的身體狀況？怎么樣才能更加簡單的對我們的身體進(jìn)行檢查？什么樣的檢查能讓我們花更少的錢？這都是我們應(yīng)該考慮的問題，能不能設(shè)計一種簡單的儀器，不僅操作簡單，價格便宜，還能精確檢測我們的身體狀況呢？ 人體心室周期性的收縮和舒張將導(dǎo)致人體主動脈的收縮和舒張，使血流壓力以波的形式從主動脈根部開始沿著整個動脈系統(tǒng)傳播，這種波稱為脈搏波。 關(guān)鍵詞 ： 脈搏；光電傳感器；單片機(jī)；數(shù)碼管 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） II Abstract In the traditional medical testing， the pulse condition detection has been playing a very important role． The pulse condition of the human body contains a large number of physiology information and pathology information， the pulse examination has been being one of the important means for the doctor to diagnosis the illness． But the manmade factors influence it very much， the medical observation research shows． The end of the finger contains rich capillaries and small arteries． These arteries and the other arte