【正文】 S232 傳輸協(xié)議來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通信， RS232 最大傳輸距離為 15m，完全可以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)用系統(tǒng)的短距離信息傳輸。 增益為 因此輸出信號(hào)幅度 為 4 ??，能夠符合單片機(jī) IO 口輸入電平要求。 首先，利用反向的二極管取出整形電路輸出信號(hào)中的負(fù)壓信號(hào)，再經(jīng)過如圖36 所示電路，則能夠很好的滿足設(shè)計(jì)要求。 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(hào)經(jīng)過整形后得到 較好的方波信號(hào)，實(shí)驗(yàn)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(jì) 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(shí)需要考慮共地、阻抗匹配等問題。 比較整形電路設(shè)計(jì) 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(cè)試儀設(shè)計(jì)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(hào)電壓高于 值時(shí)，放大器 uA741 的 6 腳輸出 +5V 電壓，低于 值時(shí)，放大器 uA741 的 6腳輸出 5V 電壓。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(cè)試儀設(shè)計(jì)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(hào)經(jīng)過濾波器輸出后的實(shí)驗(yàn)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(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一脈沖信號(hào)。然而，信號(hào)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(hào)則必然需要設(shè)計(jì)進(jìn)行濾波器設(shè)計(jì)。因此，本設(shè)計(jì)的測(cè)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。 SC0073 微型脈搏傳感器為第二選擇。 HK2020 系列的脈搏傳感器功能比較全，但價(jià)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(jià)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(hào)可直接送人 ADC0809 芯片處理，是相當(dāng)理想的脈搏波傳感器，價(jià)格在 200 元左右，而 SC0073 微型脈搏傳感器價(jià)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(cè)不到脈搏信號(hào)。 壓電薄膜傳感器與壓電陶瓷片傳感器價(jià)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(dòng)態(tài)脈搏傳感器功能相近，但價(jià)格比后者高出許多。適用于心臟功能監(jiān)測(cè)儀檢測(cè)體表脈搏搏動(dòng)波形。 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(duì)于正常脈搏波信號(hào)，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(jiǎn)便等特點(diǎn)。性能指標(biāo)同 HK2020B 集成化脈搏傳感器。價(jià)格在 240 元左右。主要應(yīng)用于無創(chuàng)心血管測(cè)試，中醫(yī)脈象診斷。價(jià)格在 100 元左右。該產(chǎn)品可用于脈率檢測(cè)，主要用于運(yùn)動(dòng)、健身器材中的心率測(cè)試。 [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(hào)調(diào)理電路集成在傳感器內(nèi)?？傮w來說，除了測(cè)量脈搏范圍有一點(diǎn)兒不足外。 由本文 節(jié)介紹的 SC0073 微型動(dòng)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(cè)不到脈搏信號(hào)，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(dú)立的工作電源。于是本設(shè)計(jì)采用壓電式傳感器采取信號(hào)。 （ 3） 供電： 15 腳 GND、 16 腳 VCC（ +5v）。 8 腳（ R2IN）、 9 腳（ R2OUT）、 10 腳（ T2IN）、 7 腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 （ 2） 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道：由 1 1 1 14 腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。 圖 27 MAX232 芯片引腳圖 （ 1） 電荷泵電路：由 6 腳和 4 只電容構(gòu)成。因此，為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的 TTL 器件 心率測(cè)試儀設(shè)計(jì)方案 十 連接，必須在 EIA RS232C 與 TTL 電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，若不使用 MODEM，在碼元畸變小于 4%的情況下， DTE 和 DCE 之間最大傳輸距離為 15m。它們?cè)?EIA/TIA 232E 標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口中日益得到廣泛的應(yīng)用，功耗低、工作電源為單電源，外接電容僅為 F 或 1μ F；采用雙列直插封裝形式、接收器輸出為三態(tài) TTL COMS 等優(yōu)越性，為雙組 RS232接收 /發(fā)送器，工作電源為 +5V，波特率高，價(jià)格低，可在一般需要串行通信的系統(tǒng)中使用。 圖 23 開發(fā)板實(shí)物圖 特點(diǎn)： ? 低功耗 16位單片機(jī) ? 精簡(jiǎn)指令集（ RISC），單周期指令，含硬件乘法器等強(qiáng)大的運(yùn)算處理模塊 ? 低功耗， 5種工作模式，待機(jī)電流小于 1uA（ 51待機(jī)的千分之一） ? 豐富的片內(nèi)外設(shè)，開放的架構(gòu)， 16位數(shù)據(jù)處理能力，完整的片內(nèi)數(shù)據(jù)鏈路 ? 單芯片，高性價(jià)比 資源： 心率測(cè)試儀設(shè)計(jì)方案 八 ? 60KB Flash ROM. ? 2KB SRAM ? 48個(gè) IO(可設(shè)置為普通 IO或內(nèi)部模塊輸入 /輸出 ) ? 3組時(shí)鐘 ? 3個(gè)定時(shí)器 A比較 /捕獲模塊 (帶 PWM模塊 ) ? 7個(gè)定時(shí)器 B比較 /捕獲模塊 (帶 PWM模塊 ) ? USART0(UART和 SPI) ? USART1(UART和 SPI) ? 1個(gè)片內(nèi)比較器 A ? 8路模擬量輸入端口 ? 12位片內(nèi) ADC ? 片內(nèi) ? 1路外部參考電壓輸入端口 ? 內(nèi)部參考電壓可輸出 ? 硬件乘法器 MSP430F149 引腳說明 圖 24 MSP430F149 引腳圖 心率測(cè)試儀設(shè)計(jì)方案 九 RS232協(xié)議串口通信 MSP430F149 與主機(jī)的數(shù)據(jù)通信是通過 RS232 通信模塊實(shí)現(xiàn)的。 MSP430F149 的工作電壓是 ，因此，其 I/O 電平也是 邏輯電平，并且與 5V TTL 電平兼容。 Flash 可以整個(gè)擦除也可以分段擦除，這給系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)帶來了極大的便利和靈活。 MSP430F149 有 60KB 的 Flash 和 2KB 的 RAM。 MSP430系列是一組超低功耗的微控制器，由多種針對(duì)不同應(yīng)用目標(biāo)而以不同模塊組成的型號(hào)組成。 圖 21 SC0073 微型動(dòng)態(tài)脈搏微壓傳感器 傳感模塊 放大模塊 整形電路 計(jì)數(shù)器 定時(shí)器 串口通信 上位機(jī)控制 MCU 控制 顯示 心率測(cè)試儀設(shè)計(jì)方案 六 圖 22 為傳感器使用電路圖。 第二 章 基礎(chǔ)知識(shí)介紹 SC0073微型動(dòng)態(tài)脈搏微壓傳感器 如圖 21， 動(dòng)態(tài)微壓傳感器是一種高性能、低成本的壓電式小型壓力傳感器，產(chǎn)品采用壓電薄膜作為換能材料，動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)通過薄膜變成電荷量，在經(jīng)傳感器內(nèi)部放大電路轉(zhuǎn)換成電壓輸出。 根據(jù)人體脈搏信號(hào)特征， 本文設(shè)計(jì)了一種測(cè)量脈搏每分鐘跳動(dòng)次數(shù)的系統(tǒng)。 心率測(cè)試儀的組成框圖 心率測(cè)試儀設(shè)計(jì)方案 五 系統(tǒng)框圖如圖 13。同時(shí)心率值也是衡量體力勞動(dòng)強(qiáng)度和腦力勞動(dòng)強(qiáng)度的重要指標(biāo)。本課題所設(shè)計(jì)的心率測(cè)試儀屬于一種集輕型化、一體化、可視化等優(yōu)點(diǎn)的便攜式測(cè)試儀。 檢測(cè)的基本原理是：隨著心臟的搏動(dòng)， 波動(dòng)壓力 信號(hào)的頻率與人體每分鐘的脈搏次數(shù)成正比，故只要把它轉(zhuǎn)換成脈沖并進(jìn)行整形、計(jì)數(shù)和