【正文】 電壓比較器完成電路整形。 壓控電壓源型二階低通濾波器電路參數(shù)的計(jì)算 因?yàn)槊}搏的正常跳動為 60～ 150 次 /分鐘，所以容易算得其最高頻率為：f=150/60=, 為了便于計(jì)算，設(shè)該低通濾波器的截止頻率 f0= ∵ f0=w0/2π = ∴ w02=( 2π )2=1/R1fR2fC1fC2f= 為了計(jì)算的簡便，?。?R1f=2020K， R2f=4000K， C1f=， C2f= 把 R1fR2fC1fC2f的值帶入驗(yàn)證得 : R1fR2fC1fC2f=1 106*4 106*5 108*1 108= ∴ w0= ∴ f0=≈ 故取 R1f=2020K， R2f=4000K， C1f=， C2f=，見圖 7。因?yàn)閴嚎仉妷涸葱投A低通濾波器電路結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，且使用電路多采用運(yùn)算放大器做有源器件，幾乎沒有負(fù)載效應(yīng)，故選擇壓控電壓源型濾波電路。 濾波電路的選擇 由于有 50 赫茲的工頻干擾和傳感器在測量時有震動帶來的干擾 , 必須對所取信號進(jìn)行濾波處理。 識別濾波器的方法是：若信號頻率趨于零時有確定的電壓放大倍數(shù)，且信號頻率趨于無窮大時電壓放大倍數(shù)趨于零，則為低通濾波器；反之，若信號頻率趨于無窮大時有確定的電壓放大倍數(shù)，且信號頻率趨于零時電壓放大倍數(shù)趨于零，則為高通 濾波器；若信號頻率趨于零和無窮大時電壓放大倍數(shù)均趨于零，則為帶通濾波器；反之，若信號頻率趨于零和無窮大時電壓放大倍數(shù)具有相同的確定值，且在某一頻率范圍內(nèi)電壓放大倍數(shù)趨于零，則為帶阻濾波器。有源濾波電路不適用于高電壓大電流的數(shù)字心率計(jì) 11 場合，只適用于信號處理。有源濾波電路一般由 RC網(wǎng)絡(luò)和集成運(yùn)放組成，因而必須在合適的直流電源供電的情況下才能使用，同時 還可以進(jìn)行放大。無源濾波電路通常用在功率電路中，比如直流電源整流后的濾波，或者大電流負(fù)載時采用 LC（電感、電容）電路濾波。有源濾波的主要形式是有源 RC濾波，也被稱作電子濾波器。無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波 (包括倒 L型、 LC濾波、 LCπ型濾波和 RCπ型濾波等 )。 （ 3）電路分類 常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。 L愈大，濾波效果愈好。 在電感線圈不變的情況下，負(fù)載電阻愈小，輸出電壓的交流分量愈小。當(dāng)通過電感線圈的電流增大時，電感線圈產(chǎn)生的自感電動勢與電流方向相反，阻止電流的增加，同時將一部分電能轉(zhuǎn)化成磁場能存儲于電感之中；當(dāng)通過電感線圈的電流減小時，自感電動勢與電流方向相同，阻止電流的減小，同時釋放出存儲的能量，以補(bǔ)償電流的減小。只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號成分正常通過，而阻止另一部分頻率成分通過的電路，叫做經(jīng)典濾波器或?yàn)V波電路。根據(jù)高等數(shù) 學(xué)理論，任何一個滿足一定條件的信號，都可以被看成是由無限個正弦波疊加而成。濾波分經(jīng)典濾波和現(xiàn)代濾波。信 號在它的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)拿恳粋€環(huán)節(jié)都可能由于環(huán)境和干擾的存在而畸變，有時，甚至是在相當(dāng)多的情況下，這種畸變還很嚴(yán)重，以致于信號及其所攜帶的信息被深深地埋在噪聲當(dāng)中了 濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器 C，或與負(fù)載串聯(lián)電感器 L，以及由電容，電感組成而成的各種復(fù)式濾波電路。也就是說，可以只用原模擬信號在一系列離散時間坐標(biāo)點(diǎn)上的樣本值表達(dá)原始信號而不丟失任何信息，波、波形、信號這些概念既然表達(dá)的是客觀世界中各種物理量的變化，自然就是現(xiàn)代社會賴以生存的各種信息的載體。因?yàn)樽宰兞繒r間‘是連續(xù)取值的，所以稱之為連續(xù)時間信號，又習(xí)慣地稱之為模擬信號 (Analog Signal)?！安ā笔且粋€非常廣泛的物理概念，在電子技術(shù)領(lǐng)域，“波”被狹義地局限于特指描述各種物理量的取值隨時間起伏變化的過程。若達(dá) K常數(shù)及 m常數(shù)濾波器組成級聯(lián)電路，可獲得尖銳的濾波作數(shù)字心率計(jì) 9 用及良好的頻率衰減。至于那一頻率需被截止，可調(diào)節(jié)共振臂以決定之。當(dāng) m接近零值時，截止頻率的尖銳度增高，但對于截止頻的倍頻之衰減率將隨 著而減小。通帶與帶阻濾波器都是 m常數(shù)濾波器， m為截止頻率與被衰減的其他頻率之衰減比的函數(shù)。倘若一濾波器的構(gòu)成部分，較 K常數(shù)型具有較尖銳的截止頻率（即對頻率范圍選擇性強(qiáng)），而同時對此截止頻率以外的其他頻率只有較小的衰減率者，稱為 m常數(shù)濾波器。在電源及聲頻電路中之濾波器，最通用者為 L型及π型兩種。所有各型的濾波器，都是集合 L型單節(jié)濾波器而成。電源整流器中，即借助此網(wǎng)路濾凈脈動直流中的漣波，而獲得比較純凈的直流輸出。 濾波器一般有兩個端口，一個輸入信號、一個輸出信號 利用這 個特性可以將通過濾波器的一個方波群或復(fù)合噪波，而得到一個特定頻率的正弦波。 濾波器是一種對信號有處理作用的器件或電路。0V4F R EQ = 3. 5VA M PL = 0M VVO F F = 0U i1 R5 50kU i2VEE0R150kVC C0VEEU5OP 27 / LT3274681+V+VOU TOS2OS1V3F R EQ = 3. 5VA M PL = 1M VVO F F = 0VC CR250kVEEou t 1VEEU4OP 27 / LT3274681+V+VOU TOS2OS1VC CU i2R710kVC CR3 4kR650kU i1VU6OP 27 / LT3274681+V+VOU TOS2OS1Voutou t 2V215 Vd cVR44kV115Vdc 圖 三 三運(yùn)放高共模抑制比 放大電路 電路參數(shù)的計(jì)算 數(shù)字心率計(jì) 7 但為了消除 U U12偏置電流的影 響，通常取 R1=R2， R3=R4， R5=R6。 當(dāng) U U12性能一致是，輸入級的差動輸出及其差模增益只與差模輸入電壓有關(guān)，而其共模輸出、失調(diào)及漂移均在 Rp兩端相互抵消，因此電路具有良好的共模抑制能力，又不要求外部電阻匹配。 電路如圖 3 所示。根據(jù)理論公式進(jìn)行計(jì)算可得電路的放大倍數(shù)為： Av=Vo/Vi=1+R1/，但此電路不適合小信號放大，因此不予采取。因?yàn)槭湛s壓較舒張壓大，故以收縮壓信號作為預(yù)處數(shù)字心率計(jì) 6 理信號。 ui20可調(diào)電阻 RC5kC11000U0R15kui1R25k傳感器5V 圖二 脈搏測量電路 傳感器參數(shù)如下： 型號 最大壓力 psi 最大壓力 kpa 最大壓力 in H2O 最大壓力 cm H20 最大壓力 mm Hg 過壓 (kpa) 零位 偏差 mv 量程電壓 mv 靈敏 mV/Kpa 線性 %量程 最小 線性 %量程 最大 典型壓力 MPX2050 50 201 501 375 200 177。系統(tǒng)所用的電源是直流穩(wěn)壓 +5V, 采用的串聯(lián)電阻 R R2為 5kΩ 。 圖一 設(shè)計(jì)方案方框圖 數(shù)字心率計(jì) 5 三 單元電路的設(shè)計(jì)與選擇 脈搏檢測電路的設(shè) 計(jì) 因?yàn)椴捎玫?MPX2050力敏元件是一種高性能的動態(tài)微壓傳感器 , 且輸出電壓信號有一直流疊加 , 故采用電橋法直接獲取脈搏信號。所以可以通過對被測脈搏波進(jìn)行細(xì)分（即 4倍頻），從而通過計(jì)數(shù)器在 15秒內(nèi)所得計(jì)數(shù)結(jié)果就是一分鐘的脈搏數(shù)。 由于我們需要在十五秒內(nèi)完成脈搏計(jì)數(shù)，在這里我們采用了倍頻的方式。由于震動、工頻信號和放大器的噪聲等的影響，導(dǎo)致其輸出電壓中有很多干擾信號，為此需采用一濾波器濾除脈搏信號中的干擾，由于脈搏信號為低頻信號，所以該濾 波器必須為低通濾波器。該方案選用 傳感器 MPX2050GP，該傳感是帶溫度補(bǔ)償?shù)臄U(kuò)散硅壓力傳感器，它具有良好的線性和溫度穩(wěn)定，并且靈敏度高，是一種專門用于血壓測量的傳感器。為了使脈搏測試儀輕巧而便宜，且有較高精度通常采用第二種方案，本文的設(shè)計(jì)就基于這一方案。 4次，而且電路結(jié)構(gòu)需要乘法器，乘法器芯片難尋，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ；第二種方案直觀，電路結(jié)構(gòu)簡單，且 精度較第 一 種方案 高 ，但由于采用倍頻電路其精度已提高到177。所以可以通過對被測脈 搏波進(jìn)行細(xì)分（即