频后的脉冲信号送到计数、显示电路中。
6)计数、译码、显示电路 用来读出脉搏数,并以十进制数的形式由数码管显示出来。
7)电源电路 按电路要求提供符合要求的直流电源。
上述测量过程中,由于对脉冲进行了4倍频,计数时间也相应地缩短了4倍(15s),而数码管显示的数字却是lmin的脉搏跳动次数。用这种方案测量的误差为±4次/min,测量时间越短,误差也就越大。
方案Ⅱ 如图1-2所示。该方案是首先测出脉搏跳动5次所需的时间,然后再换算为每分钟脉搏跳动的次数,这种测量方法的误差小,可达±1次/min。此方案的传感器、放大与整形、计数、译码、显示电路等部分与方案I完全相同,现将其余部分的功能叙述如下:
1) 六进制计数器 用来检测六个脉搏信号,产生五个脉冲周期的门控信号。
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2) 基准脉冲(时间)发生器 产生周期为0.1s的基准脉冲信号。
3) 门控电路 控制基准脉冲信号进入8位二进制计数器。
4) 8位二进制计数器 对通过门控电路的基准脉冲进行计数,例如5个脉搏周期为5s,即门打开5s的时间,让0.1s周期的基准脉冲信号进入8位二进制计数器,显然计 数值为50,反之,由它可相应求出5个脉冲周期的时间。
5) 定脉冲数产生电路 产生定脉冲数信号,如3000个脉冲送入可预臵8位计数器输入端。
6) 可预臵8位计数器 以8位二进制计数器输出值(如50)作为预臵数,对3000个脉冲进行分频,所得的脉冲数(如得到60个脉冲信号),即心率,从而完成计数值换成每分钟的脉搏次数。现在所得的结果即为每分钟的脉搏数。
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传感器 基准时间发生器 门控电路 放大与整形 六进制计数器 8位二进制计数器
定脉冲数产生电路 可预置8位计数器 译码显示电路 图1-2 脉搏计方案Ⅱ
(2)方案比较 方案Ⅰ结构简单,易于实现,但测量精度偏低;方案Ⅱ电路结构复杂,成本高,测量精度较高。根据设计要求,精度为 ±4次/min,在满足设计要求的前提下,应尽量简化电路,降低成本,故选择方案Ⅰ。 单元电路的设计:
1、放大与整形电路 如上所述,此部分电路的功能是由传感器将脉搏信号转换为电信号,一般为几十毫伏,必须加以放大,以达到整形电路所需的电压,一般为几伏。放大后的信号波形是不规则的脉冲信号,因此必须加以滤波整形,整形电路的输出电压应满足
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计数器的要求。
(1)选择电路:所选放大整形电路框图如图1-3 所示。
1)传感器:传感器采用了红外光电转换器,作用是通过红外光照射人的手指的血脉流动情况,把脉搏跳动转换为电信号,其原理电路如图1-4 所示。 +Vcc +Vcc
图1-3 放大与整形电路框图
传感器 放大整形 有源滤波 整 形 电平转换
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图1-4 传感器信号调节原理电路
图1-5 同相放大器电路
图中,红外线发光管VD采用TLN104,接收三极管TLP104。用+5V电源供电,R1取500Ω,R2取10kΩ。
2)放大电路:由于传感器输出电阻比较高,故放大电路采用了同相放大器,如图1-5 所示,运放采用了LM324,电源电压±5V,放大电路的电压放大倍数为10倍左右,电路参数如下:R4=100kΩ,R5=910kΩ,R3为10kΩ电位器, C1=100μF。
3)有源滤波电路:采用了二阶压控有源低通滤波电路,如图1-6 所示,作用是把脉搏信号中的高频干扰信号去掉,同时把脉搏信号加以放大,考虑到去掉脉搏信号中的干扰尖脉冲,所以有源滤波电路的截止频率为lkHz左右。为了使脉搏信号放大到整形电路所需的电压值,通常电压放大倍数选用1.6倍左右。集成运放采用LM324。
4)整形电路:经过放大滤波后的脉搏信号仍是不
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