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1、便携式脉搏测试仪摘要：本系统基于msp430单片机为核心，采用红外光发射接收技术，从人体手指或耳垂处采样获取脉搏信息，用lcd12864液晶显示人体每分钟脉搏次数，系统主要包括光电传感器取样电路、放大整形和低通滤波电路、计数显示电路、声光报警电路。 关键词：msp430单片机 lcd12864液晶 光电传感器 A/D 目 录一、系统方案21.整体方案选择22.控制电路选择23.传感器选择24.滤波模块选择25.显示模块选择36.信号调理电路3二、理论分析与计算31.光电发射接受参数分析与计算32.脉搏信号参数分析、信息采样与处理参数分析与计算33波形显示参数分析与计算3三.硬件电路41.信号采
2、集电路及原理42.低通滤波电路43.三级放大电路及比较器44.主控电路5四.测试结果与误差分析61.测试仪器：62.用示波器检测各个模块的输出波形63.用一个实用的医疗脉搏测量仪与本脉搏仪同比测量7五.总结7六.参考文献7七.附录一（图片）8一、系统方案1.整体方案选择系统由光电传感器取样电路、信号放大和低通滤波电路、计数显示电路、声音报警电路完成对人体脉搏频率的测试。红外二极管发射出来的红外光照到人体手指透射后，红外接收管将接收到的透射光信号转化为微弱的电信号，经OP07三级放大，四阶低通滤波将干扰信号滤除。由于经放大滤波后的电信号并不是单片机所识别的波形，需要用比较器整形为方波，便于测试。
3、单片机只能采集到正的电压值，因此还需要对交流信号进行直流叠加使它成为正的电压值。单片机在一分钟内采集到的高电平次数近似为人体脉搏跳动的次数，将此值通过液晶显示出来即完成测试。信号调理电路声音报警放大和低通虑波光电传感器Msp430波形显示复位电路供电电路 图1 系统整体框图2.控制电路选择方案一：采用ATMEL 公司的AT89C51。51单片机价格便宜，应用广泛，使用AT89C51需外接两路AD转换电路，实现较为复杂。方案二：采用TI公司的单片机msp430g2553。msp430g2553具有超低功耗，强大的处理能力，高性能模拟技术及丰富的片上外围模块，系统工作稳定，开发环境方便高效。 选择
4、方案二以单片机msp430g2553为核心，组成单片机最小系统。3.传感器选择方案一：采用光敏二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，工作时加上反向电压。无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。方案二：采用光敏三级管。电路输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被三极管的基极接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电光电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。方案比较：设计选用光敏二极管作为信号传感器。
5、4.滤波模块选择方案一：传统分立元件RC组成无源滤波器。通过模拟开关选择不同的RC来控制不同的截频率、品质因数等特性参数，但是它存在带内不平坦、频带范围窄且恒定、结构复杂等缺点。方案二：运算放大器构成有源滤波器。通过集成运算放大器与不同的R、C组成滤波器，能够过选择不同的RC网络来实现截止频率和品质因数可变的高通、低通滤波器的设计。方案比较：与无源滤波器相比，有源滤波器优势明显，因此选择方案二。5.显示模块选择方案一：采用LCD1602作为系统显示器件，5V供电，操作简单，但显示的内容较少，无法显示曲线，不能达到题目要求。方案二：采用LCD12864液晶显示，可视面积大，画面效果好，抗干扰能力
6、强，调用方便简单，而且可以节省了软件中断资源。其缺点在于显示内容需要存储字模信息，需要一定存储空间。由于作为控制器的单片机有足够的存储空间，存储字模数据绰绰有余。方案比较：一方案不能满足题目要求，方案二显示内容全面，因此选择方案二。6.信号调理电路信号通过两级放大后不能达到要求，要经过三级放大，信号经过三级放大四阶低通滤波后，是一个类正弦波，要通过比较器后形成方波，才能被单片机计数。该系统所涉及的放大、滤波、比较、电平转移要求的精度比较高，所以多使用TI公司提供的运放。满足低噪音、高增益，外围电路简单，性价比高，便于便携的需求。二、理论分析与计算 1.光电发射接受参数分析与计算当手指放在红外线
7、发射二极管和红外接收二极管中间，随着心脏的跳动，血管中血液的流量将发生变换。由于手指放在光的传递路径中，血管中血液饱和程度的变化将引起光的强度发生变化，因此和心跳的节拍相对应，红外接收二极管的电流也跟着改变，这就导至红外接收二极管输出脉冲信号。2.脉搏信号参数分析、信息采样与处理参数分析与计算 将脉搏信号采集进来后，因为信号中伴有各种噪声干扰，进行低通滤波，去除高频信号，取中间合适的信号；再次用通向比例放大电路进行信号放大并且低通滤波，其两次信号放大倍数约为： 1000 倍 3波形显示参数分析与计算 将脉搏信号处理后，导入MSP430 LaunchPad 主控芯片，主控芯片将信号传输到lcd1
8、2864液晶屏，在液晶屏上显示出脉搏上下界限值，测量用的时间，每分钟的脉搏数。三.硬件电路1.信号采集电路及原理该模块以OP07运放为核心。信号采集模块用IR333和PO333光敏传感器，IR333作为发射端，波长为940nm，PO333作为接收端。当发射管的红外信号经透射被接收管接收后,接收管的电阻会发生变化,在电路上一般以电压的变化形式体现出来。图1信号采集及第一级放大电路2.低通滤波电路由于人体的脉搏通常为50200次/分钟，对应的频率范围在0.83Hz-3.33Hz之间，因此经红外检测采集到并转换得到的电信号频率就非常低且幅度很小。为了防止信号因外界高频信号干扰而使检测结果有误，信号就
9、必须先进行放大后低通滤波，以便滤出绝大部分的高频干扰。而且脉搏仪所使用的地点不能保证是阴暗的室内，所以要考虑到强光对其测量的干扰。 图3 低通滤波电路3.后级放大及电平转移电路因为光电管接收的信号只有0.5mV左右，通过两级放大仍不能达到要求，因此采用更多级放大。故加第三级放大，这样就提高了测量的准确性。信号经过此级（1.2M/100K=12倍）放大后，共放大约12000倍。经测试通过第三级放大后输出电压较大，故采用分压电路调整幅度。由于单片机中A/D转换仅能识别正电压，故采用加法器进行电平转移，使经第三级放大以后的双极性脉搏信号变为正极性，以供A/D转换器识别。最后，采用比较器使相应的脉搏信
10、号方波化，以便单片机识别进行记录脉搏次数。 图4 第三级放大电路及比较器 4.主控电路图5 主控电路四.测试结果与误差分析待添加的隐藏文字内容31.测试仪器： 示波器：DS5062MA 2.用示波器检测各个模块的输出波形 图5前级放大输出波形 图6 放大滤波后的波形 图7 电平转移后的波形3.用一个实用的医疗脉搏测量仪与本脉搏仪同比测量电子脉搏计：百利达BP-600测试值实际值误差值误差率1757500.0%27877+11.2%38179+22.5%49294-22.1%56869-11.4% 预置上下警告门限为130次/min-40次/min，通过模拟信号发生器发出 2.17Hz-0.67
11、Hz的频率，结果警报器报警。五.总结1.通过上表的数据，本测试仪的误差在一分钟内不大于3，满足基本要求2；2. 通过预置不同的上下告警门限，警报均会触发，满足发挥部分1的要求。六.参考文献【1】秦龙MSP430单片机c语言应用程序设计【2】赵伟军PROTEL99SE教程北京：人民邮电出版社，2004【3】全国大学生电子设计竞赛湖北区组委会组编电子系统设计实践武汉：华中科技大学出版社，2005【4】谭浩强C语言程序设计清华大学出版社，2007 【5】康华光电子技术基础（模拟部分） 北京：高等教育出版社 2006七.附录一（图片）图5前级放大输出波形 图6 放大滤波后的波形 图7 电平转移后的波形图8 后级放大比较波形
