脉象仪课程设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,脉象仪课程设计,专 业：生物医学工程,指导教师：李 梦 超,学生姓名：,5091111,毛伟伟,5091109,赵岩,5091101,靳进,5091122,李琛,5091103,吴启超,一、脉象仪简介,二、信号采集电路,三、信号处理电路,四、单片机与,A/D,转换电路,五、电路显示模块与电源模块,六、基于,LABVIEW,的仿真,一、脉象仪简介,人的脉搏信号，是一个周期性较强的准周期信号。脉搏波动频率为,60,80,次,/min,，其频率成分主要分布在,0,20Hz,之间，最高频率不超过,40Hz,，体表电压为,0,4 mV,左右。因此脉象信号具有特征频率低、变化缓、信号弱，信号源阻抗较高，常伴随着较强的背景噪声和干扰等特点。,采集模块,脉象传感器是用来采集人体桡动脉寸、关、尺各部位的脉搏搏动信号,它的性能将直接影响到整个系统的可靠性和准确性。因为只有传感器采集到的信息能准确的反映客观事实,后面的数据处理与分析才会有实际意义。采用的脉象传感器是悬臂梁结构,其结构原理如图,2,所示。以往所采用的脉象传感器在重复使用时,由于探头中心与血管的中心不重合,使记录到的波形重复性差,但复式悬臂梁结构的传感器,重复性好,可以避免这个问题。,脉象传感器内部采用的是惠斯通全桥电路,并用恒流源供电。这种方式可以将传感器导线电阻及其他等效电阻的影响降致最低。传感器电路图如图,3,所示, V,为输入电压,; R1R4,为扩散电阻应变计构成的惠斯通全桥电路, R0,为调零电位器,供电路的初始调零,; Rt,为温度补偿电阻应变计,; r0,和,r1,为灵敏度调整电阻应变计。,在未进行脉象采集时,惠斯通电桥平衡。当传感器接触被测点时,传感器的弹性梁所测得的是桡动脉及周围软组织对探头形成的反作用力,F,、脉搏搏动力,F,、血管轴向张力,T,以及随脉搏跳动变化的血管轴向牵张力,T,等力的作用而产生的综合力。这些综合力使梁产生应力,从而导致扩散在梁根部的电阻应变片的阻值发生变化,因此,由电阻应变片构成的惠斯通全桥失去平衡,输出差分电压信号,此过程就使脉搏的变化转化成电信号提供给后续电路。本系统采用的传感器灵敏度为,50mV /N,非线性误差小于,1% FS ( 0 5N ),。,信号提取,本设计采集,6,路信号，如果每个脉搏信号都有自己的放大电路与,A/D,转换电路将使硬件电路搭建十分繁琐且费用高。因此我们采用单通道连续采集的方式进行信号采集。主要采用的芯片是,CD4051,，即模拟通道六路选择开关。,CD4051,芯片图,信号放大电路部分的设计,电路基本要求,1)高增益,前置放大器放大倍数一般应在80dB120dB之间；,2)高共摸抑制比,放大器必须要具有好的抗干扰能力，一般要有60dB以上的CMRR；,3)高输入阻抗,一般不小于2M ，有的可达100M ，否则，所测信号会产生很大的误差，同时也会降低整体的抗干扰能力；,4)低噪声,若放大器本身噪声较高，会将有用的微弱信号淹没,输入噪声应在V数量级；,5)低漂移,漂移经中间级和功率级放大，会影响记录，因此要求前置放大器因温度引起的零点漂移尽可能小,；,前置放大电路设计,由于专用仪器运放,AD620,电源范围宽，设计体积小，功耗非常低，且价格便宜，应此选用,AD620,构成前置放大器,。,前置放大主要考虑噪声、输入阻抗和共模抑制比，这里设计的电路采用典型的差动三运放电路。电路特点高输入阻抗共模抑制比、低噪声、低温票。,二阶低通滤泼器设计,该低通滤波电路保留有用的脉搏低频信号，对,50Hz,工频等噪声进行了较大的衰减，能达到滤波的要求。,双,T,有源带阻滤波器,50HZ,工频在脉象放大器的频率之中，若把脉象电信号和交流干扰信号同时放大，脉象信号将会叠加上严重的干扰。该部分双,T,有源陷波器，消除工频干扰。,后级放大电路,本设计后置放大电路采用两级同向放大电路组成，特点高输入阻抗，性能稳定，,A=,（,1+R19/R18)(1+R21/R20).,信号处理部分电路总图,四、,A/D,转换器的选用,脉象信号的幅度约为,0,5mV,，而我们所设计的整个信号电路的放大倍数在,1000,倍左右，即输入,A/D,转换器电压范围为,0,5V,，且要求对脉搏型号进行实时显示，因此,A/D,转换器要求具备较高的转换速率。综合考虑，我们选择了选择,ADC0809,，属于逐次逼近式,A/D,转换器。,A/D,转换器的选用,ADC0809,主要特点：,1,）,8,通道,8,位,A,D,转换器，即分辨率,8,位。,2,）具有转换起停控制端。,3,）转换时间为,100,s,4,）,单个,5V,电源供电,5,）模拟输入电压范围,0,5V,6,）工作温度范围为,-40,85,摄氏度,7,）低功耗，约,15mW,。,可以和单片机直接接口。,ADC0809,的模拟输入端的电压有限输入范围与基准源有关。当采用内部基准源时，其有效输入范围为,0V,+2.5V,：当采用外部基准源时，外部基准源应从,Vref,端引入，其合适的范围为,+2.3V,+5V,，相应的模拟输入断的电压范围为,0V,Vref,。无论如何不应使其输入电平为负或超过绝对最大允许值,AVDD+0.3V,。当信号输入为双极性时，必须使用电平位移电路使其变为单极性信号输入。,单片机的选用,我们采用了,AT89C51,单片机。它是最早期也最典型的产品，低功耗、高性能、采用,CHMOS,工艺的,8,位单片机。它在硬件资源和功能、软件指令及编程上与,Intel 80C3X,单片机完全相同。在应用中可直接替换。在,AT89C51,内部有,FLASH,程序存储器，既可用常规的编程器编程，也可用在线使之处于编程状态对其编程。编程速度很快，擦除时也无需紫外线，非常方便,C51,单片机,电源模块,AT89C52,的工作电压是,5V,，放大器件的工作电压是,3.3V,。,系统通过锂电池经调压提供,5V,电压。再通过,SPX1117-3.3,低压差电源芯片将,5V,电压转换为,3.3V,系统电压，供大部分器件使用。,5V,电源模块的电路图如下图所示。,五、显示模块,本课设我们利用的显示屏是,TM12232,液晶显示模块，,TM12232,是一种点阵式,LCD,屏，可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线及汉字，并且可以实现屏幕上下左右滚动，动画功能，闪烁功能等，用途十分广泛。,显示模块,TM12232,液晶显示屏为,122*32,点阵，是由两片,SED1520,来驱动的，,SED1520,是属于行列驱动及控制合一的小规模液晶显示驱动芯片，电路简练，经济适用，模块工作稳定性好。右图为,TM12232,与,SED1520,系统连接电路,显示模块硬件总图,