双波长频分光电脉搏波测量电路(最终报告).docVIP

课 程 报 告 （设计报告+调试报告） 课程名称： 测 控 电 路 课题项目：双波长频分光电脉搏波测量电路 课题仪器：红外发光二极管、红外发光二极管、OPT101等 系 别： 光电信息与通信工程学院 专 业： 测控技术与仪器 班级/学号: 学生姓名: 实验日期: 成 绩： 指导教师： 目 录 一、题目介绍 设计背景 设计目的 设计原理 设计任务 预期目标 二、设计部分 总体方案设计 各部分电路具体分析 1、正弦波的产生 2、发光二极管 3、光敏二极管 4、带通滤波器 5、解调 6、差模放大器（AD620） 7、单片机 三、测试部分 1、正弦波的产生 2、发光二极管 3、光敏二极管（OPT101） 4、带通滤波器 5、解调 6、差模放大器（AD620） 7、低通滤波 8、单片机（用单片机产生1KHz和10KHz的方波，1号管脚1KHz，2号管脚10KHz） 9、噪声分析 10、实际输出波形 四、实验心得 五、参考文献 六、附录 附录一：全电路仿真图 附录二：PCB布线图 附录三：元器件清单 一、题目介绍 (一) 设计背景 过去人们测量脉搏时常用的方法是使用测量脉搏的听诊器，或者使用吸附在人体上的电极等老式测量方法，这些方法无疑都不便于室外场所使用。所以需要设计一个便于测量脉搏的仪器——双波长频分光电脉搏波测量电路。它采用红光及红外线来进行检测采集人体的脉搏，检测的部位为被检测人的任意一个手指。 (二) 设计目的 1、 掌握光电传感器的选择及其接口电路的设计，特别是主动驱动方式的光电传感器的设计； 2、了解频分方式的信号调试、分离与解调，并针对信号的特点设计相应的信号处理电路，理解对测量系统的一般要求（精度、测量范围、响应速度），了解电路参数的测量。 （三）设计原理 人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张，使血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波称为脉搏波。脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征。 我们知道正常生理情况下，毛细血管和静脉血管时不搏动的，只有动脉搏动，如果我们用一定光强的一束光照射人的手指，那么皮肤，脂肪，肌肉，骨骼以及毛细血管，静脉血管对光的吸收是恒定的，此外还要注意动脉血中的非脉动部分对光的吸收也是恒定的，只有动脉的脉动部分才是变化的，下面的图可以帮助理解： 从上图可以看出：当吸收光最小时透射光最大，当吸收光最大时透射光最小。光敏二极管接受到透射光产生电流，电流的大小与透射光强成正比。所以，检测的基本原理是：随着心脏的搏动，人体组织半透明度随之改变。当血液送到人体组织时，组织的半透明度减小；当血液流回心脏，组织的半透明度增大。 因此，本设计将红光及红外发光二极管产生的红光线、红外线照射到人体的手指尖，并用装在手指尖另一侧的红外光电管来检测机体组织的透明程度并把它转换成电信号。由于此信号的频率与人体每分钟的脉搏次数成正比，故只要把它转换成脉冲并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的。 (四) 设计任务 （1）保证每个波长的脉搏波信号 1 VP-P； （2）通道窜扰： -20 dB； （3）脉搏波信号的频率：0.25--20 Hz； （4）信噪比： 20 dB。 (五)预期目标 根据课设任务书上的总体要求，在理解传感器原理、结构和应用实例后，最终做出成品即可。下图为输出预期波形： 二、设计部分 （一）总体方案设计 根据电路的功能要求，我们总体上设计了以下几个模块，电路原理框图如下： 从电路原理框图上可以看出，电路可分为两部分： 1、信号采集（光电耦合）部分：发光二极管与光敏电阻接收的电路； 2、信号的处理部分：光电信号转化；调制解调；放大；滤波；整形。 （二）各部分电路具体分析 1、正弦波的产生 我们知道要用双波长频分电路测量脉搏波，必须得到不同波长的多路信号才可以。所以，对于多路信号我们不可能对于每个信号分别采用一路系统来处理，否则的话设备会非常的庞大，代价会很昂贵而且不稳定因素会很多。我们这里采用的是双波长频分式即两个不同波长660nm红光和940nm红外光，所以只用到了两个不同频率的载波1KHZ和10KHZ。光敏二极管得到是两路信号的叠加。频分的核心思想是频谱搬移。即将传感器收集来的各路信号去调制（调制与解调稍后详谈）不同频率的载波信号得到不同频率的已调信号然后将这几路信号叠加在一起通过一个信道传送出去。如果是无线发射的话还要对这一路信号进行二次调制得到高频或者极高频的射频信号以便通过无线发射出去。当然我们这里不需要二次调制。 当信号经过一路传输来到处理终端时我们需要分离得