心率测试仪设计毕业论文(设计).docx

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毕业论文

设计（论文）题目：

 心率测试仪设计

重庆邮电大学本科毕业设计（论文）

摘  要

心脏的每一次搏动都会导致手指皮肤毛细血管产生一次充盈和收缩，该血脉变化信号可

用于检测心率。

本课题设计了一种基于反射式光电传感器的心率测试仪，由反射式光电传感器提取出手指皮肤处的微弱脉搏信号并加以处理，使心率的测量显得更简便更精确。

本设计主要由六部分组成，包括测量电路、放大电路、滤波整形电路、倍频电路、控制

电路和计数译码显示电路。

该设计的首要任务是测量电路中传感器的选取，其次就是信号的放大及滤波整形电路的设计，关键点是计数译码显示电路中计数和译码方式的选择。

该设计利用外置恒流源电路的反射式光电传感器，将人体的脉搏信号转变为可处理的电

信号，再将所得电信号经过电压放大、滤除高频、A/D转换和倍频等处理得到数字脉冲信号，接着在由555定时器组成的闸门控制电路的控制下，经过计数器、译码器的处理，最终将心率测试结果用数码管显示出来。

利用Mulitisim仿真软件，可以对此心率测试仪实现仿真。

本设计只需要被测人把手指放在传感器内不足10秒钟就可以精确测量出心率值，测量结果用三位七段数码管显示。

本设计在仿真实验中，当输入1Hz正弦信号时，经过6次测试，心率平均值为60次/分钟，最大误差1.67%；当输入2Hz正弦信号时，经过6次测试，心率平均值为119次/分钟，最大误差1.68%。

仿真结果满足课题要求的当心率大于50次/分钟时，误差小于5%，仿真实验成功，所设计心率测试仪达到预期目的。

【关键词】心率测试仪  反射式传感器  Mulitisim仿真软件  数字脉冲信号

- I - 

重庆邮电大学本科毕业设计（论文）

ABSTRACT 

The heart beat of each timewillcausethecapillariesoffinger skin have a filling and shrinkage, the changes of blood signal can be used for the detection of heart rate, which causes the finger skin producing the weak vibration. The vibrationsignal can be used to test the heart rate Thistopic designsa heartrate testerwhichis basedon reflectingphotoelectric sensor,By reflectingphotoelectricsensorextractsthepulsesignalfromfingerskinandprocessit,atlast making the heart rate measurement appears more simple and precise. 

This designmainly by six parts,including measuring circuit,amplifying circuit,filtering plastic circuit, times frequency circuit, control circuit and count decode display circuit.As for the design , the selection of sensor is the primary task in the measurement circuit, followed by signal amplifier and filtering plastic circuit design, the key point is that the count of the counter decoder circuit and the choice of the ways of decoding.

This design uses reflecting photoelectric sensorwhose outer is constant currentsource circuit, this design makes the human body pulse signal into the electricalsignalswhich can be handled, and thenthroughtheelectricalsignalvoltageamplifier,filteringhf,A/Dconversionandfrequency doubling processing get digital pulse signal, and then process it under the control of the gate control circuitwhichis composedby555timingdevice,followedbythecounter,decoder,eventually display the heart rate test results withA digital tube. 

UsingMulitisim simulation software can realize the simulation about the heart rate tester. This design only needs to the man putting his finger in the sensor less than 10 seconds to measure the value of heart rate, the measured results will be displayed with three seven period of digital pipe. This designed simulation results show that when the input 1 Hzsinesignals, after six times test, averageheartratefor60times/minutes,themaximumerror1.67%;Whentheinput2Hzsinesignals, after six times test, heart rate average of 119 times a minute, the maximum error of 1.68%. The simulation results meet requirementswhen the subject is greater than 50 / minutes heart rate, the error is less than 5%, the simulation experiment is successful, and the design of the heart rate tester achieved the expected purpose. 

【Key words】 Heart rate tester   Reflecting sensor   Mulitisim simulation software    Digital pulse signal 

- II - 

目  录

前  言. 1 

第一章基于反射式光电传感器的设计 2 

第一节心率测试仪组成构架图  2 

第二节反射式光电传感器分析  3 

一、反射式光电传感器定义. 3 

二、反射式光电传感器在心率测试仪中的应用 3 

三、传感器信号关系 4 

第三节设计方案分析  5 

一、测量法的选择. 5 

二、技术指标要求 6 

三、测试误差分析 6 

第二章  指尖脉搏信号采集 8 

第一节反射式光电传感器的工作原理  8 

第二节传感器恒流源电路  9 

第三章信号处理.   11 

第一节放大电路  11 

一、电路说明  11 

二、电路仿真 12 

第二节滤波电路  13 

一、电路分析. 13 

二、仿真波形 15 

第三节整形电路  15 

一、集成施密特触发器74LS14D  1 6 

二、电路仿真. 16 

第四节倍频电路  17 

一、利用简单门电路等组成的二倍频电路级联 17 

二、8倍频电路仿真  18 

第五节本章小结  19 

第四章心率显示. 20 

第一节  控制电路  20 

一、控制信号的产生 20 

二、启动清零的控制 24 

- IV - 

第二节计数译码显示电路  25 

一、计数器. 25 

二、译码显示电路 26 

三、电路仿真图 27 

第三节系统测试  28 

第四节本章小结  29 

致  谢.  错误！

未定义书签。

附录. 32 

一、英文原文 32 

二、英文翻译 36 

三、工程设计图纸 39 

重庆邮电大学本科毕业设计（论文）

前  言

心率不但能够反映心脏的工作状态是否正常，也可以用来衡量脑力劳动和体力劳动的强度。

健康成年人安静时，心率的个体差异比较显著，大概范围在

60—150次/分之间，平均为75次/分左右。

根据被测人的年龄、性别以及其他

生理情况，心率会有所不同。

初生儿的心率很快，可达130次/分以上。

在健康的成年人中，一般男性的心率比女性较慢。

人体运动的时候，心率会随机体代谢的强度增加而增加，在一定范围内心率可以作为运动强度和机体的代谢水平的参考指标，因此，心率常被用于有氧运动中对运动强度的控制。

运动结束后，心率恢复时间的长短又可用作评定运动负荷是否适宜以及心脏机能状态是否正常的依据和指标。

因此心率测试有很大的临床意义，它的机理急待于我们进行研究。

随着科学技术的发展，心率测试技术越来越先进，消费者对心率测试仪精度的要求也越来越高。

国内外科学家先后研制了不同类型的心率测试仪，而设计关键是对高精确度高灵敏度传感器的开发。

本设计采用反射式光电传感器来采集人体的脉搏信号，检测的部位为被测者手指指尖或者耳垂。

随着电子计算机技术的飞速发展，智能传感器也逐步应用到多个领域。

医用领域将传感器与信号采集、放大滤波装置、计算机等相结合构成新型智能测量系统，该系统不仅可以单方面测量心率、血压等，也可进行对人体的多点测量，完整检测脉搏的波动状态，能够更加科学的反映心率的变化，从而为医生的诊断提供详细参考依据。

本课题旨在综合反射式光电传感器以及相关专业知识，设计一个数字心率计，对人体心率进行测量处理并数字显示。

本课题有较强的综合性，可以巩固所学专业基础知识和基本操作技能，培养综合运用所学知识与技术，以及独立分析问题、解决问题的能力，通过在设计中选择合适型号的传感器，进而掌握其原理、应用范围、功能等，还可以深入了解心率计的工作原理、元器件选择以及电子仪器的常用设计方法等。

- 38 - 

第一章基于反射式光电传感器的设计

第一节心率测试仪组成构架图

本设计分成以下几个模块：

测量电路、放大电路、滤波整形电路、倍频电路、控制电路、计数译码显示电路。

其原理方框图如图1.1所示

反射式光第电二节 G放S大M电路移

传感器

动通信滤波系电