脉搏检测系统毕业论文

摘 要：脉搏作为人体重要的生理及病理参数之一，其信号具有重要的研究价值。针对其信号微弱、频率低且易受干扰的特点，文中首先提出了信号调理电路设计的要求，然后有针对性地选择元器件并设计硬件电路，最后对所设计的硬件电路进行实际测试。结果表明该调理电路具有输出波形稳定、噪声小和共模抑制比高的特点，提高了脉搏信号采集的精度。 关键词：脉搏；信号调理；电路设计 Design of Circuit for Conditioning the Pulse Signals ZHANG Jin-bang，LIU Jun （Graduate Management Team，Engineering University of CAPF，Xi"an 710086） Abstract: Pulse is one of the most important index of the human physiology and pathology，and provided with important medical researchful value . Basede on the characteristic of weak，low frequency and easily can be disturbed of pulse signals. The request of conditioning circuit for pulse signals is proposed，and the necessary compinents are elected in accordance with the characters of pulse，and the circuit is design. There are the circuit of prepose amplification，the circuit of zero，the circuit of restricting the signals 50 Hz，the circuit of band-pass filter and the circuit of secondary amplification. The circuit of hardware designed has been tested，and the measurement shows that the conditioning circuit of pulse signals possesses the advantages of high CMMR(common model restrain ration)，low noise，the output is stabilization，and has enhanced the precision of collection for pulse signals. Keywords: pulse; conditioning signals; design of circuit 脉搏是人体的重要生理参数之一，它携带了丰富的生理和病理信息，具有重要的生理和诊断参考价值[1-2]，但脉搏信号在强噪声背景下的低频微弱信号，具有随机性强、频率低的特点，极易受到检测系统内部噪声和外界环境(环境、温度)的干扰，因此必须对检测到的脉搏信号做一系列的处理(滤除噪声和干扰)，才可获得高保真的脉搏信息，为进一步从医学角度分析研究脉搏信息提供准确、有效的数据源。因此，研究脉搏信号调理电路对整个脉搏信号检测系统具有十分重要的意义。 1 调理电路总体设计 脉搏信号幅度小、频率低，极易被噪声湮没，减少甚至消除这些噪声干扰是有效识别脉搏信号特征参数的因素。信号调理电路作为信号采集单元的重要组成部分，其稳定性和可靠性直接决定了脉搏信号的真实性与有效性。 调理电路设计要求 脉搏信号取自人体浅表动脉，信号源阻抗较大，且幅度小、频率低，极易被噪声湮没。因此，对脉搏信号调理电路有如下要求：(1)高输入阻抗。由于信号源阻抗较高，脉搏信号很微弱，若输入阻抗不高，经分压后信号会更小，会使脉搏信号有严重损失；(2)高增益。脉搏信号属于微弱信号，只有较高的放大倍数才能提高脉搏信号采集的精度；(3)高共模抑制比。主要是消除市电50 Hz的工频干扰；(4)低噪声。使噪声信号不湮没信号微弱且信噪比低的脉搏信号；(5)低漂移。防止高放大倍数的放大电路出现饱和现象；(6)合适的带宽。以有效地抑制噪声，防止采样混叠；(7)高安全性。确保人体的绝对安全，主要对电气特性的要求。 调理电路设计方案 基于脉搏信号的上述特征和调理电路设计要求，本文设计的高性能脉搏信号调理电路由一级放大电路、调零电路、工频限波电路、带通滤波电路和二级放大电路组成，其原理框图如图1所示。 调理电路的工作流程为，一级放大电路对检测到的脉搏信号，进行线性放大，经调零电路抑制零漂后，传送至限波电路和带通滤波电路，滤除杂波干扰信号；再经二级放大电路送至A/D转换部分进行信号采样。 2 硬件电路设计 一级放大电路设计[9-10] 一级放大电路是调理电路设计中的第一个关键点，实现对检测到的脉搏信号进行线性放大和抑制干扰信号的功能，其性能的优劣直接决定了后续系统对数据分析处理的真实性。针对脉搏信号的特点，应当采用适当增益、低功耗、低噪声、高输入阻抗、高共模抑制比、线性工作范围宽和低零点漂移的并联差动三运放仪表放大器。目前比较常见的用于脉搏信号检测的仪表放大器有INA111、INA118、INA128、AD8553和AD620。其主要特性比较如表1所示。 针对脉搏信号采集的要求，经综合分析比较，本电路选择体积小、功耗低、噪声小及供电电源范围广的AD620作为一级放大电路的主体芯片。具体电路如图2所示。AD620使用方便，增益可通过改变放大器第1和第8引脚之间的电阻来调节，计算公式如下

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大学医学开题报告

大学医学开题报告【1】

【北京联合大学毕业设计(论文)开题报告】

一、课题任务与目的

1.课题任务

本课题是基于单片机的脉搏波提取电路的设计。设计采用数模转换器MAX1240芯片组成AD转换电路加上带通滤波电路、放大电路进行电压数据采集，然后将采集的脉搏信号即模拟电压值转换为12位数字值输入给单片机，单片机再将此数据处理为2个字节，低字节为低8位数据，高字节的低4位为数字电压值的高4位，进行数据处理后在通过串口将数据发送出去。

2.课题目的

进一步了解单片机，掌握信号调理部分电路组成及设计方法，以及单片机设计数据信号采集电路的方法。

二、调研资料情况

当前脉搏波检测系统有以下几种检测方法：光电容积脉搏波法、液体耦合腔脉搏传感器、压阻式脉搏传感器以及应变式脉搏传感器。近年来光电检测技术在临床医学应用中发展很快，这是由于光能避开强烈的电磁干扰，具有很高的绝缘性，且可非侵入地检测病人各种症状信息。用光电法提取指尖脉搏光信息是当前最好的方法。

脉搏波检测系统的数字化设计方法:从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。几乎世界上所有的民族都用过“摸脉”作为诊断疾病的手段。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息，在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,因此对脉搏波采集和处理具有很高的医学价值和应用前景。但人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频的弱信号, 脉搏波信号更是低频微弱的非电生理信号, 必需经过放大和后级滤波以满足采集的要求。

目前的指端脉搏检测系统都是采用模拟技术来完成滤波,放大整型等处理，再经过模数转换和进一步处理。这种方法不仅增加了硬件的复杂程度，增大了功耗和体积，更主要的是增加了系统不可靠和不稳定因素。随着电子测量技术的迅速发展，现代电子测量仪器以极快的速度向数字化、自动化的方向发展。

关于脉搏波的波形

脉搏波是心脏的搏动(振动)沿动脉血管和血流向 外周传播而形成的，因此其传播速度取决于传播介质的物理和几何性质--动脉的弹性、管腔的大小、血液的密度和粘性等，特别是与动脉管壁的弹性、口径和厚度 密切相关。实验发现动脉血管的弹性越大(即顺应性越大)，则脉搏波的传播速度越小;动脉管径越小，速度越大。故通常沿主动脉到大动脉、再到较小动脉，脉搏 波的传播速度越来越大。

脉搏波周期图的标志点特征与其对应的生理因素有着密切的联系，其对心血管功能参数指标信息的正确提取有着重要影响。如图1所示，b单波起点(主动脉脉瓣开放点)，c主波波峰(主动脉最高压力点)，d重搏前波波峰(c点压力下降后第一个拐点，是左心室射血冲击主动脉发生弹性振动造成的)，e舒张期开始点，f重搏波波谷(房室瓣开始打开，左心室开始充盈的标志点)，g重搏波波峰(f点后动脉压力继续上升的一个高峰)。Ps为收缩压，Pd为舒张压，Pm1为收缩期平均压，Pm2为舒张期平均压。

图1 脉搏波的具体特征

主要参考资料

[1](有关他人的基于单片机的脉搏波提取电路的设计方案)

[2](脉搏波的特征监测)

[3] 全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(2003).北京：北京理工大学出版社，2003年，第一版

[4] 周润景 .单片机电路 设计、分析与制作 .北京：机械工业出版社， 2010年8月1日第1版

[5] 张永格/黄庆华.单片机开发技术与实训.电子工业出版社.2006年，第一

[6] 凌阳科技.《凌阳16位单片机开发实例》. 北京航空航天大学出版社

[7]: SGS-Thomson Microelectronics Application Note.《Applications of Mololithic Bridge divers[M] 》

[8]: Nordic VLSI ASA PRODUCT SPECIFICATION.《433MHz Single Chip RF Transceiver Nrf401[M] 》. February. 2002

[9]谭浩强. C程序的设计.北京：清华大学出版社，2001.

三、初步设计方法与实施方案

图2 总体系统框图

总体流程为：先由脉搏波信号提取模块的HK2000B型压电脉搏传感器提取脉搏波，然后进入脉搏信号调理模块进行滤波放大，之后将调理好的数字波送到A/D转换模块，由MAX1240转换为模拟波形在传入单片机处理，最后单片机处理完成的波由串口通信模块传递给PC机。

1.脉搏信号提取模块

当前，中医临床上最常用的取脉方法是独取寸口法，此处动脉行径较固定，解剖位置较浅，毗邻组织较分明，因此成了脉诊有利位置。本课题采用HK2000B型压电脉搏传感器，其精度小灵敏度高，输出为模拟信号。

附其出厂技术指标;

(1)电源电压：DC5—6V;

(2)压力量程：-50—+300mmHg;

(3)灵敏度：2000μV/mmHg;

(4)灵敏度温度系数：°C;

(5)精度：;

(6)重复性：：

(7)迟滞：;

(8)过载：100倍。

2.脉搏信号调理模块

(1)滤波电路

常规脉搏信号的主要频带范围是—40Hz。为防止处于干扰环境是脉搏信号中混入各种噪声，因此在本系统中设计了通带频率为—40Hz的带通滤波电路，将脉搏信号的有用成分从采集到的信号中分离出来。本课题带通滤波器将采用44Hz的二阶低通滤波器级联的二阶高通滤波的方法实现。

(2)放大电路

使用三极管与电阻组成一个放大电路，参考倍数为8—10倍，具体放大倍数在仿真时可以测试出来。

转换模块

MAX1240称作模数变换器;简称“模数转换器”。把模拟量转换为数字量的装置。在计算机控制系统中，须经各种检测装置，以连续变化的电压或电流作为模拟量，随时提供被控制对象的有关参数(如速度、压力、温度等)而进行控制。计算机的输入必须是数字量，故需用模数转换器达到控制目的。

主要参数

—单电源供电。

2.分辨率为12位。

3.最大采样率73K次/秒。

4.低功耗，37Mw(73Ksps),5Uw(待机工作)。

5.内部提供采样/保持电路。

6.内部提供转换时钟。

引脚3(即SHDN)为控制端，其值取0为待机工作模式，取1为正常工作模式，也可悬空，此时内部电源无效，可在管脚3(Vref)外接参考电源。

图3 MAX1240内部管脚图示

4.单片机模块

本课题采用AT89S52单片机，由于MCS-51系列单片机造价低廉且通用性好，市场应用成熟，其中AT89S52低功耗，高性能方便各类程序测试调试，很是适合本设计故而选它作为课题单片机。

5.串行通信模块

串行通信可分为异步传送和同步传送两种形式，异步传送的特点是数据在线路上传送不连续，但通信双方必须事先约定传送的字符格式和波特率。同步传输的速度高于异步传输，但硬件设备较复杂，而且对同步时钟信号的相位一致性要求严格。

下面是对串行通信的几个一致的概念和标准：

1)传输率：即波特率，范围一般110—9600。

2)RS232-C：EIA电平与TTL电平转换，需要电平转换芯片MAX3232。

3)—电源供电。

4)300μA低供电电流。

5)只需外接μF电容。

6.电源模块

脉搏调理电路需求-5,V+5V模拟电源，单片机需求5V数字电源，A/D转换器和MAX3232需求数字电源，数字电源需和模拟电源分离。

四、预期结果

完成脉搏波提取的电路并仿真成功，能够测试记录波形，顺利且条件允许的情况下将进行硬件操作，最后完成毕业设计论文的编写。

五、进度计划

第一、二、三、四周：调研资料。

第五、六、七周：将找到的资料进行分析，学习。

第八、九、十、十一周：开始进行电路的设计，仿真。

第十二、十三周：调试电路并进行最后的修改。

第十四、十五周：撰写毕业论文。

第十六周：完成毕业设计，老师审查，并完成毕业答辩。

大学医学开题报告【2】

临近毕业了，大家的论文写好了吗，下文是医学开题报告范文，希望大家有所收获!

题目:病人倒地呼救智能开关设计

(一)选题背景

随着科学技术的日新月异和生活水平的迅速提高，人们对于身体健康保障的要求越来越高。当病人突出心脏病、脑溢血、低血糖、癫痫病等突发性疾病时，病人的生命安危将在很大程度上决定于病人能否在最短时间内得到有效的救助。由此自然促进了急救业务的发展和常用急救知识的普及。但是在国内，整个急救体系还处于起步阶段，存在的很多隐患可能在病人突发症病后影响急救效率。例如，如果一个心脏病人在路边散步时突然发病倒在路过该怎么办?打电话?如果附近没有公共电话呢?找人帮忙?一旦被非专业人员错误处理，导致延误治疗很可能弄巧成拙。打车送医院?资料表明，当病人心跳停止后 5-10min脑细胞就开始死亡。换句话说：在这种情况下必须要让专业急敌人员尽快到场才能保证病人的生命安全。从这个角度进行思考，我提出了这么一个设想：能不能设计一种装置使得病人因突然发病而跌倒到医生赶到救治的过程得到尽快的简化呢?

我在专利局查阅有关资料之后，发现国内目前尚没有此类产品的设计。一个类似创意的设计是：在一个瓶子内设置两个金属接点，瓶子内部灌一些水银。当人站立时，水银集中在一个接点处，电路断开。当人倒地时，瓶子的倾斜使水银同时接触到2个接点，电路被触发，瓶子内置的警报器发出警报，示意求助。这个设计显然是很粗糙的。

(1)它只是通过身体倾斜的角度来决定是否报警，而不是按照真正的生理状况，必然会出现很高的误报率。

(2)它无非是在最短时间内引起了别人注意，却并没有使整个过程简化，所以对于提高救护效率不会起到实质影响。

结合我自己的设想和现有设施的缺陷，我希望做出一套“倒地后急救体系”：当病人倒地之后，用一个监测装置感知病人诸如血压、脉搏等生理状况并进行数值分析。一旦确定病人已经发病，就发出无线电信号给最近的急救站，急救站通过gps定位病人的位置并以最快的速度调度急救人员。

但是，经过两个多月的探讨，几乎没有任何进展，我几乎到了要放弃的地步。但是，在老师不断的鼓励和启发下，有一天，灵感幸运地光顾了我的大脑——声光求助，有线、无线电话报警都是成熟的技术，关键在于没有一个能判断病人因其他原因跌倒与突然发病而跌倒的智能开关装置。

一旦这个设计能够实现，将会具有重大的实际价值和社会价值。首先它使病人在急救最关键的一个环节上得到了最大的保障，很大程度降低了突发性疾病的危险性;其次，它会使急救行业出现新的概念、新的运营模式，也会促进相关产品(如gps)的普及和推广;另外，它可以使众多患有突发性疾病的中老年人以轻松、乐观的情绪面对生活，参与更多的社会活动，由此产生的社会效应将非常可观。

众所周知,中医脉诊已有两千多年的历史,我国古1 光电式脉搏传感器的原理 人早巳把脉搏作为人体状态的一个信息窗口。但由于根据朗伯比尔(Lamber Beer) 定律, 物质在一定波长中医是靠手指获取脉搏信息，虽然脉诊具有简便、无处的吸光度和他的浓度成正比。当恒定波长的光照射到创、无痛的特点易为患者接受，然而在长期的医疗实人体组织上时, 通过人体组织吸收、反射衰减后测量到践中也暴露出一些缺陷。首先,切脉单凭医生手指感觉的光强将在一定程度上反映被照射部位组织的结构特征。辨别脉象的特征，受到感觉、经验和表述的限制，并脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生，在人体指尖，组且难免存在许多主观臆断因素，影响了对脉象判断的 织中的动脉成分含量高, 而且指尖厚度相对其他人体组 规范化;其次，这种用手指切脉的技巧很难掌握;再则，织而言比较薄, 透过手指后检测到的光强相对较大,因感知的脉象无法记录和保存影响了对脉象机理的研究。此光电式脉搏传感器的测量部位通常在人体指尖。脉诊的这种定性化和主观性，大大影响了其精度与可在恒定波长的光源的照射下，通过检测透过手指 行性，成为中医脉诊应用、发展和交流中的制约因素。将中医的切脉与现代电子技术结合可获取精确的脉搏信息，有助于对生理状况的诊断。 生物医学传感器是获取生物信息并将其转换成易于测量和处理信号的一个关键器件。光电式脉搏传感器是根据光电容积法制成的脉搏传感器，通过对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号。光电式脉搏传感器具有结构简单、无损伤、可重复等优点，本文讨论的就是基于光电式脉搏传感器的原理结构和具体实现。 收稿日期：2008-09-16 《中国医疗器械信息》2008年第14卷第11期 . 19 技术报告 Technology Report 推演出所需的信息，供医生准确地诊断疾病。 信号处理 2 光电式脉搏传感器结构 图2是光电式脉搏传感器结构示意图,它由红外发光二极管和红外光敏三极管构成。发光二极管发出的直接从传感器上采集到未经放大的原始信号,可以看见模糊的脉搏信号，但存在大量的干扰，很难分析出脉搏信号的好坏。传感器输出的信号要经过放大滤波处理。 红外光照射到血管上,部分光经血管反射被光敏三极管接收并转换成电信号送检测电路,测出血流状态。 3 信号获取的实现 脉搏信号具有如下具体特点:(1)强干扰下的微弱信号 由于脉搏信号幅度很小，大约是μV到mV的数量级范围。因此，极容易引入干扰，这些干扰有来自50Hz的工频干扰，有来自肌体抖动、精神紧张带来的假象信号等。 (2)频率低但能量相对集中的信号 人体的脉搏频率非常低，约为，一般情况下为1Hz左右，脉搏信号可看成一个准直流信号，也可看成是一个甚低频交变信号。根据脉搏功率谱能量分析，健康人脉搏能量绝大多数分布于1~5Hz，而病人脉搏在1Hz以下和较高频段(如5Hz以上或10Hz以上)仍有相当一部分的能量分布。(3)复杂且易变的随机信号 脉搏信号因人体生理、病理、心理的不同而不同，又受环境、时间、气候的影响，表现出同一个人在不同的时间、地点有不同的脉象，有时也会有不同的疾病表现出相同的脉象。由于脉搏信号的复杂性和变异性，一方面使得我们较难直接从观测结果中总结信号的特性和规律；另一方面，在有些情况下，有意义的信息恰恰蕴含在变异性之中。我们研究脉搏信息的主 要任务就是提取脉搏信号并加以处理，并由此分析、 . 20 《中国医疗器械信息》2008年第14卷第11期 信号处理装置具有信号放大、滤波等处理功能。系统的信号处理电路如图3 所示。整个电路工作于3V电源电压下,由三部分构成：① 传感器,接电源的上拉电阻R1，完成传感器供电和波动信号的放大输出。②放大级，由两级运放构成的放大器组成,同时放大器输入端的电容C1、C2 和接地电阻R2、R5 完成信号中直流分量的滤除。③ 整形级, 通过两级放大的波动信号电压已达到伏特数量级, 将该信号再通过一个同相滞回 比较器(深度正反馈运放) ,运放的反相输入端通过分压电阻RT 提供比较电压,直接将模拟的脉搏波动信号 整形为高低电平方波信号输出。 输出的信号以高信噪比和足够的幅度(1~5V)进入作为8031 单片机外围设备的AD574 转换器, 在MCS-51单片机的控制下,脉搏波信号以100次/s的采样率转换为数字量存储在8031单片机外部RAM62256中。在程序(EPROM2764)的管理下,对这些数据进行分析计算并在LED上显示出来,同时将所采集的数据通过串行口发送到以PC机为主的中央分析系统，做进一步分析,就可以得到脉搏信息中包含的各脉的量化特征,实现脉象信息自动、准确的分类。 4 结束语 无创伤监护技术将是未来医学工程发展的重要方向，而人体脉搏信号中包含丰富的生理信息，也逐渐 (下转第57页) 人口的老龄化对于医疗保健来说有非常显著的影化正在扩大家庭医疗市场中的潜在用户。2000年，接响，因为个人对医疗保健的需求会随着年龄的增加而受家庭医疗的病人中，约的病人年龄在65岁以上。 增加。当一个人逐渐变老时，与心脏有关的疾病、关以心血管市场作为例子，要说明的是，心脏病的节疾病以及癌的发生率都会增加，这就迫使人们注意 风险是随年龄的增加在增加的。当一个人逐渐变老时， 医疗保健。再者，稍老的人倾向于希望在家中接受治疗，他的动脉在逐渐变硬，血流通道变细，这会导致血压因为日常活动，诸如洗澡、吃饭、走路等等都会随着升高，心血管系统泵血和输送氧的最大能量会随年龄年龄的增加而变得困难。 的增加逐渐变弱。 下图显示美国2005和2006年慢性病与年龄段的心脏疾病可以用药物治疗，也可以通过手术处理。关系状况。 所以，一些从事心脏病治疗的药物公司和医疗器械公 结果，从老年人口增加中最受益的是在心血管、司很可能从这一逐渐走向老年化的趋势中得到好处。骨科和癌症领域工作的公司。此外，人口的快速老年 下图是国际上预期在2008年从老年人中获益的从事心血管业务的公司名单。 ■ 况 状行流病 ) 疾比的分择百(选龄年按病 压 症 病 疡 病 病 炎 脏血癌尿溃肾疾节心高类糖节关类各关的各性断慢诊生医信息源：国家健康访谈调查与弗若斯特公司 (上接第20页) 引起临床医生的很大兴趣，光电容积法(PPG)是当今参考文献 测量脉搏信号的一种有效途径，也可以通过这种方法[1] 刘继光, 范玮琦. 《人体脉搏信号的采集装置》 硕士学 测量血氧饱和度、氧分压、心搏出量等生理信号，为位论文 沈阳工业大学 2006. 3 临床诊断提供强有力的技术支持。 [2] 戴君伟,王博亮. 光电脉搏传感器的研制和噪声分析 [J] 传感器技术, 脉搏检测中关键技术是传感器的设计与传感器输[3] 焦洋,陈殿仁. 《指端脉搏信号测试系统研究》长春理 出的微弱信号提取问题，本文通过对脉搏信号特点的工大学 分析,利用光电式脉搏传感器采集脉搏信号,将微弱的[4] 王炳和. 脉搏系统建模与脉象信息分析的研究进展。生 信号经过处理。使之可以送入计算机作进一步分析,得物医学共程学杂志。2002，19(2) [5] 姜远海,霍纪文,尹立志. 《医用传感器》科学出版社 到准确丰富的脉象信息, 有很广泛的临床价值。 (170-174) ■ 《中国医疗器械信息》2008年第14卷第11期 . 57