电子系统设计开题报告开题报告

五邑大学

电子系统设计开题报告

题 目：便携式心率测试仪

院 系 信息工程学院 专 业 电子信息工程 学 号 学生姓名 指导教师 张京玲 开题报告日期 2012—9—10

五邑大学教务处制

2011年8月

一、课题来源、国内外研究现状与水平及研究意义、目的。 1． 课题来源

便携式心率测试仪

2． 国内外研究现状与水平

多年来，心率监测仪在心血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用，它们所记录的心脏活动时的生物电信号，已成为临床诊断的重要依据。目前，检测心率的仪器虽然很多，但是能够实现精确测量、便于携带、报警等多种功能的便携式心率测量装置却不多。 3． 研究意义和目的

中国已经进入老龄化社会, 心脑血管疾病已经成为人类第一大杀手, 在这样的一个背景下, 脉搏波测试仪对心血管疾病的研究, 临床检查、诊断, 中医脉诊技术的发展都具有一定的促进意义。随着人们对自身生理参数了解需求的加强, 脉搏波测试仪不仅在医院和研究所, 同时在社区医疗和家庭医疗中也必将有广阔的应用前景。而以往专门测量心率值的仪器较少，因为心率仪通常作为心电机的一部分且以前人们对心率测量的认识还不够。这样，人们为了知道自己的运动或者劳动强度是否超负荷，尤其是老年人或运动员等，他们都得赶到医院而不能实时测量和预知。为了观测“预防为主”的方针，为了实现人人能享受基本医疗保健的目标，把过去的以医院为轴心的医疗服务体系过度到以家庭为基础的社区卫生服务体系已称为必然趋势。所以便携式医疗仪器已相继问世。本课题所研究的便携式心率测试仪就属于一种集轻型化、一体化、可视化等优点的测试仪；同时它适合在家庭和社区条件下使用。

二、研究内容，拟采取的研究方法、实验过程、预期成果。（附主要参考文献） 1． 研究内容

用传感器行采集心率信号，采集后的信号经过放大和滤波，进行整形后，得到幅值在0~5v的脉冲信号，用DSP进行心率测定和显示，达到轻型化、一体化、可视化等优点。

2． 拟采取的研究方法

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，组织则半透明度增大。这种现象在人体组织较薄的手指尖、耳垂等部位最为明显。因此本系统的制作过

2

程为，收集资料，设计符号要求的系统，选取最佳的原件。按照系统所需的功能制作电路板，利用实验调试和整机指标测试的方法，对系统进行调试。传感器模块主要实现物理量到电量的转换，信号处理模块主要对传感器的信号进行处理，最后得到周期性的矩形波，DSP模块主要读取矩形波信号，然后控制显示器显示相关信息。

3． 具体的设计方案(重点)

一、传感器的设计

光电式脉搏传感器

从光源发出的光除被手指组织吸收以外, 一部分由血液漫反射返回。其余部分透射出来。光电式脉搏传感器按照光的接收方式可分为透射式和反射式2 种, 其中透射式的发射光源与光敏接收器件的距离相等并且对称布置,接收的是透射光, 这种方法可较好地反映出心律的时间关系, 但不能精确测量出血液容积量的变化; 反射式的发射光源和光敏器件位于同一侧, 接收的是血液漫反射回来的光, 此信号可以精确地测得血管内容积变化。

利用特定波长红外线对血管末端血液微循环产生的血液容积的变化的敏感特性，检测由于心脏的跳动，引起指尖的血液变化，经过信号放大、调整等电路处理。其中HKG--07A输出同步于脉搏跳动的脉冲信号，从而计算出脉率，HKG--78输出反映指尖血容积变化的完整的脉搏波电压信号。为了测量方便和使本系统达到稳定性和准确性，所以选择红外反射传感器RPR220。

信号处理模块

利用运算放大器实现反向比例放大电路。运算放大器在深度负反馈的条件下工作于线性区，根据“虚短”和“虚断”的概念对以上电路进行分析。

信号滤波电路由RC组成无源滤波器。由于心律值为低频周期信号，需要滤除高频杂波信号，因此设计出低通滤波器（LPF），截止频率fH?10Hz

3

整形电路

利用运算放大器超高的开环增益，以此作为电压比较器对信号进行整型。假设使用普通单限比较器，由于输入信号受到干扰或噪声的影响，在门限电压附近上下波动，则输出电压将在高、低电平之间反复跳变，对信号检测会造成不利影响，产生随机误差。为了解决上述问题，可以采用具有滞回特性的比较器。

显示电路

本系统使用DSP开发板，通过DSP对处理过的信号计数（心率），然后显示出来能够正确显示每分钟通过的周期数。

4． 预期成果

便携式心率变异监测仪测量误差小、数据处理简单方便、测量工作量小、测量效果好.适用于临床及心率异指标监护；为实验及分析提供必要的生理参数和指标一体力劳动者劳动强度的测定、运动员运动强度的测定、士兵、飞行员训练强度的测定、心理紧张状态试验分析研究，此外心率变异指标的提供为一些潜在的临床疾病的诊断开辟了广阔的前景；

5． 研究过程中可能遇到的困难，以及解决的措施 1、脉搏微弱振动所引起的光强度变化非常的微弱。 解决办法：传感器的外壳采用不透光的材料和颜色。 2、外界的电磁波干扰比较大。

解决办法：电磁屏蔽一级电路，以减弱干扰。 3、手指和传感器移位导致信号误差。

解决办法：加强套指式传感器的稳定性，此外通过信号处理电路。 4、在做电路时,出现的方波看上去失真.

解决办法:重新检查电路看是否哪部份接错,如果没错的话,就看电路设计是否有问题可能是噪声放大太多了,然后再重新设计电路,利用先放大后滤波再放大. 6． 进度安排

1.第3周星期四之前，确定整体方案，并进行参数设计计算，完成开题报告，提交元件清单，领取元件。

2．第5~9周，制作电路板、安装调试电路。

3.第10~15周，完善系统，将自己设计制作的作品全部进行演示。 7． 主要参考文献

[1]蔡启明．便携式自动心率检测仪的设计[J]．数据采集与处理，1995，10(2)：

4

141—145

[2]廖惜春.模拟电子技术基础[M].华中科技大学出版社.2008：145—207 [3]彭军.传感器与检测技术[M].西安电子科技大学出版社.2003 : 86—134 [4]彭启琮.DSP技术的发展与应用[M].高等教育出版社.2002 : 10—130 [5]周衍椒. 张镜如.生理学[M].北京人民卫生出版社, 1984 : 14—204 [6]刘兆毓.微型计算机及其在医学中的应用[M].重庆:重庆大学出版社,1987 [7]徐秀平.数字电路与逻辑设计[M].电子工业出版社.2010: 59—157 [8]乜国荃,方祖祥.间接接触法测量人体脉搏的研究[J].传感术学报, 2007( 4) .728—730.

5