在消費(fèi)電子領(lǐng)域，便攜式電子產(chǎn)品由于其體積小和重量輕而越來(lái)越受到消費(fèi)者的歡迎，并且它們已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的一部分。基于這個(gè)想法，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種便攜式心率監(jiān)測(cè)器，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的用聽(tīng)診器等測(cè)量脈搏的方法。
使用起來(lái)非常方便。該產(chǎn)品主要包括三個(gè)部分：信號(hào)采集，數(shù)據(jù)處理，LCD顯示和報(bào)警電路。
如圖1所示，傳感器檢測(cè)到的脈沖信號(hào)被轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，然后發(fā)送到電壓跟隨器，該電壓跟隨器用作隔離前級(jí)和后級(jí)以避免相互干擾的緩沖器。輸出信號(hào)被預(yù)先放大并發(fā)送到高通濾波器以濾除傳感器的熱電干擾，然后通過(guò)低通濾波器以濾除環(huán)境中的高頻干擾。
經(jīng)過(guò)處理的信號(hào)被發(fā)送到下一級(jí)以繼續(xù)放大，以獲得低干擾和清晰的信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)比較器和二極管整流后直接送至單片機(jī)進(jìn)行處理，以驅(qū)動(dòng)顯示電路和報(bào)警電路。
1.電壓跟隨器和前置放大器電路電壓跟隨器的輸入信號(hào)，即脈沖傳感器信號(hào)從V +端子輸入，反饋電阻設(shè)置為零，形成同相跟隨器，用作緩沖器并隔離前級(jí)和后級(jí)的效果。心音脈沖放大器的功能是將mV電平的心音信號(hào)放大到V電平以進(jìn)行顯示和記錄。
根據(jù)心音和脈搏信號(hào)的特性，要求放大器具有以下特性：gain足夠高的增益，約為800倍。適當(dāng)?shù)膸挘?.78?3.33Hz）由于心音脈沖信號(hào)相對(duì)較弱，干擾和噪聲較大，因此要求電路具有高輸入阻抗以減少信號(hào)損耗，并具有較高的共模抑制比（大于80dB）以抑制干擾和噪音。
由于在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)受到外部信號(hào)的干擾，并且考慮到放大器的穩(wěn)定性，一級(jí)放大器無(wú)法獲得如此大的增益，因此電壓放大器通常由兩級(jí)組成。其中，前級(jí)使用負(fù)反饋差分放大器電路來(lái)提高共模信號(hào)抑制比。
這部分的關(guān)鍵是如何抑制各種噪聲并避免讓噪聲進(jìn)入后續(xù)電路。因此，在該系統(tǒng)中，基于雙運(yùn)放電路的微功率儀表放大器LM358被用作心音脈沖信號(hào)的前置放大器。
為了防止非線性失真損壞電路??的共模抑制比，該部分的放大倍率不應(yīng)太高，并且應(yīng)為1000倍左右。圖2電壓跟隨器和前置放大器電路2.高通和低通濾波器電路在本設(shè)計(jì)中，信號(hào)頻率很低，在0.78?3.33Hz之間，因此濾波器的設(shè)計(jì)成為該電路的關(guān)鍵。
首先，通過(guò)0.5Hz高通濾波器以濾除傳感器的熱電干擾，然后通過(guò)低通濾波器以濾除心音信號(hào)中的大部分干擾。在電路的實(shí)現(xiàn)中，普通濾波器很難過(guò)濾這樣的低信號(hào)，因此在本設(shè)計(jì)中，使用了增益變化平坦的巴特沃斯濾波器。
其中，高通是二階巴特沃斯濾波器，低通是截止頻率為5 Hz的巴特沃斯濾波器。圖3是低通濾波的示意圖。
在對(duì)心音信號(hào)進(jìn)行預(yù)放大之后，幅度尚未達(dá)到理想的應(yīng)用值，并且仍然存在一定的干擾，因此后置放大器需要繼續(xù)放大以滿足使用的要求。整個(gè)電路使用通用的反相放大器模塊電路。
比較整流電路的作用是將處理后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成沒(méi)有負(fù)脈沖的方波，然后將其發(fā)送到單片機(jī)進(jìn)行處理。該電路由一個(gè)過(guò)零比較器和一個(gè)整流電路組成。
由于發(fā)送到單片機(jī)的信號(hào)要求為正電壓，因此在整流電路之后，信號(hào)將全部轉(zhuǎn)換為具有正沿的方波。