篇一
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。
三、初步设计方法与实施方案
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：0.0001/°C;
(5)精度：1.5%;
(6)重复性：0.5%：
(7)迟滞：0.5%;
(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0.1—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0.1—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0.1Hz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。
3.A/D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
1.2.7V—3.6V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。
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)3.0—5.5V电源供电。
4)300μA低供电电流。
5)只需外接0.1μF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3.3V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。