2022年光电脉搏传感器论文.docx
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1、精品学习资源第一章前 言1.1 1 课题来源随着人们生活水平的提高, 地球环境遭到破坏, 多种疾病威逼着人们的生命 , 而心脏病的发作又是人们难以预防的突发致命疾病;在医学上, 通过测量人的心率,便可初步判定人的健康状况;因此,心率计很快产生并得到进展;随着单片机技术的进展、 人们的生活节奏加快, 设计一种以使用便利为前提, 能够快速测出人心率的心率计, 不仅是临床者的需要, 也是体育训练者和外出旅行者的需要;传统的脉搏测量采纳诊脉方式, 中医脉象诊断技术就是脉搏测量在中医上卓有成效的应用 , 但是受人为的影响因素较大 ,测量精度不高;为了克服上述测量方法的不足, 脉搏测试不再局限于传统的人工
2、测试法或听诊器测试法; 利用血液是高度不透亮的液体, 光照在一般组织中的穿透性要比在血液中大几十倍的特点, 可通过光电传感器对脉搏信号进行检测, 并通过单片机技术进行数据处理,实现智能化的脉搏测试技术;1.2 课题的目的和意义生物医学传感器是猎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;光电式脉搏传感器作为是依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洁、 无损耗、可重复好等优点;依据光电容积法原理,从改善光源、排除景光噪声、电磁屏蔽和提高信噪比四个方面动身, 讨论改良方法, 对提高使用的敏捷性和精确度有着重大意义
3、; 同样光电容积法是当今测量脉搏信号的一种有效方法,也可以用来测量血氧饱和度、 氧分压和心搏出量等生理指标, 为临床诊断供应强有力的技术支持;通过光电传感器对脉搏信号进行检测,并用单片机技术进行数据处理, 实现智能化的脉搏测试技术; 这种技术具有先进性、 有用性和稳固性, 同时也是生物医学工程领域的进展方向;欢迎下载精品学习资源其次章工作原理及可行性分析人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张,使血流压力以波的形式从主动脉根部开头沿着整个动脉系统传播,这种波称为脉搏波;脉搏波所出现出的形状、强度、速率和节律等方面的综合信息,很大程度上反映出人体心血管系统中很多生理病理的血流特点;依据郎
4、伯 -比尔Lambertbeer定律,物质在肯定波特长的吸光度和它的浓度成正比,当恒定波长的光照耀到人体组织上时,通过人体组织吸取、反射、衰减后测量到的光强在肯定程度上反映了被照耀部位组织的结构特点;血液是高度不透亮的液体,光在一般组织中的穿透性要比在血液中大几十倍;一般情形下, 当光子穿越介质时,因能量被吸取而导致的强度衰减可描述为:式中 是入射光强, 是与组织结构相关的吸取系数 哺乳动物的 值在至 100 之间, 是沿光轴方向的坐标长度;脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生的 ,在人体指尖 ,组织中的动脉成分含量高,而且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄 ,透过手指后检测到的光强相对较大,因此
5、光电式脉搏传感器的测量部位通常在人体指尖;图 2-1人体手指端复原蛋白与氧化蛋白光吸取率示意图手指组织可以分成皮肤、肌肉、骨骼等非血液组织和血液组织,其中非血液 组织的光吸取量是恒定的 ,而在血液中 ,静脉血的搏动相对于动脉血是特别柔弱的,欢迎下载精品学习资源可以忽视;因此可以认为光透过手指后的变化仅由动脉血的充盈而引起的 ,那么在恒定波长的光源的照耀下 , 本设计利用透射式的测量方法, 通过检测透过手指的光强可以间接测量到人体的脉搏信号;图 2-2反射式和透射式测量示意图欢迎下载精品学习资源第三章设计要求该光电脉搏传感器须能工作在 0以上,能在 10s 内测量出一般成人的心率, 测量显示范畴
6、为 30-200 次/分,并能连续测量,每 10 秒更新一次心率显示,能够通过电路进行高频滤波, 排除高频噪声干扰; 测量腔内部其他部分涂有吸光物质,排除反射光的干扰; 单片机能通过算法对结果进行检验和校正;测量腔入口连有遮光指套,指套口有适合的松紧带来适应各种粗细的手指;欢迎下载精品学习资源第四章 主要元器件挑选和功能介绍4.1 单片机 AT89S52主要性能:1 与 MCS-51 单片机产品兼容2 8K 字节在系统可编程 Flash储备器3 1000 次擦写周期4全静态操作: 0Hz33Hz5 三级加密程序储备器6 32 个可编程 I/O 口线7 三个 16 位定时器 /计数器8 八个中断
7、源9 全双工 UART 串行通道10低功耗闲暇和掉电模式11掉电后中断可唤醒12 看门狗定时器13双数据指针14掉电标识符功能特性描述:图 4-1AT89S52 的引脚结构AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微掌握器,具有 8K 在系统可编程 Flash 储备器;使用 Atmel公司高密度非易失性储备器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容;片上 Flash 答应程序储备器在系统可编程,亦适于常规编程器;在单芯片上,拥有敏捷的8 位 CPU 和在系统可编程 Flash, 使得 AT89S52 为众多嵌入式掌握应用系统供应高敏捷、有效的解决方案;AT89S52 具有以
8、下标准功能:8k 字节 Flash,256 字节 RAM ,32 位 I/O 口线,看门狗定时器, 2 个数据指针,三个 16 位定时器 /计数器,一个 6 向量 2 级中断结构, 全双工串行口, 片内晶振准时钟电路; 另外, AT89S52 可降至 0Hz 静态规律操作,支持 2 种软件可挑选节电模式;闲暇模式下, CPU 停止工作, 答应 RAM 、定时器 /计数器、串口、中断连续工作;掉电爱护方式下,RAM 内容被储存, 振荡器被冻结, 单片机一切工作停止, 直到下一个中断或硬件复位为止.AT89S52 的引脚结构如图 4-1 所示;欢迎下载精品学习资源传感器 OPT101性能参数OPT
9、101型传感器是美国 B-B公司研制的集光敏器件 光敏二极管 与信号放大于一体的器件 .采纳单电源供电,压电输出;输出电压随照耀到光敏器件的光强度呈线性变化;可用于医疗仪器、试验室外表、位置与接近探测、图像分析、条线码扫描器、温室的光照度掌握等; OPT101型传感器内部电路结构如图 4-2所示;OPT101型传感器的性能、特点:1单电源供电+2.7V+36V2光敏二极管的尺寸: 0.09*3片内放大器反馈电阻: Rf=1M 4光敏二极管响应: /W650nm时5响应带宽: 14K HzRf=1M 6静态电流: 120mA7 采纳8引脚DIP, 5引脚SIP,与8引脚外表贴装封装8工作温度:
10、0704.2.2 典型应用图 4-2内部电路结构应用片内 1M 与3pF组成的反馈网络,即将引脚 4、5连接即构成基本应用电路;这是电路的输出幅度与照耀光线波长的关系如图4-3,照耀光线的入射角与输出幅度的关系如图 3-4所示;图 4-3 输出幅度与照耀光线波长的关系图4-4 输出幅度与入射角的关系欢迎下载精品学习资源4.3 低功率运算放大器 LM324NLM324 系列器件为价格廉价的带有真差动输入的四运算放大器;与单电源应用场合的标准运算放大器相比, 它们有显著的有点: 该四放大器可以工作在低到3.0伏或高到 32伏的电压下,静态电流大致为 MC1741的五分之一对每个放大器而言,共模输入
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