基于arm的數(shù)字式人體脈搏儀的設計(已修改)

　

【正文】 嵌入式系統(tǒng)設計題目：基于ARM的數(shù)字式人體脈搏儀的設計專業(yè)：電氣工程及其自動化 學號：K030941441 姓名：張雄 2011年11月14日一 數(shù)字式人體脈搏器測量系統(tǒng)總體方案設計 系統(tǒng)硬件電路設計方案數(shù)字式人體脈搏器是通過脈搏傳感器采集脈搏信息輸出電壓信號，經(jīng)信號放大電路對其進行放大。然后，將放大后的脈搏信號通過A/D轉換模塊轉換為單片機易于處理的脈沖信號。通過對單片機進行編程來實現(xiàn)對脈搏波動頻率的測量和計算，最終在顯示電路中直觀的顯示出來。： 數(shù)字式人體脈搏儀測量系統(tǒng)硬件原理框圖由圖可知，本系統(tǒng)硬件部分主要由以下部分構成：脈搏傳感器部分、信號放大電路部分、A/D轉換電路部分、單片機處理電路部分及顯示電路部分。其中各部分實現(xiàn)功能如下：（1）脈搏傳感器部分。選用合適的脈搏傳感器，將脈搏信號轉換成電信號輸出。脈搏傳感器的精度、靈敏度、抗干擾能力及安裝方式?jīng)Q定了脈搏測量精度，因此其選型對整個設計具有決定性的作用。（2）信號放大電路部分。脈搏傳感器出來的電壓信號較弱，一般在毫伏級，需要進行放大。所以，設計信號放大電路，將脈搏傳感器出來的信號進行放大，使之成為一個幅值適當?shù)男盘枺阌诤罄m(xù)電路的處理。（3）A/D轉換電路部分。單片機是數(shù)字信號處理工具，輸入單片機的信號必須是離散的數(shù)字信號或者是脈沖信號，經(jīng)A/D轉化，便于單片機處理。（4）單片機處理電路部分。本設計作為一個簡單脈搏測量儀，最后需給出脈搏波動頻率，以單片機作為信息處理中心，通過對單片機進行編程，完成信號輸入檢測、信息分析處理及信息顯示。（5）顯示電路部分。單片機處理得到的脈搏波動頻率信息，最后在顯示電路中直觀地顯示出來。所以，需要選用合適的顯示設備及顯示電路，來實現(xiàn)對脈搏波動頻率信息的顯示。 脈搏傳感器的選擇傳感器又稱為換能器、變換器等。脈搏傳感器是脈搏檢測系統(tǒng)中重要的組成部分，其基本功能是將切脈壓力和橈動脈搏動壓力這樣一些物理量(非電量)轉換成為便于測量的電量。脈搏傳感器的精度、靈敏度、抗干擾能力及安裝方式?jīng)Q定了脈搏測量精度，因此其選型對整個設計具有決定性的作用。目前，脈搏信號的測量方式主要有：（1）光電脈搏波傳感器。血管不受壓力時，血流均勻，反射光也比較均勻，故傳感器無脈搏信號輸出；當血管受壓血液不流動時，傳感器也無輸出信號；只有當血管受到擠壓，血管中的血液斷續(xù)流動時，反射光也隨之變化，這時傳感器輸出脈搏信號，達到了測量脈搏的作用。這種傳感器的特點是結構簡單、可靠性高、抗干擾能力強，主要用于測量脈搏的跳動次數(shù)。人體不同部位的脈搏波波形存在差異，光電脈搏波傳感器不適合用于提取不同部位的脈搏波信號。（2）壓力傳感器測量。壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結構簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應用，特別是航空和宇航領域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發(fā)動機內部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業(yè)，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。 信號發(fā)生部分其測量原理是，將測力傳感器的受力端壓在人體橈動脈處，模仿人的指頭。這種方式通常采用壓阻式傳感器，它具有抗干擾能力強的特點，但由于動脈血管產(chǎn)生的力很小，故量程小，抗沖擊力不強。脈搏信號還表現(xiàn)為皮膚振動，因此可以用加速度傳感器進行檢測，其特點是結構簡單、體積小、波形測量精度較高。本設計中的脈搏傳感器用MPX4115壓力傳感器[3]。，腳1接運算放大電路輸入端，腳2接地，腳3接+5V電源等。 MPX4115引腳功能１２３４５６Vout地VsN/CN/CN/C 最大額定值(Tc=25℃)參 數(shù)符 號數(shù) 值單 位 最大壓力（P1P2） Pmax400KPa 存貯溫度Tstg40～+125℃ 操作溫度TA40～+125℃ 傳感器工作特性參數(shù) （VS=,TＡ=25℃）參 數(shù)符 號最 小典 型最 大單 位　壓力范圍Pop15115KPa　供電電壓VsVdc 供電電流Lo10mAdc 最大壓力偏置 （0℃～85℃） @Vs=VpssVdc滿量程輸出 （0℃～85℃）@Vs=VoffVdc　滿量程比例 （0℃～85℃）@Vs= VFSSVdc　精度 （0℃～85℃） 177。%VPSS 靈敏度V/PmV/KPa　響應時間（10%～90%）tRms 上升報警時間20ms　偏置穩(wěn)定性 177。%VFSS 信號放大電路的選擇脈搏傳感器出來的電壓信號較弱，一般在毫伏級，需要對其進行放大。所以，設計信號放大電路，將脈搏傳感器出來的信號進行放大，使之成為一個幅值適當?shù)男盘枺阌诤罄m(xù)電路的處理。MPX4115型壓電式脈搏傳感器輸出電壓大約為10mv～40mv，在后續(xù)電路中需要將其通過差動式放大電路，將信號放大，然后通過A/D轉換電路轉換為數(shù)字脈沖信號。差動放大電路廣泛地應用于模擬集成電路中，它具有很高的共模抑制比。諸如由電源波動、溫度變化等外界干擾都會引起工作點不穩(wěn)定，它們都可以看作是一種共模信號。差動放大電路能抑制共模信號的放大，對上述變化有良好的適應性，使放大器有較高的穩(wěn)定度。所以本設計選擇了差動放大電路。 單片機的選擇本設計作為一個簡單脈搏測量儀，最后需給出脈搏波動頻率。以單片機作為信息處理中心，通過對單片機進行編程，完成信號輸入檢測、信息分析處理及信息顯示。（1）AVR單片機AVR單片機[4]是ATMEL公司生產(chǎn)的單片機。1997年,由ATMEL公司挪威設計中心的A先生與V先生利用ATMEL公司的Flash新技術, 共同研發(fā)出RISC精簡指令集的高速8位單片機，簡稱AVR。相對于出現(xiàn)較早也較為成熟的51系列單片機，AVR系列單片機片內資源更為豐富，接口也更為強大，同時由于其價格低等優(yōu)勢，在很多場合可以替代51系列單片機。其特點是高速度(50ns)、低功耗,硬件應用Harward結構，具有預取指令功能，使得指令可以在一個時鐘周期內執(zhí)行，而MSC51要12個時鐘周期執(zhí)行一條指令。AVR單片機如LPC2131等。（2）凌陽單片機凌陽是臺灣凌陽公司推出的單片機，具有高速度、低價、可靠、實用、體積小、功耗低和簡單易學等特點，它的CPU內核采用凌陽推出的Microcontroller and Signal Processor 16位微機處理器芯片，以下簡稱amp。micro。’nSP 。圍繞micro。’nSP 所形成的16位u’nSP 系列單片機，以下簡稱amp。micro。’nSP 家族。采用的是模塊式集成結構，它以amp。micro。’nSP 內核為中心集成不同規(guī)模的ROM PAM和功能豐富的各種外設部件。amp。micro。’nSP 內核是一個通用的和結構。除此之外的其它功能模塊均為可選結構。以及這種結構可大可小可有可無，借助這種通用結構附加可選結構的積木式的構成，便可成為各種系列的派生產(chǎn)品，以適合不同場合，這樣做無疑會使每種派生產(chǎn)品具有更強的功能和更低的成本。amp。m