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電路解析:智能醫(yī)療心率采集處理電路的解析步驟

發(fā)布時間:2015-12-02 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】心率采集處理電路主要由信號抗干擾電路模塊、脈搏次數(shù)紅外檢測采集電路模塊、信號整形電路模塊三部分組成。本文主要講解的是智能醫(yī)療心率采集電路處理電路的解析過程。本文就由專家為大家講解具體的解析步驟。

紅外線發(fā)射管D1和紅外線接收管Q1組成了紅外檢測采集電路;R2與C1、C2與C3、R4與C4和IC1a共同構(gòu)成了信號抗干擾電路組,它們分別承擔(dān)了對信號的低通濾波、干擾光線的光電隔離、殘余高頻干擾的濾除等任務(wù)。另外,IC1b、C5與R10、IC1c則共同組成了信號整形電路模塊。

智能醫(yī)療心率采集處理電路的解析步驟
 
心率采集處理電路工作的基本過程如下:

首先,紅外檢測采集電路中D1發(fā)射紅外線,而Q1則接收相應(yīng)組織的半透明度,同時轉(zhuǎn)換為電信號。由于脈搏一般在50次/分~200次/分之間,對應(yīng)的頻率范圍在0.78Hz~3.33Hz之間,因此經(jīng)紅外檢測采集到并轉(zhuǎn)換得到的電信號頻率就非常低。為了防止信號因外界高頻信號干擾而使檢測結(jié)果有誤,信號就必須先進(jìn)行低通濾波,以便濾出絕大部分的高頻干擾。電路中采用R2和C1來完成濾除高頻干擾的任務(wù)。

然后,由于本心率計(jì)設(shè)計(jì)的適用場所為室外,因此它必然會遇到強(qiáng)光輻射的情況。為了避免在接收正常脈搏紅外線時受到強(qiáng)光的干擾,電路中設(shè)計(jì)使用C2、C3背靠背串聯(lián)組成的雙極性耦合電容構(gòu)成一個簡單的光電隔離電路,從而實(shí)現(xiàn)了對于干擾光線的隔離。此外,為了防止前面對于高頻干擾濾除的不夠徹底,電路中還設(shè)計(jì)連接了由IC1a、R4、C4組成的截止頻率為10Hz左右的低通濾波器電路,以便進(jìn)一步濾除干擾,同時將前面的信號放大200倍左右。

經(jīng)前面處理得到的信號為疊加有噪聲的脈沖正弦波,接下來必須對這個信號經(jīng)過整形。先是通過比較器IC1b將正弦波轉(zhuǎn)換成方波。利用R8可以實(shí)現(xiàn)將比較器的閾值調(diào)定在正弦波的幅值范圍之內(nèi)的目的。接下來,從IC1b的7引腳輸出的方波信號經(jīng)C5、R10構(gòu)成的微分電路,進(jìn)行微分處理后將成為正負(fù)相間的尖脈沖。為了穩(wěn)定脈沖的輸出,電路設(shè)計(jì)時是將此脈沖輸入到單穩(wěn)多諧振蕩器IC1c的反相輸入端,并利用IC1c的輸出來作為后極工作的實(shí)際使用脈沖。

IC1c在工作時,凡有輸入信號時,它會在輸入信號后沿到來時輸出高電平,從而使C6通過R11充電。大約持續(xù)20ms之后,IC1c同相輸入端的電位會因C3充電電流減小而降低,當(dāng)此電位低于反相輸入端的電位時(尖脈沖已過去很久),IC1c就將改變狀態(tài)并再次輸出低電平。這20ms的脈沖時間是與脈搏同步的,這種脈沖在電路工作時是與紅色發(fā)光二極管D3的閃爍情況相對應(yīng)的。

經(jīng)過IC1c之后的脈沖就是后面單片機(jī)控制電路所需的實(shí)際脈沖,通過R12送到單片機(jī)P3.3引腳后,就可實(shí)現(xiàn)后面的計(jì)數(shù)和顯示了。

IC1a、IC1b、IC1c工作所需的4.5V電源電壓,在電路中是通過R14、R15對9V分壓并經(jīng)IC1d緩沖而得到的。這樣的設(shè)置,就使得即使電池電壓降低到6V,本電路也能實(shí)現(xiàn)正常工作。

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