在消费电子领域,便携式电子产品由于其体积小和重量轻而越来越受到消费者的欢迎,并且它们已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
基于这个想法,我们设计了一种便携式心率监测器,可以代替传统的用听诊器等测量脉搏的方法。
使用起来非常方便。
该产品主要包括三个部分:信号采集,数据处理,LCD显示和报警电路。
如图1所示,传感器检测到的脉冲信号被转换为电压信号,然后发送到电压跟随器,该电压跟随器用作隔离前级和后级以避免相互干扰的缓冲器。
输出信号被预先放大并发送到高通滤波器以滤除传感器的热电干扰,然后通过低通滤波器以滤除环境中的高频干扰。
经过处理的信号被发送到下一级以继续放大,以获得低干扰和清晰的信号。
该信号经比较器和二极管整流后直接送至单片机进行处理,以驱动显示电路和报警电路。
1.电压跟随器和前置放大器电路电压跟随器的输入信号,即脉冲传感器信号从V +端子输入,反馈电阻设置为零,形成同相跟随器,用作缓冲器并隔离前级和后级的效果。
心音脉冲放大器的功能是将mV电平的心音信号放大到V电平以进行显示和记录。
根据心音和脉搏信号的特性,要求放大器具有以下特性:gain足够高的增益,约为800倍。
适当的带宽(0.78〜3.33Hz)由于心音脉冲信号相对较弱,干扰和噪声较大,因此要求电路具有高输入阻抗以减少信号损耗,并具有较高的共模抑制比(大于80dB)以抑制干扰和噪音。
由于在实际应用中会受到外部信号的干扰,并且考虑到放大器的稳定性,一级放大器无法获得如此大的增益,因此电压放大器通常由两级组成。
其中,前级使用负反馈差分放大器电路来提高共模信号抑制比。
这部分的关键是如何抑制各种噪声并避免让噪声进入后续电路。
因此,在该系统中,基于双运放电路的微功率仪表放大器LM358被用作心音脉冲信号的前置放大器。
为了防止非线性失真损坏电路的共模抑制比,该部分的放大倍率不应太高,并且应为1000倍左右。
图2电压跟随器和前置放大器电路2.高通和低通滤波器电路在本设计中,信号频率很低,在0.78〜3.33Hz之间,因此滤波器的设计成为该电路的关键。
首先,通过0.5Hz高通滤波器以滤除传感器的热电干扰,然后通过低通滤波器以滤除心音信号中的大部分干扰。
在电路的实现中,普通滤波器很难过滤这样的低信号,因此在本设计中,使用了增益变化平坦的巴特沃斯滤波器。
其中,高通是二阶巴特沃斯滤波器,低通是截止频率为5 Hz的巴特沃斯滤波器。
图3是低通滤波的示意图。
在对心音信号进行预放大之后,幅度尚未达到理想的应用值,并且仍然存在一定的干扰,因此后置放大器需要继续放大以满足使用的要求。
整个电路使用通用的反相放大器模块电路。
比较整流电路的作用是将处理后的信号转换成没有负脉冲的方波,然后将其发送到单片机进行处理。
该电路由一个过零比较器和一个整流电路组成。
由于发送到单片机的信号要求为正电压,因此在整流电路之后,信号将全部转换为具有正沿的方波。