双波长频分光电脉搏波测量电路.ppt
双波长频分光电脉搏波测量电路（用双踪示波器2V以上量程显示）,要求：,（1）保证每个波长的脉搏波信号 1 VP-P； （2）通道窜扰： 20 dB。,正弦波的产生,设计思路,发光二极管的驱动,光电传感器接收,带通滤波器,解调,解调,交直流分离,交直流分离,调制,放大电压变换,放大电压变换,单片机计算,输出,各部分电路及原理分析,正弦波产生,我们这里采用的是双波长频分式即两个不同波长660nm红光和940nm红外光，所以只用到了两个不同频率的载波260HZ和1360HZ 。（可根据需要改为500Hz和5500Hz） 方案：（已经否定） 用两个信号发生器产生两个正弦波，频率分别为260HZ和1360HZ 。,基本电路,备选方案1： 用定时器来产生500HZ和5500HZ的方波,然后用一个低通滤波器（可改为带通）滤出基波分量，就得到了正弦波。555定时器电路图如下：,备选方案2： 用单片机配合低通滤波器实现输出正弦波。首先用单片机输出一个方波，然后再用一个低通滤波器，就得到了正弦波。,8253单片机,光电传感器接收,这里采用TI的OPT101。,DESCRIPTION The OPT101 is a monolithic photodiode with on-chip transimpedance amplifier. Output voltage increases linearly with light intensity. The amplifier is designed for single or dual power supply operation, making it ideal for battery operated equipment. The integrated combination of photodiode and transimpedance amplifier on a single chip eliminates the problems commonly encountered in discrete designs such as leakage current errors, noise pick-up and gain peaking due to stray capacitance. The 0.09 x 0.09 inch photodiode is operated in the photoconductive mode for excellent linearity and low dark current. The OPT101 operates from +2.7V to +36V supplies and quiescent current is only 120mA. It is available in clear plastic 8-pin DIP, 5-pin SIP and J-formed DIP for surface mounting. Temperature range is 0°C to 70°C.,l SINGLE SUPPLY: +2.7 to +36V l PHOTODIODE SIZE: 0.090 x 0.090 inch l INTERNAL 1MW FEEDBACK RESISTOR l HIGH RESPONSIVITY: 0.45A/W (650nm) l BANDWIDTH: 14kHz at RF = 1MW l LOW QUIESCENT CURRENT: 120mA l AVAILABLE IN 8-PIN DIP, 5-PIN SIP, AND 8-LEAD SURFACE MOUNT PACKAGES,光谱响应率,带通滤波器,这里选取了美信的滤波器集成芯片MAX274它是由互相独立的可以级联的四个二阶单元组成的有源滤波器。可以构成巴特沃斯，切比雪夫以及贝塞尔低通以及带通滤波器。滤波器的参数有四个电阻决定，因此稳定性较分立元件搭出来的跟稳定。,外接电阻的阻值计算方法如下: 步骤1:计算电阻R2,电阻R2、R4决定中心频率FO。 R2 = 2 ×109 /F0 步骤2:计算电阻R4, R4 =R2 - 5k 步骤3:计算电阻R3,电阻R3决定中心频率FO 、品质因数Q R3 = (Q ×109 /F0 ) ×(Rx/Ry) Rx/Ry的比值由FC所连接的电平决定 步骤4:计算电阻R1,电阻R1决定其增益。 低通滤波器: R1 =(2 ×109)/(F0 ×HOLP)×(Rx/Ry) HOLP为低通输出LPO在直流输入下的增益。 带通滤波器: R1 =R3/HOBP HOBP为带通输出BPO在中心频率处的增益。,基本电路,解调,上面一步的带通滤波器已经将两个500HZ和5500HZ的已调信号分离了，解调就是要从这个已调信号中恢复原信号。 方案1： 包络检波法 ：,方案2： 相干检波法，它要求用一个与调制严格相同的时序信号和已调信号相乘，再通过一个低通滤波器，即可得到原信号。,交直流分离,这里采用一个高通滤波器。,放大电压变换,信号放大电路主要利用运算放大器的级联放大功能实现。将输入的微小交流信号送入第一级进行8.5 倍的放大，再进入第二级相似的放大电路放大100 倍,单片机（带A/D转换）,在软件方面，利用 AVR 单片机ATMEGA16所具有的AD 转换功能，边采样边存储有用数据，依托核心理论的算法实现信号处理。 ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。,由于脉搏波信号的频率范围在0.1Hz60Hz，因此，采样频率在100Hz 较为合适。为了得到这个频率，先通过设置ADCSRA 寄存器的ADPS 位得到128 的预分频系数，然后通过在中断服务程序中写延时来延长采样周期。,备选方案： 采用一个减法器,输出预期波形,后续拓展：,进入与非门与时钟信和控制信号运算,计数,显示,输出波形,清零信号,时钟信号,输出波整形： 信号的整形是由六施密特触发器40106 实现的。整形后的波形成为方波，转换成为数字信号进行下面的运算。,与非运算电路（输入控制信号）,555产生周期为10秒的信号,计数电路,经与非运算的脉搏信号进入到计数器4518 的使能端EN 中进行计 数。计数器的两个清零信号R1、R2，都与4098产生的清零信号（高电平有效）相连，每十秒清零一次，开始重新计数。,显示电路,为实现锁存示数的目的，显示电路选用4511 驱动译码管。计数器输出的结果是10 秒钟的脉搏数。 4511 芯片的EL 管脚在低电平时更新示数，高电平时保持当前示数不变。 给EL端接入555 产生的时钟信号（10秒），在周期末一段时间接入低电平更新示数，在计数的10 秒周期中接入高电平锁定上一周期示数。这样调整后，数码管在10 秒钟期内保持上一周期的频率示数不变，在每个周期末刷新一次，这样就可以长期监测患者的脉搏频率。,
