基于多普勒原理的血流速度計設(shè)計
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在經(jīng)過選頻、放大環(huán)節(jié)之后，就進(jìn)入了解調(diào)部分。解調(diào)部分就是利用混頻器的原理，進(jìn)行混頻，得到需要的低頻差分信號和不需要的高頻信號。
對于帶通濾波環(huán)節(jié)，其目的就是采用濾波器輸出含有多普勒頻移頻率的信號，濾波器的作用是提取純多普勒頻移信號，把高頻的發(fā)射信號濾掉，此時的信號中含有2倍的聲波主頻信號。由于多普勒信號一般在4 500 Hz以下，且由于血管壁的影響，信號中含有200Hz以下的血管壁回波信號，要得到多普勒頻移信號需經(jīng)帶通濾波器。即得到了(4)式中的△f。
聯(lián)系調(diào)頻廣播，可以人為地認(rèn)為血流速度計探頭就是一個特殊的調(diào)頻系統(tǒng)，可以認(rèn)為超聲波發(fā)射出的高頻信號相當(dāng)于一個載波信號，人體血流的頻率信號相當(dāng)于是FM的調(diào)制信號，而人體就相當(dāng)于一個調(diào)頻電路的調(diào)制器，反射之后的信號就是以及經(jīng)過調(diào)制的信號，提取頻移信號就是對調(diào)頻信號進(jìn)行解調(diào)。
2．2 多普勒頻移信號的放大、整形
經(jīng)過以上處理的多普勒信號仍然是不規(guī)則的波動信號，本設(shè)計需要對頻率信號進(jìn)行計數(shù)，就是把信號送入單片機(jī)的外部中斷口。單片機(jī)采用AT89s51，對于單片機(jī)而言，用來觸發(fā)外部中斷的信號必須是高低電平信號，只有這樣的信號才能對其進(jìn)行頻率檢測，而上面的設(shè)計得到的多普勒信號是連續(xù)的模擬信號，沒有嚴(yán)格的電平躍變，很難進(jìn)行采樣計數(shù)，如果直接把這些模擬信號輸入單片機(jī)，會使單片機(jī)產(chǎn)生混亂。這正是需要對多普勒頻移信號進(jìn)行整形的原因。只有經(jīng)過整形，多普勒頻移信號才能變?yōu)楦叩碗娖?，從而正確的觸發(fā)單片機(jī)進(jìn)行頻率測定。
在實驗中發(fā)現(xiàn)簡單的零電壓比較器存在很多的問題，抗干擾能力差。為了克服簡單比較器存在的問題，對電路做了一些改變，加入了門限電平從而提高比較器的抗干擾能力。
2．3 單片機(jī)信號處理、通信電路
單片機(jī)可以對整形過的多普勒頻移信號進(jìn)行計數(shù)，進(jìn)而得到頻移信號；另外利用單片機(jī)的作為下位機(jī)，計算機(jī)作為上位機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與通信，促進(jìn)了系統(tǒng)的靈活性；脈搏測量模塊、血壓測量模塊可以通過單片機(jī)，得到很好的擴(kuò)展，提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。單片機(jī)采用AT89S52，單片機(jī)信號處理電路、通信電路，及相關(guān)模塊的電路，如圖5所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/172152.htm
其中，P3．2是外部中斷信號，用來接收多普勒信號并進(jìn)行頻率計數(shù)；XTAL1和XTAL2連接晶振；單片機(jī)復(fù)位方式采用的是上電自動復(fù)位；P3．0和P3.1用來和MAX232芯片連接使用其第二功能用作串口通訊。在單片機(jī)跟主機(jī)進(jìn)行串行通信的電路連接之中，因為計算機(jī)串口是12VTTL電平，單片機(jī)是5 V的CMOS電平，如兩者需通信就必須使用諸如MAX232之類的電平轉(zhuǎn)換芯片，不能直接把串口接到單片機(jī)上。
3 軟件設(shè)計
本章主要論述單片機(jī)與PC機(jī)硬件連接和軟件設(shè)計，軟件又分為兩個部分：單片機(jī)軟件部分和上位機(jī)軟件部分。
在血流速度的檢測中單片機(jī)有兩個功能：一充當(dāng)頻率計，測量多普勒頻移信號的頻率，二與上位機(jī)進(jìn)行通信，即進(jìn)行串行通信。經(jīng)過以上處理，多普勒頻移信號已經(jīng)變化為僅僅有高低電平兩個值的數(shù)字信號，單片機(jī)需要對其進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)的原理是多普勒頻移信號接單片機(jī)的外部中斷，每當(dāng)出現(xiàn)一個高低電平變化時，單片機(jī)會加1，不斷進(jìn)行累加，同時單片機(jī)進(jìn)行計時，當(dāng)計到一定時間時得出這時的有多少個外部中斷，外部中斷的個數(shù)和時間的比值就是頻率，之后把這個頻率送到計算機(jī)，單片機(jī)一直對這個過程進(jìn)行不斷的循環(huán)。
在上位機(jī)軟件部分，主要工作是對下位機(jī)送來的生理信號(脈搏信號，多普勒血流信號等)進(jìn)行處理和顯示，并將相應(yīng)的結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫以備查詢，同時還設(shè)計打印的功能。整個系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的顯示、處理、保存、打印，以及各種參數(shù)的計算和設(shè)置都是由軟件控制和實現(xiàn)的。
4 結(jié)束語
血流速度是反映人體健康的重要參數(shù)，本文完成了基于多普勒原理的血流速度計系統(tǒng)的設(shè)計，對人體的血流信號進(jìn)行了檢測。系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性，可以很好的擴(kuò)展其他檢測模塊，組合為一個檢查人體生理信號的綜合性的一個大系統(tǒng)。
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