基于STC89C52的多通道脈搏采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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3．1 傳感器的選擇
脈搏傳感器的選擇對(duì)于整個(gè)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常重要。脈搏傳感器的基本功能就是將切脈壓力和橈動(dòng)脈搏動(dòng)壓力這樣一些物理量(非電量)轉(zhuǎn)換成為便于測(cè)量的電信號(hào)。因此要求傳感器具有一定的檢測(cè)重復(fù)性和線性，可以重復(fù)使用，而且測(cè)得的數(shù)據(jù)具有一定的精度；其次，環(huán)境溫度對(duì)其影響較小，可以保證在較大范圍內(nèi)數(shù)據(jù)具有一定的精度；同時(shí)，還需具有一定的靈敏度和穩(wěn)定性。
3．1．1 SC0073傳感器
該傳感器采用壓電復(fù)合材料作為換能元件，信號(hào)通過特殊的匹配層傳遞到換能元件上變成電荷量，再經(jīng)傳感器內(nèi)部放大電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。該傳感器是一種高性能低成本的振動(dòng)傳感器，具有靈敏度高、頻率響應(yīng)范圍寬、抗過載及沖擊能力強(qiáng)、抗干擾性好、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。通過測(cè)試該型號(hào)傳感器性能基本滿足條件，但是信號(hào)穩(wěn)定性欠佳，尤其是柱狀的結(jié)構(gòu)外形，導(dǎo)致其無法與腕帶方便的配合。
3．1．2 HK-2000B脈搏傳感器
HK-2000B脈搏傳感器采用高度集成化工藝將力敏組件、靈敏度溫度補(bǔ)償組件、感溫組件、信號(hào)調(diào)理電路集成在傳感器內(nèi)。主要特點(diǎn)是靈敏度高、抗干擾性能強(qiáng)、過載能力大、性能穩(wěn)定可靠、使用壽命長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)由HK-2000B提取信號(hào)繪制的脈搏波形清晰穩(wěn)定，使用時(shí)無需搭建前置放大電路，但體積過大，無法對(duì)三個(gè)脈位進(jìn)行同時(shí)測(cè)量。
3．1．3 PVDF壓電傳感器
PVDF壓電傳感器由PVDF壓電薄膜構(gòu)成。與其他壓電材料相比，PVDF壓電薄膜具有壓電系數(shù)大、頻響寬、動(dòng)態(tài)范圍大、力電轉(zhuǎn)換靈敏度高、機(jī)械性能強(qiáng)度高、聲阻抗易匹配等特點(diǎn)，且重量輕、柔軟不脆。對(duì)該傳感器的測(cè)試如下：分辨率、靈敏度等指標(biāo)均符合要求，而且得到的脈搏波形與HK-2000B獲得質(zhì)量相當(dāng)。綜合以上對(duì)比，本設(shè)計(jì)方案中選取PVDF壓電傳感器作為脈搏測(cè)量傳感器。
3．1．4 BP300T壓力傳感器
本系統(tǒng)中使用BP300T壓力傳感器監(jiān)測(cè)腕帶壓力。BP300系列壓力傳感器是專為電子血壓計(jì)開發(fā)的一款壓力傳感器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、可靠性好、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
3．2 信號(hào)調(diào)理電路
脈搏信號(hào)處理電路主要是對(duì)檢測(cè)到的微弱脈搏電信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，并濾去多余的噪聲信號(hào)?？紤]到脈搏信號(hào)為超低頻信號(hào)，極易引入工頻干擾，而且采集到的脈搏電壓信號(hào)幅度通常在0～20 mV之間，并不符合A／D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓的范圍(一般為-5～+5 V)。鑒于以上特點(diǎn)，PVDF脈搏傳感器和壓力檢測(cè)傳感器均使用以下調(diào)理電路。
3．2．1 前置放大電路設(shè)計(jì)分析
前置放大電路對(duì)于脈搏波信號(hào)采集來說至關(guān)重要，考慮到脈搏信號(hào)的特點(diǎn)，為了放大噪聲環(huán)境中傳感器輸出的弱信號(hào)，對(duì)于放大器要求具有：極高的共模和差模輸入阻抗；很低的輸出阻抗；精確和穩(wěn)定的增益；極高的共模抑制比。基于以上分析，選用ANALOG DEVICES公司生產(chǎn)的低功耗、高精度儀表放大器AD620作為前置放大的核心器件。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/194765.htm
圖3是AD620的簡(jiǎn)化示意圖，AD620由三個(gè)放大器組成，其內(nèi)部采用“三運(yùn)算放大器”典型電路，僅需要一只外接電阻便可使增益在1～1 000之間任意調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)是通過1腳和8腳間的阻抗Rg來實(shí)現(xiàn)的。AD620管腳圖如圖4所示。前置放大電路結(jié)構(gòu)如圖5所示。
評(píng)論