CN103393417B - 一种指脉测试电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种指脉测试电路，包括依次连接的信号采集转换电路、信号放大电路、信号整形输出电路。信号采集转换电路包括红外发射二极管D1、红外接收三极管Q1。信号放大电路包括运算放大器LM1和LM2。信号整形输出电路包括滤波电容C6、C7、比较器LM3和单片机，比较器LM3的反相输入端通过一个对电源进行分压的可变电阻R9提供参考电压，比较器LM3的输出端通过一个限流电阻R10与单片机连接。本发明中的指脉测试电路非常简单，运用极少的运算放大器和外围电路，成本低，测量效果非常好，可靠性高，适合将其封装成芯片或直接做成电路板，在实际中大范围应用。

Description

一种指脉测试电路
技术领域
本发明属于电路设计领域，涉及一种指脉测试电路。
背景技术
随着科学技术的发展，脉搏测量技术也越来越先进，对脉搏的测量精度要求也越来越高。过去在医院临床监护和日常中老年保健中出现的日常监护仪器，如便携式电子血压计，可以完成脉搏的测量，但是这种便携式电子血压计利用微型气泵加压橡胶气囊，每次测量都需要一个加压和减压的过程，存在体积庞大、加减压过程中造成人体不适、脉搏检测的精确度低等缺点。
因此，脉搏测量通常采用指脉测量或耳脉测量，指脉测量方便、简单、准确，耳脉测量干净，容易维护。但因耳脉较弱，尤其是当季节变化时，所测信号受环境温度影响明显，容易造成测量结果不准确，因此不常用。
现在市场上使用指脉测量装置一般用PVDF压电薄膜作为传感器，成本高、价格贵。如果用红外传感器，把脉搏信号转化为电信号的红外对管价格则非常便宜，因而适合大规模应用。但现有技术中采用红外对管测量指脉的电路中要么采用高精度的运放来处理信号，要么采用很多的芯片和电路，价格和薄膜传感器差不多，同时处理后输出的信号不干净，有杂波，不能有效的输出给控制芯片计脉搏数。专利(专利号：2003201030336)中就是根据心跳使得手指血液浓度成节奏性变化，采用红外接收三极管接收到强弱不同的红外线，进而输出不同的电压信号，再将电压信号进行放大滤波，得到显示脉搏信号的方波信号，其中就采用了很多的运算放大芯片LM324和信号处理芯片CD4011，导致了成本的剧高。
因此，设计一种简单、成本低、稳定性高、抗干扰强、输出信号干净的指脉测试电路，是一个重要的研究课题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种简单、成本低、稳定性高、抗干扰强、输出信号干净的指脉测试电路，适合将其封装成芯片或直接做成电路板，在实际中大范围应用。
发明的技术解决方案如下：
一种指脉测试电路，包括依次连接的信号采集转换电路、信号放大电路、信号整形输出电路。信号采集转换电路包括红外发射二极管D1、红外接收三极管Q1,所述红外发射二极管D1的正极通过一个200Ω的电阻R1与电源连接，所述红外发射二极管D1的负极与红外接收三极管Q1的发射极连接并接地。所述信号放大电路包括运算放大器LM1和LM2，所述红外接收三极管Q1的集电极通过一个1uf的电容C2连接所述运算放大器LM1的同相输入端，所述运算放大器LM1的输出端通过一个1uf的电容C4连接所述运算放大器LM2的同相输入端。运算放大器LM1的反相输入端与输出端之间连接一个680kΩ的电阻R5与一个100nf的电容
C3的并联电路，运算放大器LM1的反相输入端还通过一个6.8kΩ的电阻R3与地连接。所述信号整形输出电路包括滤波电容C6、C7、比较器LM3和单片机，滤波电容C6连接于所述运算放大器LM2的输出端与地之间，滤波电容C7连接于所述运算放大器LM2的输出端与所述比较器LM3的同相输入端之间，比较器LM3的反相输入端通过一个用于分压的可变电阻R9与电源连接，所述可变电阻R9连接于电源与地之间，所述比较器LM3的输出端通过一个限流电阻R10与单片机连接。
红外发射二极管D1的波长为940nm，所述红外接收三极管Q1的波长为940nm。
运算放大器LM1和LM2的放大倍数都为100倍。可变电阻R9的电阻变化范围为0—10KΩ。
运算放大器LM1和LM2与比较器LM3为芯片LM324中的三个运算放大器，其中芯片LM324的管脚1对应运算放大器LM1的输出端，芯片LM324的管脚2对应运算放大器LM1的反相输入端，芯片LM324的管脚3对应运算放大器LM1的同相输入端，芯片LM324的管脚7对应运算放大器LM2的输出端，芯片LM324的管脚6对应运算放大器LM2的反相输入端，芯片LM324的管脚5对应运算放大器LM2的同相输入端，芯片LM324的管脚8对应比较器LM3的输出端，芯片LM324的管脚9对应比较器LM3的反相输入端，芯片LM324的管脚10对应比较器LM3的同相输入端。
有益效果：
本发明中的指脉测试电路非常简单，运用极少的运算放大器和外围电路，成本低，测量效果非常好，可靠性高，适合将其封装成芯片或直接做成电路板，在实际中大范围应用。
附图说明
图1为本发明指脉测试电路图；
图2为运算放大器LM2输出的脉搏信号波形；
图3为比较器LM3输出的脉搏信号波形。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
如图1所示，本发明指脉测试电路图，包括依次连接的信号采集转换电路、信号放大电路、信号整形输出电路。
信号采集转换电路包括红外发射二极管D1、红外接收三极管Q1,红外发射二极管D1的正极通过一个200Ω的电阻R1与电源连接，红外发射二极管D1的负极与红外接收三极管Q1的发射极连接并接地，红外接收三极管Q1的发射极与集电极之间连接一个22pf的电容C1，红外接收三极管Q1的集电极通过一个电阻为39kΩ的电阻R2与电源连接。D1优选波长为940nm，Q1优选波长为940nm。当人把手指放在红外发射二极管D1上时，人的心跳使得手指血液浓度成节奏性变化。血液浓度的不同，红外接收三极管接收到的红外线的强弱也就不同，红外三极管的集电极随着脉搏产生3mV左右变化的电压。这种信号采集转换方法结构简单、无损伤、可重复。
信号放大电路包括运算放大器LM1和LM2，LM1和LM2两个运算放大器级联组成两级低通放大器，将变化量为3mV左右的脉搏信号放大为3V左右变化的电压，运算放大器LM1和LM2的放大倍数都为100倍。红外接收三极管Q1的集电极通过一个1uf的电容C2连接运算放大器LM1的同相输入端，运算放大器LM1的输出端通过一个1uf的电容C4连接运算放大器LM2的同相输入端，电容C2、C4起通低频阻高频的作用，使得进入第二次放大时的信号尽可能为所需的低频脉搏信号。运算放大器LM1的反相输入端与输出端之间连接一个680kΩ的电阻R5与一个100nf的电容C3的并联电路，运算放大器LM1的反相输入端还通过一个6.8kΩ的电阻R3与地连接。电容C3、电阻R3、R5三个器件和LM1组成一个低频放大器，将低频信号放大，而将高频信号放大很少或基本不放大，LM1的输出再经过LM2放大后，脉冲的波形就基本成型，可以用示波器在LM2的输出端看到比较漂亮的波形了，运算放大器LM2输出的脉搏信号波形如图2所示。
信号整形输出电路包括滤波电容C6、C7、比较器LM3和单片机，滤波电容C6连接于运算放大器LM2的输出端与地之间，滤波电容C7连接于运算放大器LM2的输出端与比较器LM3的同相输入端之间，起到隔直流、通交流，隔高频、通低频的作用，为LM3比较器提供一个比较好的输入电压供其比较后输出方波。比较器LM3的参考比较电压可调，反相输入端通过一个用于分压的可变电阻R9与电源连接，所述可变电阻R9连接于电源与地之间，可变电阻R9的电阻变化范围为0—10KΩ，对应的参考比较电压为0-5V。比较器LM3的输出端通过一个限流电阻R10与单片机连接，比较器LM3输出的脉搏信号波形如图3所示，为方波，单片机接收比较器LM3输出的脉搏信号波形并进行计数。从图3可以看出，本指脉测试电路输出的脉搏信号波形是干净的方波，脉搏测量效果非常好。
运算放大器LM1和LM2与比较器LM3可以为芯片LM324中的三个运算放大器，其中芯片LM324的管脚1对应运算放大器LM1的输出端，芯片LM324的管脚2对应运算放大器LM1的反相输入端，芯片LM324的管脚3对应运算放大器LM1的同相输入端，芯片LM324的管脚7对应运算放大器LM2的输出端，芯片LM324的管脚6对应运算放大器LM2的反相输入端，芯片LM324的管脚5对应运算放大器LM2的同相输入端，芯片LM324的管脚8对应比较器LM3的输出端，芯片LM324的管脚9对应比较器LM3的反相输入端，芯片LM324的管脚10对应比较器LM3的同相输入端。
本发明中的指脉测试电路非常简单，运用极少的运算放大器和外围电路，成本低，测量效果非常好，可靠性高，适合将其封装成芯片或直接做成电路板，在实际中大范围应用。

Claims (3)

1.一种指脉测试电路，其特征在于，包括依次连接的信号采集转换电路、信号放大电路、信号整形输出电路；
所述信号采集转换电路包括红外发射二极管D1、红外接收三极管Q1,所述红外发射二极管D1的正极通过一个200Ω的电阻R1与电源连接，所述红外发射二极管D1的负极与红外接收三极管Q1的发射极连接并接地；
所述信号放大电路包括运算放大器LM1和LM2，所述红外接收三极管Q1的集电极通过一个1uf的电容C2连接所述运算放大器LM1的同相输入端，所述运算放大器LM1的输出端通过一个1uf的电容C4连接所述运算放大器LM2的同相输入端，所述运算放大器LM1的反相输入端与输出端之间连接一个680kΩ的电阻R5与一个100nf的电容C3的并联电路，运算放大器LM1的反相输入端还通过一个6.8kΩ的电阻R3与地连接；
所述信号整形输出电路包括滤波电容C6、C7、比较器LM3和单片机，所述滤波电容C6连接于所述运算放大器LM2的输出端与地之间，所述滤波电容C7连接于所述运算放大器LM2的输出端与所述比较器LM3的同相输入端之间，所述比较器LM3的反相输入端通过一个用于分压的可变电阻R9与电源连接，所述可变电阻R9连接于电源与地之间，所述比较器LM3的输出端通过一个限流电阻R10与单片机连接。
2.如权利要求1所述的指脉测试电路，其特征在于，所述红外发射二极管D1的波长为940nm，所述红外接收三极管Q1的波长为940nm。
3.如权利要求1所述的指脉测试电路，其特征在于，所述运算放大器LM1和LM2的放大倍数都为100倍，所述可变电阻R9的电阻变化范围为0—10KΩ。
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