大學課題開題報告(2)

　　大學課題開題報告(2)

　　一、課題任務與目的

　　1.課題任務

　　本課題是基于單片機的脈搏波提取電路的設計。設計采用數模轉換器MAX1240芯片組成AD轉換電路加上帶通濾波電路、放大電路進行電壓數據采集，然后將采集的脈搏信號即模擬電壓值轉換為12位數字值輸入給單片機，單片機再將此數據處理為2個字節，低字節為低8位數據，高字節的低4位為數字電壓值的高4位，進行數據處理后在通過串口將數據發送出去。

　　2.課題目的

　　進一步了解單片機，掌握信號調理部分電路組成及設計方法，以及單片機設計數據信號采集電路的方法。

　　二、調研資料情況

　　當前脈搏波檢測系統有以下幾種檢測方法：光電容積脈搏波法、液體耦合腔脈搏傳感器、壓阻式脈搏傳感器以及應變式脈搏傳感器。近年來光電檢測技術在臨床醫學應用中發展很快，這是由于光能避開強烈的電磁干擾，具有很高的絕緣性，且可非侵入地檢測病人各種癥狀信息。用光電法提取指尖脈搏光信息是當前最好的方法。

　　脈搏波檢測系統的數字化設計方法:從脈搏波中提取人體的生理病理信息作為臨床診斷和治療的依據，歷來都受到中外醫學界的重視。幾乎世界上所有的民族都用過“摸脈”作為診斷疾病的手段。脈搏波所呈現出的形態(波形)、強度(波幅)、速率(波速)和節律(周期)等方面的綜合信息，在很大程度上反映出人體心血管系統中許多生理病理的血流特征,因此對脈搏波采集和處理具有很高的醫學價值和應用前景。但人體的生物信號多屬于強噪聲背景下的低頻的弱信號, 脈搏波信號更是低頻微弱的非電生理信號, 必需經過放大和后級濾波以滿足采集的要求。

　　目前的指端脈搏檢測系統都是采用模擬技術來完成濾波,放大整型等處理，再經過模數轉換和進一步處理。這種方法不僅增加了硬件的復雜程度，增大了功耗和體積，更主要的是增加了系統不可靠和不穩定因素。隨著電子測量技術的迅速發展，現代電子測量儀器以極快的速度向數字化、自動化的方向發展。

　　關于脈搏波的波形

　　脈搏波是心臟的搏動(振動)沿動脈血管和血流向 外周傳播而形成的，因此其傳播速度取決于傳播介質的物理和幾何性質--動脈的彈性、管腔的大小、血液的密度和粘性等，特別是與動脈管壁的彈性、口徑和厚度 密切相關。實驗發現動脈血管的彈性越大(即順應性越大)，則脈搏波的傳播速度越小;動脈管徑越小，速度越大。故通常沿主動脈到大動脈、再到較小動脈，脈搏 波的傳播速度越來越大。

　　脈搏波周期圖的標志點特征與其對應的生理因素有著密切的聯系，其對心血管功能參數指標信息的正確提取有著重要影響。如圖1所示，b單波起點(主動脈脈瓣開放點)，c主波波峰(主動脈最高壓力點)，d重搏前波波峰(c點壓力下降后第一個拐點，是左心室射血沖擊主動脈發生彈性振動造成的)，e舒張期開始點，f重搏波波谷(房室瓣開始打開，左心室開始充盈的標志點)，g重搏波波峰(f點后動脈壓力繼續上升的一個高峰)。Ps為收縮壓，Pd為舒張壓，Pm1為收縮期平均壓，Pm2為舒張期平均壓。

　　圖1 脈搏波的具體特征

　　三、初步設計方法與實施方案

　　圖2 總體系統框圖

　　總體流程為：先由脈搏波信號提取模塊的HK2000B型壓電脈搏傳感器提取脈搏波，然后進入脈搏信號調理模塊進行濾波放大，之后將調理好的數字波送到A/D轉換模塊，由MAX1240轉換為模擬波形在傳入單片機處理，最后單片機處理完成的波由串口通信模塊傳遞給PC機。

　　1.脈搏信號提取模塊

　　當前，中醫臨床上最常用的取脈方法是獨取寸口法，此處動脈行徑較固定，解剖位置較淺，毗鄰組織較分明，因此成了脈診有利位置。本課題采用HK2000B型壓電脈搏傳感器，其精度小靈敏度高，輸出為模擬信號。

　　附其出廠技術指標;

　　(1)電源電壓：DC5—6V;

　　(2)壓力量程：-50—+300mmHg;

　　(3)靈敏度：2000μV/mmHg;

　　(4)靈敏度溫度系數：0.0001/°C;

　　(5)精度：1.5%;

　　(6)重復性：0.5%：

　　(7)遲滯：0.5%;

　　(8)過載：100倍。

　　2.脈搏信號調理模塊

　　(1)濾波電路

　　常規脈搏信號的主要頻帶范圍是0.1—40Hz。為防止處于干擾環境是脈搏信號中混入各種噪聲，因此在本系統中設計了通帶頻率為0.1—40Hz的帶通濾波電路，將脈搏信號的有用成分從采集到的信號中分離出來。本課題帶通濾波器將采用44Hz的二階低通濾波器級聯0.1Hz的二階高通濾波的方法實現。

　　(2)放大電路

　　使用三極管與電阻組成一個放大電路，參考倍數為8—10倍，具體放大倍數在仿真時可以測試出來。

　　3.A/D轉換模塊

　　MAX1240稱作模數變換器;簡稱“模數轉換器”。把模擬量轉換為數字量的裝置。在計算機控制系統中，須經各種檢測裝置，以連續變化的電壓或電流作為模擬量，隨時提供被控制對象的有關參數(如速度、壓力、溫度等)而進行控制。計算機的輸入必須是數字量，故需用模數轉換器達到控制目的。

　　主要參數

　　1.2.7V—3.6V單電源供電。

　　2.分辨率為12位。

　　3.最大采樣率73K次/秒。

　　4.低功耗，37Mw(73Ksps),5Uw(待機工作)。

　　5.內部提供采樣/保持電路。

　　6.內部提供轉換時鐘。

　　引腳3(即SHDN)為控制端，其值取0為待機工作模式，取1為正常工作模式，也可懸空，此時內部電源無效，可在管腳3(Vref)外接參考電源。

　　圖3 MAX1240內部管腳圖示

　　4.單片機模塊

　　本課題采用AT89S52單片機，由于MCS-51系列單片機造價低廉且通用性好，市場應用成熟，其中AT89S52低功耗，高性能方便各類程序測試調試，很是適合本設計故而選它作為課題單片機。

　　5.串行通信模塊

　　串行通信可分為異步傳送和同步傳送兩種形式，異步傳送的特點是數據在線路上傳送不連續，但通信雙方必須事先約定傳送的字符格式和波特率。同步傳輸的速度高于異步傳輸，但硬件設備較復雜，而且對同步時鐘信號的相位一致性要求嚴格。

　　下面是對串行通信的幾個一致的概念和標準：

　　1)傳輸率：即波特率，范圍一般110—9600。

　　2)RS232-C：EIA電平與TTL電平轉換，需要電平轉換芯片MAX3232。

　　3)3.0—5.5V電源供電。

　　4)300μA低供電電流。

　　5)只需外接0.1μF電容。

　　6.電源模塊

　　脈搏調理電路需求-5,V+5V模擬電源，單片機需求5V數字電源，A/D轉換器和MAX3232需求3.3V數字電源，數字電源需和模擬電源分離。

　　四、預期結果

　　完成脈搏波提取的電路并仿真成功，能夠測試記錄波形，順利且條件允許的情況下將進行硬件操作，最后完成畢業設計論文的編寫。

　　五、進度計劃

　　第一、二、三、四周：調研資料。

　　第五、六、七周：將找到的資料進行分析，學習。

　　第八、九、十、十一周：開始進行電路的設計，仿真。

　　第十二、十三周：調試電路并進行最后的修改。

　　第十四、十五周：撰寫畢業論文。

　　第十六周：完成畢業設計，老師審查，并完成畢業答辯。

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