脉搏波检测系统电路设计报告(2)

相比上一过程，这一过程需实现隐藏示数变化并在周期末显示计数结果，EL需要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。只需给EL接入555产生的时钟信号

即可。

这时，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。

稳态触发器产生清零信号 8. 用单

在不显示示数跳变，只在周期末更新结果的情况下，如果没有单稳态触发器4098，只是把时钟取反接入计数器清零端，那么数码管将会一直显示“00”，因为计数器的清零和译码器刷新发生在同一时间，计数结果来不及显示就被清零了。为了解决这一问题，我想到了利用单稳态触发器的工作原理，将时钟信号的上升沿转化成一个短暂的高电平，在译码器刷新后给计数器清零。具体原理见下图：

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整体工作原理 (二) 电路

1. 电路整体电路图

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2. 系统工作流程简述

传感器接收到脉搏信号之后，经隔直、放大、滤波、整形后，进入与非门与时钟信号和输入控制信号相与，当输入控制信号为1，时钟信号存在时，脉搏信号输入到计数器中进行计数。计数器每10秒清零一次，计数结果在数码管上自动没事秒刷新一次。通过改变EL的接线方式（实际中可以通过一个开关），数码管可以随脉搏连续跳变，也可以保持当前结果，每10秒刷新一次。

四． 实验数据与分析

实验数据记录：

测试者

沈兴来 测试值（次/10秒） 16 实际值（次/10误差 0%

6%

0%

0%

0%

7%

0%

0%

0% 沈兴来沈兴来沈兴来张帆张帆张帆张帆沈兴来

1616171312121215161616171212121216

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张帆

13130%

以上数据直观的表现了脉搏波检测系统较好的的稳定性和准确性，但也反映出在外界有一定光线扰动时，脉搏计数会缺失或多余。

五． 总结

这次不到两周的电路系统设计与实践，从开始对所选项目一无所知到最后的了如指掌，期间经历了很多。尽管在我最后看来，我们的电路根本不算什么高科技含量的东西，甚至可以说是简单至极，但这每一个模块的设计和实现，都包含了一次又一次学习、创造、失败、推翻的过程。

难点与解决

在脉搏波检测电路的整个设计过程中，我认为模拟电路部分是整个电路的难点所在。因为对传感器的输出特性没有调试经验，我们多次调试传感器信号端的电阻，才达到最后的理想值。开始的一段时间，以为脉搏的变化会让传感器输出信号电压产生剧烈跳变，以至于一直都错误的认为不需要任何放大就可以对信号进行整形。后来通过查资料和自己仔细思考，发现其实手指的血流量变化只会很微弱的改变信号电压，在数字电路之前，我们的工作量还是很大的。

放大电路的调试中我们也经历了很多次try-and-error。最初我设想用一个典型的低通滤波器(兼放大作用)来实现信号的放大，实践的结果是高频波是滤掉了，但似乎脉搏信号也消失了。继而尝试了各种放大、滤波电路，都不奏效。无奈之下请教老师，才明白了放大电路的症结所在。正确的放大电路同相、反相端通过电阻后并不直接接地，而是接到两个二极管上，用二极管“垫

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起”大约1.2V的电压，这样才能保证信号的波动在放大过程中不被淹没。

在隔直电容的选择上也出了一点问题：我们开始用两个22μF的电容隔直，但放大电路输出的信号时有时无，没有经验的我们还以为是运放芯片接触不良，换了一块地方接芯片不奏效，用钳子使劲按着不管用，轻轻敲打反而会有比较好的输出。这是为什么呢。。。？向李老师求救，老师晃动电容，发现输出有较大波动，指导我们是电容的问题。通过多次比较，选定了两个10μF的电容配合信号起振的频率，终于解决了问题。

我们组的另外一个难题出现在第二周电路的改动上。之前我们用三个D触发器来实现数码管的显示和清零，设计了一个“001-011-111-110-100-001”的循环，通过与非门的运算，实现在001时计数，111时译码管显示，100时计数器清零。这样的循环虽然分工明确，但用十秒钟的周期来驱动，每一次计数都要等近50秒钟，显得迟钝笨拙。后来为了简洁我们的电路，提高效率，就抛弃了原来的D触发器，决定另辟蹊径。但这次问题出在计数器的清零和译码器的刷新上。（详见13页）开始的时候，由于这两个功能来自同一个时钟（清零信号是时钟取反），我们的示数一直是“00”。我当时很快就意识到了错误所在，但两个人一直没有想到好的改进办法，一度想到要恢复原来的D触发器控制显示与清零。在理性的分析了各处的波形之后，问题就简化成“先显示，后清零”，同时要满足清零的高电平要短。这让我很容易就想到在电工电子课上学到的单稳态触发器，利用周期最初的上升沿触发一个短暂的高电平，实现清零。

与不足 问题

尽管最后的结果还是令人满意的，但我觉得这个电路还是有很多值得改进的地方。对比实际中应用的脉搏监测仪（兼有波形检测、血液容积量变化监

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测等多种功能），我们的电路系统就相形见绌了。

实验中一直伴随的问题就是外界干扰。由于我们的传感器只是简单的装在一个夹子上，所以难以避免周围的干扰。周围环境光强度的变化会很大程度上影响我们的波形和计数结果，被测者自身的一些运动干扰也会严重影响测量结果。为了更加完善这个系统的稳定性和感干扰能力，传感器的外形应该有所改进。夹子两侧应该有遮光的挡板，在夹子闭合的时候，能够挡住大部分外界的光。这样无论是外界环境变化还是被测者自身的位置改变，都不会令波形紊乱。

我们在电路中设计的输入控制信号实际上没有得到很好的应用。输入信号在“0”和 “1“之间变动的时候（电线插电或插地），会有很多干扰影响信号的输入，大量杂波进入了计数器，有时还会导致数码管溢出。如果有一个比较稳定的开关，那么就可以较为理想的实现这一控制功能。

和感想 收获

回顾这次电路的设计和实践，尽管过程中遇到很多困难，甚至有过一两次绝望的心情，但在实习结束后，真的感受到自己的学习、实践能力、合作精神都有了很大很大的提高。在做完这个项目的时候，我获得了巨大的成就感，因为是从最基础的管脚图开始，整个电路一点一滴的建立和成型，都是我们合作亲自完成的。很难说那一个模块是某一个人独立完成的，因为每一个独立的创意背后都有同伴的修改和提醒；每一个方案的使用或放弃都是经过了深入的讨论；每一个参数的选择都包含着两个人不断的尝试；甚至很多很多电线的搭接都是两个人合力做成。我们的数电部分比较成功，除了这个电路的自身特点以外，很大程度上都依靠我们两个相互监督和协作。为了改进功能和美化线