综合电子设计报告模板 - 图文(3)

图3-8血氧监测模块设计流程图

上图3-8是血氧监测模块设计流程图，在模数转换得到数据之后，相邻两个峰值之间的周期T就是两次脉搏波动的周期，即心率为1/T。

·4 实验或仿真实验

实验部分我们会在附件里面附上视频，由于实验只是展示，所以在本文中不再花费篇幅。我们在此小节主要讨论硬件电路的仿真部分。

4.1 555定时器的Multisim仿真

参考刘京南老师的矩形波振荡电路[10]以及图4-1。可知，高电平持续时间为

t1?0.69(R1?R2)C2，低电平持续时间为t2?0.69R1C2,频率为f?11.45?,T(2R1?R2)C2占空比为

t1。修改相应的电阻值和电容值，并对照改为标称值。Multisim仿真见图4-2。 t1?t2 11 / 16

图4-1 555定时器产生方波电路图

图4-2 555定时器的Multisim仿真波形

4.2 心率血氧模块输入与滤波放大电路仿真

由3.2.3节原理分析我们可以知道，测量血氧的任务就是通过让光敏元件接收透过人体的两种波长的光，然后经过一系列滤波放大电路之后，获得其中的交流分量和直流分量。

下图4-3为Multisim仿真原理图。该原理图取设计的PCB双路滤波放大电路中的一路，输入信号是：1、频率0.8Hz、幅度为30mv的正弦波；2、200mv直流量以及频率为1kHz（实际上直流量更大，超过交流量的100倍，但是为了观测方便，我们适当减小了直流分量）；3、幅度为10mv的正弦波，这三种信号的叠加。也就是，Ui?30sin1.6πt?10sin2000πt?200 12 / 16

（mv）。用该输入来仿真实际测量中带干扰的输入信号。

图4-3 血氧模块Multisim仿真原理图

下图4-4是仿真的两种光源得到数据的直流分量，其中channel B是仿真输入，即上面那条带有大量干扰信号的粗红线波形。如果将扫描速度提高，我们可以看到粗红线的信号干扰是极其大的。实际上，粗红线的波形是由一个高频正弦波和其他分量组成的信号。channel A是输出，是下面那条细红的波形，从图中可以近似认为输出的就是直流分量。完成直流分量的采集之后，我们会把直流分量滤除，继续放大交流分量，进行交流分量的采集。

图4-4 光源直流分量与原始输入

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下图4-5是最终波形输出，其中channel A是输出，是下面那条细红的波形，channel B是仿真输入。

图4-5 血氧滤波仿真结果

由上图4-5可见，仿真的结果很理想，虽然还是有一部分的直流分量，但这也跟零漂有关，不影响最后数据的获得，如果需要解决，只需在运放的调零端接上电位器进行调试即可，由于仿真速度太慢，此处不再进行调零。除此之外，最后的波与输入有一定的相位差，但是由于我们的计算公式中没有涉及相位差，所以这也不影响我们的数据获得。综上，血氧模块的滤波电路通过了仿真。

5 总结

本文主要创新点：现代多数人的身体处于亚健康状态，常常对自己一些生理指标进行监测对日常保健很有意义，但是很少有人会把这种监测当做一种习惯。一个血氧仪买来三五天或许就会被扔到角落堆灰。我们的主要创新点在于医、电跨学科结合，将用于日常监测健康的血氧仪和人们天天需要用到的闹钟结合在一起。目的在于时时提醒人们注意自己的身体，远离亚健康或者其他的一些身体问题，以期对用户保持自己的身体健康能有所帮助。

新发现：其实健康时钟还能跟很多模块结合实现更强大的功能，比如可以利用zigbee和串口通讯去控制或者定时控制一些家电，初步模拟智能家居。此外，FPGA强大的多线程并行运行能力也可以和单片机结合，完成更多的应用设计。新问题：血氧模块我们只是进行了仿真和PCB的设计以及布线布局，但是实际测量时可能会有更多的干扰信号和噪声污染，

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可能需要更优秀的数据处理方式以及滤波电路才能真正实现血氧的高精度测量。

收获:在整个小课题设计过程中，我们所得到的收获是丰富的。我们不仅仅收获到了控制器运行出预期结果的各种喜悦，也尝到了每次“语句全对，逻辑感觉全对”但结果死活不对的痛苦，FPGA是完全不同与单片机的东西，以写单片机的思路去写，问题确实很多。这也让我们了解到了，现代各类神奇器件的繁多，让我们着实开了眼见。

在做血氧模块的过程中，我们跌跌撞撞地开始使用AD画图，出现了不少问题，有些至今也不理解原因，但是勉强也算了解了一项技术。在设计滤波电路的过程中，我们参考了很多资料，顺便把模电也狠狠地重新学习了一遍，感觉真是值了！

下面是组员的部分心得：本次的课程设计，我负责的是利用Altium designer画出我们所需的电路板的原理图和用1820温度传感器测量当前温度。对于这两部分，我都是个初学者。首先上手Altium designer便让我感到棘手。元件库中的无法找到所需元件，我就学习如何自己创建和添加元件库，如LM324等。同时，在生成PCB时的检测，发现如“footprint no found”的封装问题和“unknown pin”的引脚不对应问题，我通过查阅书籍，网络搜索和自我探索的方法，最终解决了这些问题。当然，在使用Altium designer的软件过程中遇到兵解决更多的一些细小的问题，都让我熟练的使用这款软件。其次是在FPGA板上使用1820温度传感器来测量当前温度。这个部分对于我而言更是一个巨大挑战。我首先从最基础的输入输出学起，从而对于Verilog HDL有了一定的认识。然后学习了1820使用手册，了解了1-wire总线的初始化，读，写等操作。虽然1—wire总线操作形式上相对简单，操作本身却又相对复杂。以上便是我在此次的课程设计中的个人收获。

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由于视频文件较大（57MB），我们给出了观看和下载链接

观看地址：http://v.youku.com/v_show/id_XNzg4OTcyNDg0.html 下载地址：http://pan.http://m.wodefanwen.com//s/1kTFVPxt

参考文献

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[2] 严新忠，杨静，郭略. 人体血氧饱和度检测方法的研究[A].(2005) 12-0001-04

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2012年4月. [4] 王秀章，陈声权. 脉搏式血氧饱和度检测方法的研究[J]. 中国医学物理学杂志, 1995,(1) [5] 胡文华，胡仁喜等编著.[M]Altium Designer 13电路设计 入门与提高. 北京.化学工业出

版社.2013年10月.

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[8] 于巍, 古庆恩, 黄世安. 脉搏血氧饱和度监测技术的研究进展[J]. 中国医学装备,

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