电子定时器1.设计前言
心率是人体的一项重要生理参数，在现代医学中，心率对于血液循环和心脏功能领域的研究具有重要意义。心率计是医学中用来测量人体心率的装置，高精度心率计的研究开发历来是医学仪器领域的一项重要课题。本设计便旨在通过已学的电路和硬件知识，设计一款简易的数字心率计。在本设计中由于脉搏频率与心率相同，测量心率可以用测量脉搏近似得到，因此本设计将人体脉搏作为测量对象。本设计将采用multisim软件来绘制电路。 设计流程：
要实现对脉搏的测量，首先要用传感器测量得到脉搏信号。 信号得到后，因为原始信号比较微弱，需要用放大电路将其放大到一个合适的幅度。
放大后的信号中会夹杂有各种噪声，因此需要经过滤波电路对其进行滤波处理，以消除噪声，提高信号信噪比。
为使信号能够在计数器中实现计数，需要对信号进行整形处理，将信号由一个不规则信号整理为可用于计数的方波或脉冲信号。
信号经过整形后，由于设计要求实现在短时间内测量一分钟心率的功能，需要在计数前对信号进行倍频处理，以实现上述功能。
经过之前一系列处理后，信号将进入计数器进行计数，其中计数器需要用相应的定时器配合完成该步骤，定时器同样要实现短时间内测量一分钟心率的功能。
计数器输出的信号是可用于显示频显示的七位BCD码，将其连入显示频显示。同时将该信号送入比较器中与预设的数值进行比较，当测量值在预设范围之外时将通过报警电路进行LED灯报警，表示所测得的心率超出正常范围。
设计流程的图示如下：
附：心率的生理意义
人的心脏比握紧的拳头稍大，平均重量为300g。它是人体内“泵器官”，负责人体血液循环。心脏每天跳动超过10万次，累计使8千多公升的血液，流经约1万9千公里长的动静脉，从而维持血液循环。心脏有四个腔，分别是左心房、右心房、左心室和右心室。右心房接受全身各器官回流的含氧低静脉血并输入右心室，右心室把血液泵入肺脏进行氧气与二氧化碳的气体交换。左心房将自肺脏返回的含氧高的动脉血输入左心室，左心室再将血液输送至全身器官。从我们出生的那一刻起，心脏便24小时不停地工作，为全身输送氧气和养分。心脏能够这样周而复始地有规律地工作，是因为心脏有一个天然的起搏器——窦房结，它能自发地、有节律地发放电脉冲，并沿着结间束、房室结、希氏束和左右束支这一固定的激动传导途径由上向下传遍整个心脏，使心脏各个腔室顺序收缩，完成运送血液的工作。心脏的正常工作要求心脏节律发放和传导系统的结构和功能正常。心率(heart rate)指心脏分钟搏动的次数，它能够反映心脏的工作状态。正常心率决定于窦房结的节律性，成人静息时约60～100次/min，平均约75次/min。心率可因年龄、性别及其他因素而变化。初生儿心率约130次/min，随年龄增长而逐渐减慢，至青春期乃接近成人的心率。女性心率比男性稍快；运动员心率较慢。成人安静心率超过120次/min者，为心动过速；低于40次/min者为心动过缓。心率受植物性神经和体液因素调节。安静或睡眠时，心迷走中枢紧张性增高，心交感中枢紧张性降低，心率减慢。运动、情绪激动、精神紧张时，心迷走中枢紧张性降低，心交感中枢紧张性升高，心率加快。肾上腺素、去甲肾上腺素、甲状腺素等体液因素也会增快心率。此外，体温每升高1℃，心率加快12～20次/min。
2.电路设计正文
简单的延时电路
2.1压电传感器的选择
测量脉搏首先要用到压电传感器。压电传感器是以压电效应为工作基础，将被测量变化转换成由于材料受机械力产生的静电电荷或电压变化的传感器。压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时，内部就产生电极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。 基于压电效应的传感器，它的敏感元件由压电材料制成，压电材料受力后表面产生电荷，此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。
该设计使用HK-2000B 集成化脉搏传感器。HK-2000B 集成化脉搏传感器采用集成化工艺将力敏元件(PVDF 压电膜)、温度补偿元件、感温元件、信号调理电路集成在传感器内。它的输出是和脉压对应的0~1.0v
脉动模拟电压信号，其技术指标如下：
K-2000B 集成化脉搏传感器蚊子网
K-2000B 集成化脉搏传感器输出信号幅度为0—1.0V 。已知灵敏度为2000uV/mmHg ，又人体正常情况下收缩压136—90mmHg ，舒张压86—60mmHg ，取收缩压作为峰值信号，可得
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因此取输出信号峰值为300mV 左右。典型的输出信号即脉搏输出波形如下图所示： 电源电压 5～6V DC 压力量程 -50～+300mmHg 灵敏度 2000uV/mmHg 灵敏度温度系数 1×10-4/℃ 精度 0.5% 重复性 0.5% 迟滞： 0.5%
视频浪涌保护器人体脉搏在60—150次/分钟属于正常范围，即正常频率为1—2.5Hz，可用一有效值107mV 的正弦信号与一幅值150mV的直流信号串联组合，用来模拟最初的脉搏输出信号，如下图所示：
火车鹤管
在之后的电路设计与电路模拟中，就采用这种模拟信号来取代实际的传感器输出信号。
2.2放大电路的选择与设计
草莓托
运放芯片选用LM324AD 芯片，初步选择把输出信号放大4倍，采用两个反相放大器串联接法，前后两级均放大2倍，电路和输出结果分别如下图所示：
通过仿真结果可知，放大后信号峰值约为1.2V ，实现了将原信号放大4倍的实验预期。
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