数字心率计设计说明书
1、程设计任务书
课程设计题目数字心率计设计
学院专业年级2009
任务要求
心率计是用来测量一个人心脏单位时间跳动次数的电子仪器，也是心电图的重要组成部分。设计一个数字心率计，要求实现在短时间内测量1分钟的心脏跳动次数，并且显示其数字。当心脏跳动次数超过正常范围时，能够发出异常指示（LED 发光二极管发光报警指示），并且正常范围可根据需要进行设定。
性能指标要求
1、测量范围：正常心跳次数成人为60~90次/分钟，婴儿为90~120次/分钟，老人为55~80次/分钟，正常范围可以设定。
2、测量精度：测量误差≤±4次/分钟。
3、报警指示：采用LED发光二极管。
学生应完成的工作：
1、课程设计说明书。
要求：内容完整，图表完备，字迹工整，条理清晰，分析有据，计算准确。
课程设计说明书应包括以下内容：
a)任务书；
b)说明书正文；
任务分析与方案设计；
电路设计，元器件参数计算及选择；
电路原理框图及电路工作原理说明；
本次课程设计的体会。
c)参考资料清单；
2、完整电路图一张。
要求：布局合理，清晰完整，线条粗细均匀一致，图形大小适合，图形和符号要规范。
3、所用元器件清单（序号、名称、型号、规格或数值、数量）。
目前资料收集情况（含指定参考资料）：
[1] 童诗白，徐振英. 现代电子学及应用. 北京：高等教育出版社，1994.
[2] 陈明义，宋孝瑞等. 电子技术课程设计实用教程. 长沙：中南大学出版社，2002.
[3] 陈晓文. 电子线路课程设计. 北京：电子工业出版社，2004.
课程设计的工作计划：
2012年6月11日－2012年6月13日：根据设计任务，收集相关资料；
2012年6月13日：在熟悉收集到资料的基础上确定总体设计方案；
2012年6月14日－2012年6月19日：单元电路设计，元器件参数计算；
2012年6月19日－2012年6月20日：完整电路图绘制；
2012年6月20日－2012年6月22日：完成课程设计说明书。
任务下达日期 2012 年 6 月 11 日完成日期 2012 年 6 月 22 日
指导教师（签名）学生（签名）
2.说明书正文
2.1：任务分析与方案设计
心率计是用来测量一个人心脏在单位时间跳动次数的电子仪器。心脏的收缩和舒张引起血压的变化，不同年龄段和不同健康状况的人正常血压范围有较大差异，但是收缩压和舒张压的差值却大致都在40mmHg~50mmHg 范围内。基于此，可以利用压力传感器将人体血压的变化转化成电压的变化，再通过滤波、放大、整形后得到方波，由模拟转化成数字后再进行后续处理。现提出两种计数方案： 1）定时计数
在一定时间内对脉冲信号进行计数。由于任务要求在短时间内测出1分钟心脏跳动的次数，则需要对整形后的方波信号进行倍频；又由于测量误差要求≤±4次/分钟，则最多可以4倍频，此时，测量时间为15s 。
电路模块方框图：
2）定数计时
在定数的脉冲信号持续时间内，对标准时钟信号进行计数，再通过转换得到心率值。如设置标准时钟信号周期为0.1s ，在6个脉冲信号持续时间内（即5个心脏跳动周期）对标准时钟信号进行计数，设计数值为N ，则心率为3000/N 。计算过程如下：
每个脉冲周期To=0.1N/5 s ，则心率S=60/To=3000/N(次/分钟）。 电路模块方框图：
方案一的测量时间长，测量误差也较大，且测量误差与测量时间成反比关系；但是计数
传感器 滤波器 放大电路
整形 倍频 计数 定时 译码显示
比较报警
传感器 滤波器 放大电路 整形 计数 定时 计数 除法转换 译码显示 比较报警
值即为心率值，电路实现较为简单。方案二测量时间短，测量误差也小；但是计数后的值还需要进行除法转换后才是心率值，电路实现较为复杂，成本也较高，故采用方案一。
2.2:电路设计，元器件参数计算及选择
2.2.1:传感器的选择
传感器的选择需要综合考虑各项性能参数，这些性能参数要能满足测量要求，现对传感器的各项性能参数以及任务要求分析如下：
1）线性度指传感器输出与输入之间成线性的程度。任务要求是测量心脏跳动的次数，而并未要求测量出血压值，故只需要得到一个个脉冲输出即可，对其量值没有太大要求，故系统对传感器线性度要求不高。
2）灵敏度灵敏度是传感器在稳态下输出变化量对输入变化量的比值。由于人的血压压力较小，属于微压，也是微压差，故要求传感器有较大的灵敏度，才有一个比较大的输出量，对噪声的抑制也会更高。当然，灵敏度也要和后级放大器的放大倍数相匹配，并不是越大越好。3）迟滞也叫回程差，是指在相同测量条件下，对应于同一大小的输入量，传感器正反行程的输出信号大小不相等的现象。由于系统仅要求测出脉冲输出即可，故对迟滞性能要求不高。4）重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试时所得输入-输出特性曲线一致程度。重复性好，对于噪声抑制有利，故要求传感器有较好的重复性。
5）漂移指传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的程度。要求传感器有较小的漂移。
6）频率响应由于脉搏频率较低，所以对传感器频率响应要求不高。
综合以上性能参数以及任务要求，可以选出既能满足测量要求，又最便宜的传感器。通过搜集大量压力传感器信息进行综合比对，飞思卡尔的MPX2050D压阻式硅压力传感器能够满足要求。其主要特点如下：
压力范围0到50kPa
温度补偿范围0 到 +85℃
独有的硅切应力应变片
提供编带式或卷轴式出货封装选项
对供电电压比率输出
外壳采用聚砜（Mindel S–1000）材料（医用5级许可）
图2.1 传感器外形图图2.2 传感器示意图
其主要性能参数如下：
表2.1
