电子脉搏计数器的设计
摘要 本设计为一个电子脉搏计数器系统，通过信号检测、信号处理、计数显示等几个功能模块的有效设计，利用一个定时器、一个信号整形放大电路和一个能够将脉搏次数显示出来的由计数器、译码器、数码管构成的显示电路，实现了对人体脉搏的电子测量。
脉搏波信号是低频微弱的非电生理信号，必需经过放大和后级滤波以满足系统采集的要求。以往的指端脉搏检测系统大多采用模拟技术来完成滤波、放大整型等处理，再经过模数转换和进一步处理。随着电子测量技术的迅速发展，现代电子测量仪器以极快的速度向数字化、自动化、智能化的方向发展。本设计提出了脉搏波检测系统的数字化设计方向，通过采样技术，通过传感器将脉搏跳动转换为相应的电脉冲信号，然后再进行数字滤波处理，从而代替原有模拟电路完成放大滤波等工作，以简化设计，提高系统稳定性。
在明确设计目的、设计背景的基础上，结合电子脉搏计数器系统的发展前景和国内外现状，本次方案搭建了数字脉搏计数器的框架，明确了系统工作原理，着重分析单稳态触发工作原理，重点通过传感器电路、整形放大电路、倍频电路、定时电路、计数译码显示电路完成了整体电路设计，并进行了仿真结果分析。在此基础上，硬件电路连接后经过电路测试、PCB 板测试证明电子脉搏计数器系统能够满足预期、发挥作用，具有很强的实用性。
这是智能化测试脉搏信号的一次努力和尝试，无论在传感器设计、信号处理还是计数显示等方面都力求经济实用。整个系统成本较低，结构简单，操作方便，易于实现。通过对脉搏信号的测量，为预防和治疗疾病提供参考，有益于公共卫生事业的发展。
【关键词】
Design of electronic pulse counter Abstract This design is an electronic pulse counter system, through the signal detection, signal processing, count display and other functional modules of the effective design, the use of a timer, a signal shaping amplifier circuit and a can display the pulse times by the counter, decoder, digital tube composed of the display circuit, to achieve the electronic measurement of the human pulse. Low frequency pulse wave signal is weak, electrophysiological signals, the required level after amplification and filtering to meet the demand of the system to collect. In the past, most finger pulse detection systems used simulation technology to complete filtering, amplification and other processing, and then through analog-digital conversion and further processing. With the rapid development of electronic measurement technology, modern electronic measurement instrument at breakneck speed to digital, automatic and intelligent direction. This design puts forward the design of digital pulse wave detection system, through sampling technology, through the sensor will be converted to a corresponding electrical signal pulse, then digital filter processing, instead of the original analog circuit to complete the work, such as amplification filtering to simplify the design, improve the system stability. On the basis of clear design purpose and design background, combined with the development prospect of electronic pulse counter system and the current situation at home and abroad, this scheme has built the framework of digital pulse counter, clarified the working principle of the system, focused on the analysis of monostable trigger working principle, focused on the sensor circuit, shaping and amplifying circuit, frequency doubling circuit, timing circuit, counter decoding display circuit to complete the overall circuit design, and carried out the analysis of simulation results. On this basis, after the hardware circuit is connected, the circuit test and PCB board test prove that the electronic pulse counter system can meet the expectation, play a role, and has a strong practicability. This is intelligent test pulse signals an effort and try, no matter in sensor design, signal processing, or counter to economical and practical. Cost is low, the whole system has simple structure, convenient operation, easy to implement. Through to the pulse signal measurement, provide a reference for the prevention and treatment of disease, is conducive to the development of public health.
【 Key Words 】
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目录
1 绪论 .................................................................. 6 1.1 设计目的 ........................................................ 6 1.2 设计背景 ........................................................ 6 1.3 发展前景 ........................................................ 7 1.4 国内外现状 ...................................................... 7 1.4 论文结构 ........................................................ 8 2 方案设计 .............................................................. 9 2.1 可行计划方案 .................................................... 9 2.1.1 脉搏采集模块选型 ....................................................................................... 9 2.1.2 显示模块选型 ............................................................................................... 9 2.2 数字脉搏计数器的组成框架 ........................................ 9 2.3 系统工作原理 ................................................... 10 2.4 555 单稳态触发工作原理 ......................................... 10 2.4.1 单稳态触发器的工作原理 .......................................................................... 10 2.4.2 简易触摸开关电路 ..................................................................................... 11 2.4.3 555 定时器的其他应用电路 ....................................................................... 11 3 电路设计及仿真 ....................................................... 13 3.1 传感器电路 ..................................................... 13 3.2 整形放大电路 ................................................... 13 3.3 倍频电路 ....................................................... 13 3.4 定时电路 ....................................................... 14 3.5 计数译码显示电路 ............................................... 16 3.6 总体电路及仿真结果分析 ......................................... 18 3.6.1 仿真软件介绍 ............................................................................................. 19 3.6.2 仿真测试过程 ............................................................................................. 19 4 硬件电路连接与测试 ................................................... 21 4.1 电路测试 ....................................................... 21 4.1.1 信号整形及 555 计时器测试 ..................................................................... 21
4.1.2 测试中的问题及解决方法 ......................................................................... 21 4.2 PCB 板测试 ..................................................... 21 4.3 元件清单 ....................................................... 23 5 总结 ................................................................. 24 【参考文献】
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1 绪论 1.1 设计目的 现如今，脉搏的检测在生活中越来越普遍，普通人自己在家就能测量脉搏，脉搏的测量对应诊断心脑血管疾病有很大的好处，正常成人的脉搏次数温度在每分钟 60-100 次之间，老年人脉搏数值相对较慢，儿童的脉搏次数较快，当人处于发烧或者高度紧张的时候，脉搏数值也会上升。脉搏的强弱与心搏出量、脉压和外周血管阻力相关，可以很直观的了解当前人体的身体状况。
本次数字脉搏计数器设计的目的主要是为了方便人们居家检测和公共医疗的方便快捷，避免了小事、无事进入医院检查，当人们感到身体不适时（如心悸、心慌）贸然进入医院这样不仅会浪费医疗资源、公共资源还会浪费我们的时间，数字脉搏计数器可以有效地解决这些问题，降低由于人们过度紧张误以为身体出现了异样导致的不必要就医。数字脉搏计数器可以用于我们日常检测自己及家人的身体状况，脉搏是否正常，可以有效地降低由于人为的疏忽，导致的不及时就医以及错医。数字脉搏计数器可以减轻医疗工作者的精神压力，降低医疗工作者由于某些原因所导致的错误诊断，提高医疗工作者及患者的“幸福感”。
1.2 设计背景 随着第二次的工业革命的结束，科学技术成为了第一生产力，科技的发展才是每个国家的首要任务，因为科技的创新发展不仅仅代表着一个国家在科技层面的发展，更是每个国家综合实力的体现。21 世纪以来，各个领域都开始走向高科技化，每一次的发展都给国家的经济带来非常大贡献。在上个世纪，通信技术，计算机网络等等对于大多数国家来说都是陌生又想于尝试的，如今这些技术的研发已经日常生活带来了无限的便利，不断的促使着社会的进步，也给医疗诊断技术带来很大的提升。
目前很多医生在给人们测量每分钟的脉搏数时，一般都是采用听诊器听诊，测量的时候医生-只手拿着听诊器测量心脏跳动次数，一边还要看着计时表，计数过程比较麻烦，稍有分心的话就会出现测量不准或错误的情况，给医生工作时带来很多不便。[1]
随着物质生活和精神水平的不断提高以及老龄化比例的不断上升，人们也更加注重自身的健康问题，当前国人对自身健康状况的品质的不断追求，医疗检测设备的家庭化已经成为了专业性发展课题。将脉搏心率测量器缩小为便携式的想法应运而生。
根据当今社会的医疗水平以及医疗状态我们需要一个数字脉搏计数器用来推进实现
我们的科技医疗社会。表面上来看数字脉搏计数器只是一个“无用”的机器，数字脉搏计数器的研究浪费时间、浪费精力、浪费金钱以及科研资金，但实际上数字脉搏计数器在我们的生活和科研水平上会给予我们的生活极大的便利。
1.3 发展前景 智能脉搏测量仪是我国乃至国际社会的发展方向，落后传统的传统电子血压计必然必然被取代，无线通讯技术及物联网技术将成为脉搏测量仪市场的主流技术。无线通讯技术在日常的工作运营和日常生活沟通中已是必不可少的中介工具，拥有众多的热衷用户，普及率非常高。再则，许多大企业之间或者是国际之间的领域若使用有线布线方式是非常困难，这涉及到很多保密方面的问题，绝大部分场所甚至是不允许存在布线的，过多的布线就会存在机密泄露的问题。因此无线通讯网络是现如今时代发展所必须的，在实现这项技术的同时，只需搭配必要的接口，就可以实现无线通讯信号的连接[10]。未来，随着无线通讯技术的发展，将在脉搏测量仪领域得到更充分的应用，这将是一项非常有意义的研究。
经过本次的设计后期还可以将制作好的模块加装信号连接设备如蓝牙模块、WiFi 接收传递模块，达到可以作为智能穿戴设备进行使用，与智能手机连接配合使用开发 APP 实时监控人体脉搏，体现健康状况，也可以检测人运动时心率是否过快在出现健康问题之前及时提醒。
1.4 国内外现状 目前脉搏测量仪在医学领域应用最广泛，如无创心血管功能检测、妊高症检测、中医脉象、脉率检测等等，现在也逐步走入寻常百姓家，特别对于健身爱好者来说，是随时携带的设备。
国外的专家最早参与到脉搏测量仪系统的研究当中，此后越来越多的欧美国家投入到多样化、智能化、无线化的脉搏测量仪系统研究中，期间也发布了一些跨时代的应用产品。其中瑞典、德国的学者最先发布了智能脉搏测量仪的一系列产品。
我国的脉搏测量仪设计智能化水平还远远不及国外的研究水平，且在实际社会使用率也远远落后于国外。但是不能从一方面一概而论，虽然我国这项技术还处于薄弱时期，但对于这方面的扶持和资金人员投入还是占比较重要的比重的。相信还只处于理论阶段的研究，在随着人工智能的不断发展，研究技术不断创新更新，会有更多的企业在脉搏测量仪方面投入相当资金和人力。从未来的前景预判，我国这方面的成就肯定远不止这步，相信能取得更多先进的技术。
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