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电子脉搏计数器的设计 摘 要 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。如今电子脉搏计数器逐步取代传统脉搏诊断方法，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”。
本设计为一个电子脉搏计数器系统，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。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，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】
电子脉搏计数器，定时器，信号整形放大，数码管
Design of electronic pulse counter
Abstract Nowadays, the detection of pulse is becoming more and more common in life. Ordinary people can measure the pulse at home by themselves. The measurement of pulse has great benefits in diagnosing cardiovascular and cerebrovascular diseases. Today, electronic pulse counters gradually replace traditional pulse diagnostic methods, which can reduce the mental stress of medical workers, reduce the misdiagnosis caused by medical workers for certain reasons, and improve the "happiness" of medical workers and patients. Originally designed as an electronic pulse counter system, using a timer, a signal shaping amplifier circuit, and a display circuit composed of a counter, a decoder, and a digital tube that can display the pulse number, the electronic measurement of the human pulse is realized. . Based on a clear design purpose and design background, combined with the development prospects of the electronic pulse counter system and the status quo at home and abroad, this scheme sets up the digital pulse counter framework, clarifies the system"s working principle, and focuses on the analysis of the monostable triggering working principle. The whole circuit design is completed through the sensor circuit, shaping amplifier circuit, frequency doubling circuit, timing circuit, and counting decoding display circuit, and the simulation results are analyzed. 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 expectations and play a role, has a strong practicality, provides a reference for the prevention and treatment of diseases, and is beneficial to the development of public health.
【 Key Words 】
】
Electronic pulse counter, timer, signal shaping amplifier, digital tube
目 录 1 绪 论 ................................................. 1
1.1 设计目的 ............................................. 1 1.2 研究背景 ............................................. 1 1.3 国内外研究动态 ....................................... 2 1.4 发展趋势 ............................................. 2 1.5 论文结构 ............................................. 3 2 方案设计 .............................. 错误! ! 未定义书签。
2.1 可行计划方案 ......................... 错误! ! 未定义书签。
2.1.1 脉搏采集模块选型 ............................. 4 2.1.2 显示模块选型 ................................. 4
2.2 数字脉搏计数器的组成框架 ............. 错误! ! 未定义书签。
2.3 系统工作原理 ......................................... 5 2.4 555 单稳态触发工作原理 ................................ 5 3 电路设计及仿真 ........................................ 7
3.1 传感器电路 ............................................ 7 3.2 整形放大电路 ......................... 错误! ! 未定义书签。
3.3 倍频电路 ............................................. 7 3.4 定时电路 ............................................. 8 3.5 计数译码显示电路 ..................... 错误! ! 未定义书签。
3.6 总体电路及仿真结果分析 ............... 错误! ! 未定义书签。
3.6.1 仿真软件介绍 ................. 错误! ! 未定义 书签。
3.6.2 仿真测试过程 ................. 错误! ! 未定义书签。
4 硬件电路连接与测试 .................... 错误! ! 未定义书签。
4.1 电路测试 ............................. 错误! ! 未定义书签。
4.1.1 信号整形及 555 计时器测试 ..... 错误! ! 未定义书签。
4.1.2 测试中的问题及解决方法 ....... 错误! ! 未定义书签。
4.2 PCB 板测试 ............................ 错误! ! 未定义书签。
5 结 论 ................................................ 18
参考文献 ............................................... 19
致
谢 .................................. 错误! ! 未定义书签。
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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。脉搏的强弱可以很直观的了解当前人体的身体状况[1] 。
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[2] 。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 研究背景 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[3] 。
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。
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[4] 。
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
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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 国内外研究动态 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[5] 。
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[6] 。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。
1.4 发展趋势 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[7] 。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
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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。
1.5 论文结构 本篇论文分为五章，如下：
第一章节是绪论，介绍了课题研究背景及意义，通过阅读历史文献，阐述了当前的研究现状，给出分析结论，并介绍了本课题研究内容，同时对论文结构划分进行阐述； 第二章节着重介绍了方案设计，包含可行计划方案选择，制定了总体设计方案，并给出系统组成框图，包括各个模块组成； 第三章节阐述了电路设计及仿真，针对系统的各个模块分别分析其原理及结构组成，完成模块电路设计以及仿真设计。
第四章节是硬件电路连接与测试，进行实物连接，对功能进行测试，同时对测试结果进行分析。
第五章节是总结，对本设计的工作及个人成长进行总结，归纳设计经验。
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2 方案设计 2.1 可行计划方案 2.1.1 脉搏采集模块选型 方案一：通过传感器将脉搏信号转变成为电信号，统计在一分钟内的脉搏数，并用数字显示器显示所及记录的数值，从而得到每一分钟的脉搏数量。
方案二：测量在 15 秒内脉搏跳动的次数，再将所得到的的脉搏信号的频率提高四倍，然后得到此段时间一分钟内的脉搏数[8] 。
从得到的方案中对比，方案一的设计方法检测较为直观，所需电路结构简单，但测量出现误差较多读不到较多的准确数据，方案二中电路虽说复杂些，所用元器件也较多，但是可以得到更加稳定准确符合设计的最初理念，其在成本相同的情况下，使用脉搏计数器，我们将采用第二种方案。
2.1.2 显示模块选型 方案一：采用 LCD1602 LCD1602 虽然显示内容不多，但是相比于 LCD 显示屏成本上具有很大优势，同时软件编程简单，弄清楚读时序和写时序即可，与单片机外围电路连接设计简单，适合对显示要求不高的系统开发。
方案二：采用 OLED 显示屏 OLED12864 相比于 LCD1602 具有显示内容更加丰富，能够显示中文信息的优点，采用 SPI 通讯模式，所需单片机控制管脚较少，有利于简化外围电路设计，适合各类监测系统开发[9] 。但 OLED12864 成本较高，编程比较复杂。
方案三：采用数码管显示 采用数码管显示的话，只能显示简单的数字，需要多位数码管配合显示，应用范围较少。
综上所述，考虑到本系统显示内容较少，只需要显示脉冲计数数值，考虑成本优势，故选择方案三更加合理。
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