前言

脉搏测量仪的设计是通过检测心跳的血液变化，产生不同的反射信号，用传感器将脉搏的跳动转换为电信号，并加以放大，整形和滤波，最后送入单片机中处理，本篇文章介绍了使用由5mm红外接收管和发射管构成的光电对管测脉搏的硬件电路设计。

一、脉搏测量方法

光电式检测方法是利用光电传感器检测人体内血液流动时对光的透过率或反射率不同而将其转换成电信号的方法。此种方法有两种方式：一种是透射式，另一种是反射式。

对射式是在一个大小合适的环的两侧各放一个发射管和一个接收管，测量时将人的手指伸到环中，由于手指中的血流量的变化而使光电接收管的光电流也随之变化。

反射式是光电发射与光电接收都指向一个方向，当人体内的血流发生变化时其对光的反射率也随之变化，从而检测出心率。本次仅介绍了由5mm红外接收管和发射管构成的透射式光电对管测脉搏的硬件电路设计。5mm红外接收管和发射管实物图如下图1-1所示：

图1-1 5mm红外接收管和发射管实物图

二、脉搏测量原理

2.1 脉搏信号处理整体电路

如图2-1所示，原始脉搏信号信号处理电路主要包括低通滤波、信号放大、波形整形等三部分所构成，信号放大和波形整形通过双运算放大器LM358实现。

图2-1 信号处理整体电路

2.2 信号采集电路

脉搏信号采集电路如图2-2所示，U2、D2分别是红外发射、接收装置，由于红外发射二极管中的电流越大，发射角度越小，产生的发射强度就越大，所以对R5阻值的选取要求较高。R5选择220Ω同时也是基于红外接收三极管感应红外光灵敏度考虑的。R5过大，通过红外发射二极管的电流偏小，红外接收三极管无法区别有心跳和无心跳时的信号。反之，R5过小，通过的电流偏大，红外接收三极管也不能准确地辨别有心跳和无心跳时的信号。

因光电传感器输出的脉冲信号是非常微弱的信号，而且频率很低（如脉搏50次/分钟为0.78Hz，200次/分钟为3.33Hz），并且还伴有各种噪声干扰，故该信号要经过R7、C4低通滤波，去除高频干扰。

图2-2 信号采集电路

2.3 信号放大电路

如图2-3所示，RT1与R14的电阻之比为放大器的放大倍数，经过计算所得该放大器的理论值为200倍，但由于8号接口上5V供压不足再加上材料限制和人为的因素，该放大倍数只有20倍左右。图中C5为耦合电容，作用为隔直流通交流，之所以使用1uF的电容，是为了让所有的信号通过。

图2-3 信号放大电路

2.4 波形整形电路

电压比较器是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F 变换电路、A/D 变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。这里主要介绍其基本概念、工作原理及典型工作电路，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小并判断出其中哪一个电压高，接到的信号电压小于该值时显示0V，当大于该值时显示5V，这就形成了0和5V的方波。如图2-4所示，经过低通放大后的脉搏信号整形后为0和5V的方波，脉冲高电平与心跳同步，并由红色发光二极管RED1的闪亮指示出来,即发光二极管作心跳状态显示，心脏每跳动一次发光二极管就亮一次。