1、第 32 卷 第 6 期增刊 仪 器 仪 表 学 报 Vol.32 No.6 2011 年 6 月 Chinese Journal of Scientific Instrument Jun. 2011 基于HK2000传感器的脉搏测试仪前端设计 刘 莹 李 娜 冯 暖 （沈阳理工大学应用技术学院 抚顺 113122） 摘 要： 人体脉搏波包含了许多重要的生理和病理信息，尤其是与人体心血管系统相关的信息，所以它是生物医学检测中的一个重要的生理指标。本设计实现了基于 HK2000 传感器的脉搏测试仪的前端设计，通过对电压提升电路的设计，滤波器的设计，使通过 HK2000 采集得到的信号通过电压的提
2、升，并能够将电压信号提升到所需要的值，再使用滤波器分别对信号进行低通滤波器和高通滤波器的设计，满足下一步处理的要求，具有一定的实际意义。 关键词：脉搏 电压提升 滤波 Front design of pulse tester based on HK2000 sensor Liu Ying Li Na Feng Nuan (Polytechnic School of Shenyang Ligong University,Fushun 113122) Abstract： Human pulse wave contains many important physiological and patho
3、logical information, especially information related to the human cardiovascular system. So it is an important physiological indicator in the bio-medical testing system. This design has realized the front design of pulse tester based on HK2000 sensor, through the voltage raised circuit design and the
4、 filter design, it could raise the voltage which is collected by HK2000, and it could make the voltage signal raise to a needed value. Finally it uses the filter to design a low band pass filter and high band pass filter, so that it could meet the need of the process, and have a realistic meaning. K
5、ey words： Pulse Voltage Raised Filter 1 引 言 累积数千年来丰富临床经验的脉诊，是中国医学独特的诊病方法，在诊“ 望、闻、问、切” 中占有重要的位置。由脉诊所得的脉象反映人体各和病理状况，反映了五脏六腑气血盛衰，是观察体内功能变化的一个重要根据脉象的变化，可探测人体脏腑的气血、阴阳、生理与病理的状况。我国中医学家千年的实践总结而成的脉学理论在中医辨证论治中起着重要的作用，也是人类的重大贡献。由光电传感器采集脉搏信号，经过前置放大电路、滤波电路、积分和比较电路后得到与脉搏相关的脉冲信号。 2 电压提升电路的设计 2.1 电压提升电路的设计 由于 HK200
6、0 的输出电压为-0.1V 到 0.6V1，我们需要把-0.1V 的电压信号提升到 0V 以上，这样才能作为单片机 ADC 的输入，具体的电路如图 1所示。 -4.5Vref input+4.5VR222.25K0R23 100KR24 2.25KU5LF353/301/TI+3-2V+7V-4OUT6R30 100K+4.5V0图1 100mV参考电压产生电路 mVRRrefinput25.1015.410025.2)05.4(2324V (1) 求和电路将信号的幅值变成 0V 到 0.7V2，电路图如图 2 所示： 240第 6 期增刊 刘 莹 等：基于 HK2000 传感器的脉搏测试仪前
7、端设计 V7FREQ = 1hzVAMPL = 0.35vVOFF = 0.25vU4LF353/301/TI+3-2V+7V-4OUT60R19 100K0ref inputlink+4.5VR21 100K-4.5VR17 100KR18100K图2 信号和参考电压求和电路 2.2 放大电路的设计 将linkV链接到仪表放大器的输入端，放大器输出和输入的关系如下：signalsignalVkRRkRRRRRRRRV153131555831101131109)0(Vout(2) U1LF353/301/TI+3-2V+7V-4OUT6U2LF353/301/TI+3-2V+7V-4OUT6U
8、3LF353/301/TI+3-2V+7V-4OUT6R5100kR6100kR7100kR8100k-4.5V+4.5V-4.5V+4.5V+4.5V-4.5VR2510k00R920kSIG2SIG1R1015kR315klinkR1120kR1510kV图3 仪表放大电路 输入和输出的 PSpice 的仿真结果如图 4 所示。从图中可以看出输入和输出满足了电压提升和放大的功能。 图4 信号输入和输出仿真图 3 滤波器的设计 输出的信号中混有常见的工频干扰，以及肌电、人体的温度和传感器表面的温差等造成得基线漂移，需要设计相应的滤波器将这些杂波信号滤 掉3。 滤波器的设计要求: (1)脉搏信
9、号频率主要的范围都集中在 10Hz 以下，为确保脉搏信号顺利通过，低通滤波器的上限截止频率要高于 10Hz。 (2)基线漂移的频率很低，为克服此低频干扰，高通滤波器的下限截止频率选择在 0.1Hz 。 低通滤波器和高通滤波器均采用二阶有源滤波器，具体的电路如图 5图 7 所示。 U6LF353/301/TI+3-2V+7V-4OUT6C10.1uR32112.5k0C20.1uC30.1uR33112.5k-4.5V+4.5V图5 截止频率为10Hz的低通滤波器 U7LF353/301/TI+3-2V+7V-4OUT6-4.5V+4.5VR34112.5k0C410uR35112.5kC510
10、u图6 截止频率为0.1Hz的高通滤波器 241第 32 卷 仪 器 仪 表 学 报 C70.1uC80.1uC90.1uU8LF353/301/TI+3-2V+7V-4OUT6-4.5V+4.5VR3631.8kR3731.8kC60.1uR3815.9k图7 50Hz陷波器 各种频率混叠的杂波信号经过低通滤波器、高通滤波器和 50Hz 陷波器后的 PSpice 仿真结果，如图 8 中的蓝色曲线所示4。 图8 杂波信号 PSpice仿真结果 4 结 论 本文对脉象的数字特征进行了研究，分别从采集样本建立满足研究需求的样本数据库、数据预处理、特征提取以及脉象5分类各个环节作了一些探索和改进。对采集到的脉搏信号进行电压提升，电压放大及电路的滤波的处理，使采集到的脉搏信号满足做下一步处理的要求。 参考文献 1 王化祥，张淑英. 传感器原理及应用M. 天津：天津大学出版社，2002. 2 王炳和，相敬林. 人体脉搏系统建模与脉搏信息处理方法研究. 西北工业大学博士论文.1999 3 刘迎春，叶湘滨. 传感器原理设计与应用. 长沙：国防科技大学出版社，2002 4 王丙和. 脉搏系统建摸与脉象信息分析的研究进展，生物医学工程学杂志，2002，19 5 杨洪明，杨绍戊. 脉理探邃. 北京: 中医古籍出版社， 2007 242
