基于fpga的脉搏信号采集系统的制作方法
基于fpga的脉搏信号采集系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于FPGA的脉搏信号采集系统，包括脉搏传感器、信号调理电路、模数转换模块、FPGA、液晶显示屏和PC机；所述脉搏传感器用于脉搏信号转换为电信号；所述信号调理电路用于将电信号进行放大、滤波处理；所述模数转换模块用于将信号调理电路输出的电信号进转换成数字信号；所述FPGA用于接收模数转换模块输出的数字信号并进行相应处理，处理后的数据显示在液晶显示屏上，同时FPGA也将信号送入计算机进行进一步的分析和处理。本实用新型选用FPGA为主控芯片，可实时采集、处理和显示脉搏信号，同时可以将数据发送给PC机进行进一步处理。在脉搏信号的模拟处理设计中，综合采用了各种抗干扰措施，得到了清晰稳定的脉搏信号。
【专利说明】基于FPGA的脉搏信号采集系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于生物信号采集领域，特别涉及一种基于基于FPGA的脉搏信号采集系统。
【背景技术】
[0002]在医院临床监护以及日常的中老年保健中，脉搏是一项基本的生命指标，因而脉搏测量是最常见的生命特征的提取。
[0003]中医诊脉具有历史悠久，内容丰富的特点，但是和医生的经验、状态等有根本联系，所以带有很大的个人主观性，不是很客观。随着近年来科技的快速发展，诊脉客观化和智能化的研究也得到了一定的进步。在诊脉客观化的研究中，脉搏信息的获取是脉搏采集装置中最为重要的部分。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的就是提供一种基于FPGA的脉搏信号采集系统，该系统在脉搏信号的模拟处理设计中，综合采用了各种抗干扰措施，得到了清晰稳定的脉搏信号。
[0005]本实用新型的该目的是通过这样的技术方案实现的，基于FPGA的脉搏信号采集系统，包括脉搏传感器、信号调理电路、模数转换模块、FPGA、液晶显示屏和PC机；
[0006]所述脉搏传感器用于脉搏信号转换为电信号；
[0007]所述信号调理电路用于将电信号进行放大、滤波处理；
[0008]所述模数转换模块用于将信号调理电路输出的电信号进转换成数字信号；
[0009]所述FPGA用于接收模数转换模块输出的数字信号并进行相应处理，处理后的数据显示在液晶显示屏上，同时FPGA也将信号送入计算机进行进一步的分析和处理。
[0010]进一步，所述信号调理电路包括依次连接的前置放大电路、滤波电路和50Hz陷波电路；
[0011]所述前置放大电路用于对脉搏传感器的输出信号进行放大；
[0012]所述滤波电路用于前置放大电路的输出信号进行滤波处理；
[0013]所述50Hz陷波电路用于对滤波电路的输出信号进行滤波处理。
[0014]进一步，所述前置放大电路包括差分放大器AD620，所述差分放大器AD620的管脚I与管脚8经过第十二电阻连接；管脚7接电源并接对地的第十二电容；管脚2接脉搏传感器采集到的电压信号；管脚3接第一电容且其与第一电容的公共端接对地第十一电阻；管脚5接地，管脚4经第十三电容接地，管脚6作为输出端与滤波电路的输入端连接。
[0015]进一步，所述滤波电路包括高通滤波电路和二阶低通滤波电路，所述高通滤波电路包括八阶压控电压高通滤波器由四个二阶压控电压源和第一 LM324及其第一 LM324的外围电路构成；所述二阶压控电压源包括第二 LM324、第二电容、第三电容、第四电阻、第五电阻；所述第二电容的一端与第三电容的一端连接，第三电容的另一端与第二 LM324的正向输入端连接，第二电容的另一端与前置放大电路的输出端连接；所述第二电容和第三电容的公共端经第四电阻与第二 LM324的输出端连接，第二 LM324的正向输入端与第三电容的公共端与第五电阻连接，第二 LM324的反向输入端与第二 LM324的输出端连接，第二 LM324的输出端与下一个二阶压控电压源的输入端连接；所述第五电阻与第一 LM324的输出端连接，第一 LM324的反向输入与第一 LM324的输出端连接，第一 LM324的正向输入端经第十三电阻与电源连接，所述第一 LM324的正向输入端与第十三电阻的公共端分别接对地的第十电容、对地的第i^一电容和对地的第十二电阻；
[0016]所述二阶低通滤波电路包括第三LM324、第二十电阻、第十四电阻、第十四电容和第十五电容；所述第二十电阻的一端与八阶压控电压高通滤波器的输出端连接，所述第二十电阻的另一端经第十四电阻与第三LM324的正向输入端连接，所述第三LM324的反向输入端与第三LM324的输出端连接，所述第二十电阻与第十四电阻的公共端经第十四电容与第三LM324的输出端连接，所述第十四电阻与第三LM324的公共端接对地第十五电容。
[0017]进一步，所述50Hz陷波电路包括第四LM324、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第十六电容、第十七电容和第十八电容；二阶低通滤波电路的输出信号分两路，一路依次经第十六电容、第十七电容与第四LM324的正向输入端连接，另一路依次经第十五电阻、第十六电阻与第四LM324的正向输入端连接，第十六电容与第十七电容的公共端经第十七电阻与LM324的输出端连接，所述第十五电阻与第十六电阻的公共端经第十八电容接地，所述第四LM324的反向输入端经第十九电阻与第四LM324的输出端连接，第十九电阻与第四LM324的公共端接对地第十八电阻。
[0018]由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下的优点:
[0019]本实用新型选用FPGA为主控芯片，可实时采集、处理和显示脉搏信号，同时可以将数据发送给PC机进行进一步处理。在脉搏信号的模拟处理设计中，综合采用了各种抗干扰措施，得到了清晰稳定的脉搏信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]本实用新型的【专利附图】
【附图说明】如下。
[0021]图1为系统总体框图；
[0022]图2为前置放大电路图；
[0023]图3为高通滤波器电路图；
[0024]图4为二阶低通滤波器；
[0025]图5为50Hz陷波器电路图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0027]图1示出了基于FPGA的脉搏信号采集系统的系统框图，所述的脉搏信号采集系统包括，脉搏传感器、信号调理电路、模数转换模块、FPGA、液晶显示屏和PC机，所述脉搏传感器用于脉搏信号转换为电信号；
[0028]所述信号调理电路用于将电信号进行放大、滤波处理；
[0029]所述模数转换模块用于将信号调理电路输出的电信号进转换成数字信号；
[0030]所述FPGA用于接收模数转换模块输出的数字信号并进行相应处理，处理后的数据显示在液晶显示屏上，同时FPGA也将信号送入计算机进行进一步的分析和处理。
[0031]在本实用新型中，由于脉搏信息中最为重要的是各种与力相关的综合信息，所以采用的是最新的研究成果PVDF压电聚合物传感器，该传感器在其厚度方向上伸缩振动的谐振频率很高，能在较宽的范围内具有较平坦的频率响应，能够完全感测到微弱而且频率低的人体脉搏信号。
[0032]所述信号调理电路包括依次连接的前置放大电路、滤波电路和50Hz陷波电路；
[0033]所述前置放大电路用于对脉搏传感器的输出信号进行放大；
[0034]所述滤波电路用于前置放大电路的输出信号进行滤波处理；
[0035]所述50Hz陷波电路用于对滤波电路的输出信号进行滤波处理。
[0036]由于脉搏传感器输出的信号一般在0_5mV之间，不能用作后续的处理，所以必须使用放大电路对其进行放大处理。其中前置放大是本系统的关键环节，该电路性能的好坏会直接影响到系统最后的分析处理结果。在本系统中选用AD620集成运算放大器设计了前置放大电路，如图2所示即为前置放大电路图。
[0037]所述前置放大电路包括差分放大器AD620，所述差分放大器AD620的管脚I与管脚8经过第十二电阻连接；管脚7接电源并接对地的第十二电容；管脚2接脉搏传感器采集到的电压信号；管脚3接第一电容Cl且其与第一电容Cl的公共端接对地第i^一电阻RlO ;管脚5接地，管脚4经第十三电容C13接地，管脚6作为输出端与滤波电路的输入端连接。
[0038]放大电路输出的信号中除了夹杂着不少的工频干扰外，还有很多低频分量，比如呼吸噪音、传感器和皮肤的摩擦声、放大器的失调漂移等，不仅会导致信号被淹没，而且不利于后续的处理。所以，在实用新型采用了一个高通滤电路来滤除这些干扰，高通滤波电路的截止频率为0.8Hz，如图3所示即为高通滤波器电路图。
[0039]所述滤波电路包括高通滤波电路和二阶低通滤波电路，所述高通滤波电路包括八阶压控电压高通滤波器由四个二阶压控电压源和第一 LM324及其第一 LM324的外围电路构成；所述二阶压控电压源包括第二LM324、第二电容C2、第三电容C3、第四电阻R4、第五电阻R5 ;所述第二电容C2的一端与第三电容C3的一端连接，第三电容C3的另一端与第二LM324的正向输入端连接，第二电容C2的另一端与前置放大电路的输出端连接；所述第二电容C2和第三电容C3的公共端经第四电阻R4与第二 LM324的输出端连接，第二 LM324的正向输入端与第三电容C3的公共端与第五电阻R5连接，第二 LM324的反向输入端与第二 LM324的输出端连接，第二 LM324的输出端与下一个二阶压控电压源的输入端连接；所述第五电阻R5与第一 LM324的输出端连接，第一 LM324的反向输入与第一 LM324的输出端连接，第一 LM324的正向输入端经第十三电阻R13与电源连接，所述第一 LM324的正向输入端与第十三电阻Rl3的公共端分别接对地的第十电容ClO、对地的第i^一电容Cl I和对地的第十二电阻R12 ；
[0040]从高通滤波器电路中出来的信号，还混有较高频率的干扰信号，为了达到较好的效果，所以在高通滤波器后面又加了一个由2个二阶低通滤波电路组成的四阶低通滤波电路，用来滤除高频噪声和干扰信号，如图4即为二阶低通滤波器。
[0041]所述二阶低通滤波电路包括第三LM324、第二十电阻R20、第十四电阻R14、第十四电容C14和第十五电容C15 ;所述第二十电阻R20的一端与八阶压控电压高通滤波器的输出端连接，所述第二十电阻R20的另一端经第十四电阻R14与第三LM324的正向输入端连接，所述第三LM324的反向输入端与第三LM324的输出端连接，所述第二十电阻R20与第十四电阻R14的公共端经第十四电容C14与第三LM324的输出端连接，所述第十四电阻R14与第三LM324的公共端接对地第十五电容C15。
[0042]由于我国的市电是频率为50Hz的交流电,虽然经过一系列的变换后供系统使用，但是电源仍然有一定的纹波，这种由纹波对系统电路产生的干扰被称为工频干扰。所以本设计采用一个低通滤波器和一个高通滤波器并联产生的双T陷波器，来消除工频干扰，如图5即为50Hz陷波器电路图。
[0043]所述50Hz陷波电路包括第四LM324、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第十六电容C16、第十七电容C17和第十八电容C18 ；二阶低通滤波电路的输出信号分两路，一路依次经第十六电容C16、第十七电容C17与第四LM324的正向输入端连接，另一路依次经第十五电阻R15、第十六电阻R16与第四LM324的正向输入端连接，第十六电容R16与第十七电容R17的公共端经第十七电阻R17与LM324的输出端连接，所述第十五电阻R15与第十六电阻R16的公共端经第十八电容R18接地，所述第四LM324的反向输入端经第十九电阻R19与第四LM324的输出端连接，第十九电阻R19与第四LM324的公共端接对地第十八电阻R18。
[0044]由PVDF传感器检测的信号经信号调理电路的处理后，需要模数转换器转换为数字信号才可送入FPGA进行处理，本设计中采用AD1674进行模数转换。
[0045]本实用新型在工作时，脉搏传感器可将微弱的脉搏信号经过转换为微弱的电信号，再经过信号调理电路，信号调理电路的作用是把接收到的模拟电压信号进行一系列的放大、滤波等处理。之后把调理电路输出的模拟信号送往A/D转换器进行模数转换，然后再送入FPGA进行相应的处理后将数据显示在显示屏上，同时也将信号送入计算机进行进一步的分析和处理。
[0046]本实用新型选用FPGA为主控芯片，可实时采集、处理和显示脉搏信号，同时可以将数据发送给PC机进行进一步处理。在脉搏信号的模拟处理设计中，综合采用了各种抗干扰措施，得到了清晰稳定的脉搏信号。
[0047]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.基于FPGA的脉搏信号采集系统，其特征在于:包括脉搏传感器、信号调理电路、模数转换模块、FPGA、液晶显示屏和PC机； 所述脉搏传感器用于脉搏信号转换为电信号； 所述信号调理电路用于将电信号进行放大、滤波处理； 所述模数转换模块用于将信号调理电路输出的电信号进转换成数字信号； 所述FPGA用于接收模数转换模块输出的数字信号并进行相应处理，处理后的数据显示在液晶显示屏上，同时FPGA也将信号送入计算机进行进一步的分析和处理。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的脉搏信号采集系统，其特征在于:所述信号调理电路包括依次连接的前置放大电路、滤波电路和50Hz陷波电路； 所述前置放大电路用于对脉搏传感器的输出信号进行放大； 所述滤波电路用于前置放大电路的输出信号进行滤波处理； 所述50Hz陷波电路用于对滤波电路的输出信号进行滤波处理。
3.根据权利要求2所述的基于FPGA的脉搏信号采集系统，其特征在于:所述前置放大电路包括差分放大器AD620，所述差分放大器AD620的管脚I与管脚8经过第十二电阻连接；管脚7接电源并接对地的第十二电容；管脚2接脉搏传感器采集到的电压信号；管脚3接第一电容且其与第一电容的公共端接对地第i^一电阻；管脚5接地，管脚4经第十三电容接地，管脚6作为输出端与滤波电路的输入端连接。
4.根据权利要求2所述的基于FPGA的脉搏信号采集系统，其特征在于:所述滤波电路包括高通滤波电路和二阶低通滤波电路，所述高通滤波电路包括八阶压控电压高通滤波器由四个二阶压控电压源和第一 LM324及其第一 LM324的外围电路构成；所述二阶压控电压源包括第二 LM324、第二电容、第三电容、第四电阻、第五电阻；所述第二电容的一端与第三电容的一端连接，第三电容的另一端与第二 LM324的正向输入端连接，第二电容的另一端与前置放大电路的输出端连接；所述第二电容和第三电容的公共端经第四电阻与第二LM324的输出端连接，第二 LM324的正向输入端与第三电容的公共端与第五电阻连接，第二LM324的反向输入端与第二 LM324的输出端连接，第二 LM324的输出端与下一个二阶压控电压源的输入端连接；所述第五电阻与第一 LM324的输出端连接,第一 LM324的反向输入与第一 LM324的输出端连接，第一 LM324的正向输入端经第十三电阻与电源连接，所述第一LM324的正向输入端与第十三电阻的公共端分别接对地的第十电容、对地的第i^一电容和对地的第十二电阻； 所述二阶低通滤波电路包括第三LM324、第二十电阻、第十四电阻、第十四电容和第十五电容；所述第二十电阻的一端与八阶压控电压高通滤波器的输出端连接，所述第二十电阻的另一端经第十四电阻与第三LM324的正向输入端连接，所述第三LM324的反向输入端与第三LM324的输出端连接，所述第二十电阻与第十四电阻的公共端经第十四电容与第三LM324的输出端连接，所述第十四电阻与第三LM324的公共端接对地第十五电容。
5.根据权利要求2所述的所述的基于FPGA的脉搏信号采集系统，其特征在于:所述50Hz陷波电路包括第四LM324、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第十六电容、第十七电容和第十八电容；二阶低通滤波电路的输出信号分两路，一路依次经第十六电容、第十七电容与第四LM324的正向输入端连接，另一路依次经第十五电阻、第十六电阻与第四LM324的正向输入端连接，第十六电容与第十七电容的公共端经第十七电阻与LM324的输出端连接，所述第十五电阻与第十六电阻的公共端经第十八电容接地，所述第四LM324的反向输入端经第十九电阻与第四LM324的输出端连接，第十九电阻与第四LM324的公共端接对地第十八电阻。
【文档编号】A61B5/02GK204091957SQ201420413272
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】王涛, 刘文博 申请人:西北民族大学, 王涛, 刘文博
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于FPGA的脉搏信号采集系统，包括脉搏传感器、信号调理电路、模数转换模块、FPGA、液晶显示屏和PC机；所述脉搏传感器用于脉搏信号转换为电信号；所述信号调理电路用于将电信号进行放大、滤波处理；所述模数转换模块用于将信号调理电路输出的电信号进转换成数字信号；所述FPGA用于接收模数转换模块输出的数字信号并进行相应处理，处理后的数据显示在液晶显示屏上，同时FPGA也将信号送入计算机进行进一步的分析和处理。本实用新型选用FPGA为主控芯片，可实时采集、处理和显示脉搏信号，同时可以将数据发送给PC机进行进一步处理。在脉搏信号的模拟处理设计中，综合采用了各种抗干扰措施，得到了清晰稳定的脉搏信号。
【专利说明】基于FPGA的脉搏信号采集系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于生物信号采集领域，特别涉及一种基于基于FPGA的脉搏信号采集系统。
【背景技术】
[0002]在医院临床监护以及日常的中老年保健中，脉搏是一项基本的生命指标，因而脉搏测量是最常见的生命特征的提取。
[0003]中医诊脉具有历史悠久，内容丰富的特点，但是和医生的经验、状态等有根本联系，所以带有很大的个人主观性，不是很客观。随着近年来科技的快速发展，诊脉客观化和智能化的研究也得到了一定的进步。在诊脉客观化的研究中，脉搏信息的获取是脉搏采集装置中最为重要的部分。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的就是提供一种基于FPGA的脉搏信号采集系统，该系统在脉搏信号的模拟处理设计中，综合采用了各种抗干扰措施，得到了清晰稳定的脉搏信号。
[0005]本实用新型的该目的是通过这样的技术方案实现的，基于FPGA的脉搏信号采集系统，包括脉搏传感器、信号调理电路、模数转换模块、FPGA、液晶显示屏和PC机；
[0006]所述脉搏传感器用于脉搏信号转换为电信号；
[0007]所述信号调理电路用于将电信号进行放大、滤波处理；
[0008]所述模数转换模块用于将信号调理电路输出的电信号进转换成数字信号；
[0009]所述FPGA用于接收模数转换模块输出的数字信号并进行相应处理，处理后的数据显示在液晶显示屏上，同时FPGA也将信号送入计算机进行进一步的分析和处理。
[0010]进一步，所述信号调理电路包括依次连接的前置放大电路、滤波电路和50Hz陷波电路；
[0011]所述前置放大电路用于对脉搏传感器的输出信号进行放大；
[0012]所述滤波电路用于前置放大电路的输出信号进行滤波处理；
[0013]所述50Hz陷波电路用于对滤波电路的输出信号进行滤波处理。
[0014]进一步，所述前置放大电路包括差分放大器AD620，所述差分放大器AD620的管脚I与管脚8经过第十二电阻连接；管脚7接电源并接对地的第十二电容；管脚2接脉搏传感器采集到的电压信号；管脚3接第一电容且其与第一电容的公共端接对地第十一电阻；管脚5接地，管脚4经第十三电容接地，管脚6作为输出端与滤波电路的输入端连接。
[0015]进一步，所述滤波电路包括高通滤波电路和二阶低通滤波电路，所述高通滤波电路包括八阶压控电压高通滤波器由四个二阶压控电压源和第一 LM324及其第一 LM324的外围电路构成；所述二阶压控电压源包括第二 LM324、第二电容、第三电容、第四电阻、第五电阻；所述第二电容的一端与第三电容的一端连接，第三电容的另一端与第二 LM324的正向输入端连接，第二电容的另一端与前置放大电路的输出端连接；所述第二电容和第三电容的公共端经第四电阻与第二 LM324的输出端连接，第二 LM324的正向输入端与第三电容的公共端与第五电阻连接，第二 LM324的反向输入端与第二 LM324的输出端连接，第二 LM324的输出端与下一个二阶压控电压源的输入端连接；所述第五电阻与第一 LM324的输出端连接，第一 LM324的反向输入与第一 LM324的输出端连接，第一 LM324的正向输入端经第十三电阻与电源连接，所述第一 LM324的正向输入端与第十三电阻的公共端分别接对地的第十电容、对地的第i^一电容和对地的第十二电阻；
[0016]所述二阶低通滤波电路包括第三LM324、第二十电阻、第十四电阻、第十四电容和第十五电容；所述第二十电阻的一端与八阶压控电压高通滤波器的输出端连接，所述第二十电阻的另一端经第十四电阻与第三LM324的正向输入端连接，所述第三LM324的反向输入端与第三LM324的输出端连接，所述第二十电阻与第十四电阻的公共端经第十四电容与第三LM324的输出端连接，所述第十四电阻与第三LM324的公共端接对地第十五电容。
[0017]进一步，所述50Hz陷波电路包括第四LM324、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第十六电容、第十七电容和第十八电容；二阶低通滤波电路的输出信号分两路，一路依次经第十六电容、第十七电容与第四LM324的正向输入端连接，另一路依次经第十五电阻、第十六电阻与第四LM324的正向输入端连接，第十六电容与第十七电容的公共端经第十七电阻与LM324的输出端连接，所述第十五电阻与第十六电阻的公共端经第十八电容接地，所述第四LM324的反向输入端经第十九电阻与第四LM324的输出端连接，第十九电阻与第四LM324的公共端接对地第十八电阻。
[0018]由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下的优点:
[0019]本实用新型选用FPGA为主控芯片，可实时采集、处理和显示脉搏信号，同时可以将数据发送给PC机进行进一步处理。在脉搏信号的模拟处理设计中，综合采用了各种抗干扰措施，得到了清晰稳定的脉搏信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]本实用新型的【专利附图】
【附图说明】如下。
[0021]图1为系统总体框图；
[0022]图2为前置放大电路图；
[0023]图3为高通滤波器电路图；
[0024]图4为二阶低通滤波器；
[0025]图5为50Hz陷波器电路图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0027]图1示出了基于FPGA的脉搏信号采集系统的系统框图，所述的脉搏信号采集系统包括，脉搏传感器、信号调理电路、模数转换模块、FPGA、液晶显示屏和PC机，所述脉搏传感器用于脉搏信号转换为电信号；
[0028]所述信号调理电路用于将电信号进行放大、滤波处理；
[0029]所述模数转换模块用于将信号调理电路输出的电信号进转换成数字信号；
[0030]所述FPGA用于接收模数转换模块输出的数字信号并进行相应处理，处理后的数据显示在液晶显示屏上，同时FPGA也将信号送入计算机进行进一步的分析和处理。
[0031]在本实用新型中，由于脉搏信息中最为重要的是各种与力相关的综合信息，所以采用的是最新的研究成果PVDF压电聚合物传感器，该传感器在其厚度方向上伸缩振动的谐振频率很高，能在较宽的范围内具有较平坦的频率响应，能够完全感测到微弱而且频率低的人体脉搏信号。
[0032]所述信号调理电路包括依次连接的前置放大电路、滤波电路和50Hz陷波电路；
[0033]所述前置放大电路用于对脉搏传感器的输出信号进行放大；
[0034]所述滤波电路用于前置放大电路的输出信号进行滤波处理；
[0035]所述50Hz陷波电路用于对滤波电路的输出信号进行滤波处理。
[0036]由于脉搏传感器输出的信号一般在0_5mV之间，不能用作后续的处理，所以必须使用放大电路对其进行放大处理。其中前置放大是本系统的关键环节，该电路性能的好坏会直接影响到系统最后的分析处理结果。在本系统中选用AD620集成运算放大器设计了前置放大电路，如图2所示即为前置放大电路图。
[0037]所述前置放大电路包括差分放大器AD620，所述差分放大器AD620的管脚I与管脚8经过第十二电阻连接；管脚7接电源并接对地的第十二电容；管脚2接脉搏传感器采集到的电压信号；管脚3接第一电容Cl且其与第一电容Cl的公共端接对地第i^一电阻RlO ;管脚5接地，管脚4经第十三电容C13接地，管脚6作为输出端与滤波电路的输入端连接。
[0038]放大电路输出的信号中除了夹杂着不少的工频干扰外，还有很多低频分量，比如呼吸噪音、传感器和皮肤的摩擦声、放大器的失调漂移等，不仅会导致信号被淹没，而且不利于后续的处理。所以，在实用新型采用了一个高通滤电路来滤除这些干扰，高通滤波电路的截止频率为0.8Hz，如图3所示即为高通滤波器电路图。
[0039]所述滤波电路包括高通滤波电路和二阶低通滤波电路，所述高通滤波电路包括八阶压控电压高通滤波器由四个二阶压控电压源和第一 LM324及其第一 LM324的外围电路构成；所述二阶压控电压源包括第二LM324、第二电容C2、第三电容C3、第四电阻R4、第五电阻R5 ;所述第二电容C2的一端与第三电容C3的一端连接，第三电容C3的另一端与第二LM324的正向输入端连接，第二电容C2的另一端与前置放大电路的输出端连接；所述第二电容C2和第三电容C3的公共端经第四电阻R4与第二 LM324的输出端连接，第二 LM324的正向输入端与第三电容C3的公共端与第五电阻R5连接，第二 LM324的反向输入端与第二 LM324的输出端连接，第二 LM324的输出端与下一个二阶压控电压源的输入端连接；所述第五电阻R5与第一 LM324的输出端连接，第一 LM324的反向输入与第一 LM324的输出端连接，第一 LM324的正向输入端经第十三电阻R13与电源连接，所述第一 LM324的正向输入端与第十三电阻Rl3的公共端分别接对地的第十电容ClO、对地的第i^一电容Cl I和对地的第十二电阻R12 ；
[0040]从高通滤波器电路中出来的信号，还混有较高频率的干扰信号，为了达到较好的效果，所以在高通滤波器后面又加了一个由2个二阶低通滤波电路组成的四阶低通滤波电路，用来滤除高频噪声和干扰信号，如图4即为二阶低通滤波器。
[0041]所述二阶低通滤波电路包括第三LM324、第二十电阻R20、第十四电阻R14、第十四电容C14和第十五电容C15 ;所述第二十电阻R20的一端与八阶压控电压高通滤波器的输出端连接，所述第二十电阻R20的另一端经第十四电阻R14与第三LM324的正向输入端连接，所述第三LM324的反向输入端与第三LM324的输出端连接，所述第二十电阻R20与第十四电阻R14的公共端经第十四电容C14与第三LM324的输出端连接，所述第十四电阻R14与第三LM324的公共端接对地第十五电容C15。
[0042]由于我国的市电是频率为50Hz的交流电,虽然经过一系列的变换后供系统使用，但是电源仍然有一定的纹波，这种由纹波对系统电路产生的干扰被称为工频干扰。所以本设计采用一个低通滤波器和一个高通滤波器并联产生的双T陷波器，来消除工频干扰，如图5即为50Hz陷波器电路图。
[0043]所述50Hz陷波电路包括第四LM324、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第十六电容C16、第十七电容C17和第十八电容C18 ；二阶低通滤波电路的输出信号分两路，一路依次经第十六电容C16、第十七电容C17与第四LM324的正向输入端连接，另一路依次经第十五电阻R15、第十六电阻R16与第四LM324的正向输入端连接，第十六电容R16与第十七电容R17的公共端经第十七电阻R17与LM324的输出端连接，所述第十五电阻R15与第十六电阻R16的公共端经第十八电容R18接地，所述第四LM324的反向输入端经第十九电阻R19与第四LM324的输出端连接，第十九电阻R19与第四LM324的公共端接对地第十八电阻R18。
[0044]由PVDF传感器检测的信号经信号调理电路的处理后，需要模数转换器转换为数字信号才可送入FPGA进行处理，本设计中采用AD1674进行模数转换。
[0045]本实用新型在工作时，脉搏传感器可将微弱的脉搏信号经过转换为微弱的电信号，再经过信号调理电路，信号调理电路的作用是把接收到的模拟电压信号进行一系列的放大、滤波等处理。之后把调理电路输出的模拟信号送往A/D转换器进行模数转换，然后再送入FPGA进行相应的处理后将数据显示在显示屏上，同时也将信号送入计算机进行进一步的分析和处理。
[0046]本实用新型选用FPGA为主控芯片，可实时采集、处理和显示脉搏信号，同时可以将数据发送给PC机进行进一步处理。在脉搏信号的模拟处理设计中，综合采用了各种抗干扰措施，得到了清晰稳定的脉搏信号。
[0047]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.基于FPGA的脉搏信号采集系统，其特征在于:包括脉搏传感器、信号调理电路、模数转换模块、FPGA、液晶显示屏和PC机； 所述脉搏传感器用于脉搏信号转换为电信号； 所述信号调理电路用于将电信号进行放大、滤波处理； 所述模数转换模块用于将信号调理电路输出的电信号进转换成数字信号； 所述FPGA用于接收模数转换模块输出的数字信号并进行相应处理，处理后的数据显示在液晶显示屏上，同时FPGA也将信号送入计算机进行进一步的分析和处理。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的脉搏信号采集系统，其特征在于:所述信号调理电路包括依次连接的前置放大电路、滤波电路和50Hz陷波电路； 所述前置放大电路用于对脉搏传感器的输出信号进行放大； 所述滤波电路用于前置放大电路的输出信号进行滤波处理； 所述50Hz陷波电路用于对滤波电路的输出信号进行滤波处理。
3.根据权利要求2所述的基于FPGA的脉搏信号采集系统，其特征在于:所述前置放大电路包括差分放大器AD620，所述差分放大器AD620的管脚I与管脚8经过第十二电阻连接；管脚7接电源并接对地的第十二电容；管脚2接脉搏传感器采集到的电压信号；管脚3接第一电容且其与第一电容的公共端接对地第i^一电阻；管脚5接地，管脚4经第十三电容接地，管脚6作为输出端与滤波电路的输入端连接。
4.根据权利要求2所述的基于FPGA的脉搏信号采集系统，其特征在于:所述滤波电路包括高通滤波电路和二阶低通滤波电路，所述高通滤波电路包括八阶压控电压高通滤波器由四个二阶压控电压源和第一 LM324及其第一 LM324的外围电路构成；所述二阶压控电压源包括第二 LM324、第二电容、第三电容、第四电阻、第五电阻；所述第二电容的一端与第三电容的一端连接，第三电容的另一端与第二 LM324的正向输入端连接，第二电容的另一端与前置放大电路的输出端连接；所述第二电容和第三电容的公共端经第四电阻与第二LM324的输出端连接，第二 LM324的正向输入端与第三电容的公共端与第五电阻连接，第二LM324的反向输入端与第二 LM324的输出端连接，第二 LM324的输出端与下一个二阶压控电压源的输入端连接；所述第五电阻与第一 LM324的输出端连接,第一 LM324的反向输入与第一 LM324的输出端连接，第一 LM324的正向输入端经第十三电阻与电源连接，所述第一LM324的正向输入端与第十三电阻的公共端分别接对地的第十电容、对地的第i^一电容和对地的第十二电阻； 所述二阶低通滤波电路包括第三LM324、第二十电阻、第十四电阻、第十四电容和第十五电容；所述第二十电阻的一端与八阶压控电压高通滤波器的输出端连接，所述第二十电阻的另一端经第十四电阻与第三LM324的正向输入端连接，所述第三LM324的反向输入端与第三LM324的输出端连接，所述第二十电阻与第十四电阻的公共端经第十四电容与第三LM324的输出端连接，所述第十四电阻与第三LM324的公共端接对地第十五电容。
5.根据权利要求2所述的所述的基于FPGA的脉搏信号采集系统，其特征在于:所述50Hz陷波电路包括第四LM324、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第十六电容、第十七电容和第十八电容；二阶低通滤波电路的输出信号分两路，一路依次经第十六电容、第十七电容与第四LM324的正向输入端连接，另一路依次经第十五电阻、第十六电阻与第四LM324的正向输入端连接，第十六电容与第十七电容的公共端经第十七电阻与LM324的输出端连接，所述第十五电阻与第十六电阻的公共端经第十八电容接地，所述第四LM324的反向输入端经第十九电阻与第四LM324的输出端连接，第十九电阻与第四LM324的公共端接对地第十八电阻。
【文档编号】A61B5/02GK204091957SQ201420413272
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】王涛, 刘文博 申请人:西北民族大学, 王涛, 刘文博
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