心率检测系统的设计论文
心率检测系统的设计论文，ti杯电子设计大赛优秀论文右手接至低通前置放大电路滤波器输左手入端共模电压右腿驱动屏蔽动右腿退导联屏蔽线图2前置放人电路框图1)前賢放大调理针对心电信号高增益,高输入阻抗,高垬模抑訇比,低噪声,低漂移和合适带宽的采集要求,采用仪表放大器,以获得良好的综合性能。所以采用仪用放大器AD620只要用只外接电阻便可设置放大器的增益,增益G为494人R2)右腿驱动电路将右腿连接到一个辅助的运算放大器的输出端,把混杂于原始心电信号中的共模噪声提取出来,经过一级倒相放大后,再返回到人体,使它们相互叠加,从而减小人体共模干扰的绝对值,提高信噪比。本电路采用高精度运算放大器O217。通过这个负反馈结构,可大大抑制测量过程屮前置敚大器输入端共模电压的影响。此外,右腿驱动电路还可以提供电气上的安全性。3)屏蔽驱动电路屏蔽驱动器是一个同相电压跟随器,将放大器的输出端和屏蔽相连,将屏蔽线和地隔开,并且对于50Ⅳz的共模干扰信号来说,从人体输入的两路信号是相等的导联线和屏蔽线之间的电压差为0,从而消除了其间的电容,提高了输入电路的阻抗,降低人与地之间的漏电流。如图3所小220kTT1点2R图3带屏蔽驱动、右腿驱动的前置放大调理电路经过前置放大器后心电信号被放大的倍数为49.4KG=1+51IK∥(24.9K+24.9K)(2)高通滤波电路的设计电极与皮肤表面之间容易产生直流偏压,为了消除这部分的干扰,需要采取高通滤波电路图4所示予以滤除,其截止频率为≈0.5Hz2丌√RR,CC22x√22X×47K×101×10U4BQPZITT图4二阶高通滤波电路(3)低通滤波电路的设计噪声来源一类是各种电子设备辐射出的高频噪声,一类是市电的50z噪声。通常情况下后者影响尤为明显。对这些噪声的滤波需要用到滤波器。低通滤波器(电路图如图5)通常情况下截止频率选择在100Hz以下。低通截止频率为2兀√RR1CC42√24K×24K×0.047×Dm≈100H2T745TQP2171图5二阶低通滤波电路(4)50Hz陷波电路的设计为了去除人体或测试系统中产生的工频50Hz干扰34,需用带阻滤波器加以抑制。我们采用心电测量没备当前普煸采用的双T陷波电路滤除工频干扰,其参数计R算公式为:2可C其中f为滤去频率,如图6所小。USD图650Hz陷波电路(5)后置放大电路及抬升电路的设计因为wsP430F169模数转换器的范围为0~2.5V,所以要对采集的心电信号进行拾升如此在实现后置放大的过程中,既要考虑信号中平的提升,又要实现信号的放大。放大器芯片用INA217。具体电路如图7所示图7后置放大发抬升电路放大倍数为:G=110K10KRIK抬升电路有对放大信号拾升了1.25V(6)电源电路的设计电源电路的设计是由电平转换器760,线性调节器MX8511,电压基准REF3025及电池盒组成,如图8所示电源电路图8电源电路31.3元件的布局和PCB板的设计在PCB板中,包含多种类型的电路,为了避免各部分电路中信号相互耦合而生千扰,对不同类型的电路部分进行分离布局是PCB板设计的一个基本原则。各部分之间不仅应保持相当距离,还要分开走线。电源系统的布线包括电源线VDD和地线vSs的布线,是系统抗干扰的个重要部分。VDD和wSS应尽可能扩大面积,以防止因电磁能量较强而产生电磁干扰能量的发射,这也是保证高频信号到地之间具有低阻抗的措施3.2软件设计软件设计的关键是对MSP430F169的控制以及LCD显示。所有软件均采用C语言绽写。软件实现的功能是QRS波检测并算出心率,LCD显小波形以及SD卡存储3.2.1软件流程系统软件部分流程图9如下所示,开关按键按下后,屏幕显示L0GO图(江苏省TⅠ杯电子设计大赛),通过对各模块的初始化后,由中断定时服务实现对心电信号QRS波检测,心率计算,波形回放。系统初始化A/D采集LCG0显示N按键显示模块初始化
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汽车噪声与振动-理论与应用
汽车NVH领域的经典入门读物，引领进入汽车振动噪声研究的最佳选择。第一章管道声学(1.12)时,声压幅值达到最大,反节点的位子是:(1.13)驻波是由频率相同的向右传播的入射波和向左传播的反射波迭加而成。驻波并不是运动的波,而是静止的,这是“驻”波名称的由来。波表示管道中的声音的模态。对於长度一定的管道来说,由于有许多频率的波,因此也就有很多驻波。这里所提到的驻波是假设管壁刚硬,所冇声波遇到管壁时全部被反射回来。可是实际上,管端壁不是完全刚性,因此反射波的声压不完全等於入射波声压,因此在节点处,入射波和反射波不可能完全抵消。但是这些点处的声压大部分被抵消,声压最低。第二节管道声阻抗阻抗是指当对媒质受到压力或者搾动力时,媒质会对传播产生阻碍。管道中的声学阻抗Z,定义声压与质点体积速度的比值,即(1.14)式中,u,U和S分别是管道中的速度,体积速度和截面积。体积速度与质点速度的关系为:L=SL。声吝在管道內传播,当管道的截面积发生变化的时候,声阻抗也发生变化。图1.3是截面积变化的管道,在变截面的地方,由于阻抗发生变化,一部分入射波就会被发射回原来的管道而另一部分入射波会在新的截面管道中继续传播。抗性消音器的工作原就是基于这种阻抗的变化。声波从发动机出来并在进气或者排气系统中传播,当遇到消音元件或者截面积变化时,入射声波被反射回发动机声源,从而抑制声音的传播。进排气系统中声阻抗不匹配的情况主要有截面积变化,主管道中插入了其他管道(如旁支消音器等),管道开口通往大气等等图1.3截面积变化的管道进排气系统中管道的长度都是有限的。图1.4表小一个长度为L的管道。假改管道两端的声阻抗分别已知,即在=处,声阻抗为,在=处,声阻抗为由公式(1.6)和(1.9),可以得到管道中仟一点的声阻抗为管道声学图1.4长度为L的管道将=代入公式(1.15)中,得到该处的声阻抗为:将三代入公式(1.15)中,得到该处的声阻抗:公式(17)可以重新写成下面的形式18将方程(1.16)代入到方程(1.18中,消除和,就得到输入声阻抗和输出声阻抗的关系,如下第一章管道声学(1.20第三节管口封闭与管口敞廾声波从管道入口端发射出来,传播到尾端。管道尾端通常有两种情况,一种是开口的,如进气管口,排气尾管口;另一种是封口的,如四分之一波长管。下面就来分析这两种尾端的声学特征。1.开∏-封闭管道图1.5表示管道尾端封闭状况。声音在管道里问石传播,当声波碰到刚性的封闭端时,声波被全部反弹冋来,再向左传播管口封闭图1.5开凵封闭管道对一个刚性的封闭口来说,其声阻抗为无穷大,即>0,根据公式(1.19),得到:1.21)声阻抗可以写成下面的形式:(1.22)式中R和粉别是阻抗的实部和虚部,R为声阻,称为声抗。声阻取决于结构的材料特性,而声抗则取决」结构的儿何特性。当声抗为零的时候,结构就发生共振。公式(1.21)中的声阻抗也可以写成公式(1.22)那样的形式,为(1.23)上式如果满足下亩的条件:(1.24)即,那么这个开口-封闭管道就发生共振,其固有频率为:(1.25)当n-=1,2,3,.,时,分别对应著管道第·阶、第二阶、第三阶,,.,等阶次频率图1.6是管道声波的第一阶和第阶模态。这个声波在封闭端时,声压达大最大值,然后发射第一章管道声学到入口处,使得入口端的声压为零,即在开口端形成驻波节点。四分之一波长管就是应用这个原理来工作的。图1.6管道声波的第一阶模态(A)和第二阶模态(B)公式(1.25)可以转变为管道长度与波长的关系,表达如下1.26)当n=1时,管道的长度是波长的四分之,即:。所以这种开∏封闭的管道通常叫著四分之一泼长管2.开口开口答道图1.7为一个尾端开口的管」。声波从入口端向右传播进入开口端时,声音与大气产生声耦合。大气的辐射声阻抗会将一部分声波返回管口敞开图1.7开口-开口管道声波在尾端的声阻抗为周围坏境的声阻抗,也就是说这个声阻抗不为零。为了使问题简化起见,我们先假设这个阻抗为零,然后再对所得到的结构进行修正。如果在x=处的声阻抗为零,那么由公式(1.19)可以得到下式(1.27)同样,当这个声阻抗中的声抗为零的吋候,管道就发生共振,这时必须满足:即:这时,开口-开口管道的共振频率为:当n=1,2,3,,时,分别对应著管道第一阶、第二阶、第三阶,.,等阶次频率第一章管道声学图1.8是开口-开口管道声波的第一阶和第二阶模态。图1.8开口-开口管道的第一阶模态(A)和第二阶模态(B)公式(1.30)可以转变为管道长度与波长的关系,衣达如下(1.31)3.开口管道的修正在推导尾端廾口公式时,我们假设了出口周围坯境的声阻抗为零,但是实际上这个阻抗不为零,因此必须对公式(1.27-1.31)的结论做修止。对图1.9这样的开∏终端,被称为自由自由开口。该开口处的声阻抗为:等效管图1.9自山开口-开口修正管道山于管道的直径非常小,因此和都远远小于1。山公式(1.27)和(1.32)得到:(1.33)这样,管道内的频率为34)管道长度与波长的关系为(1.35这样管道的长度比声阻抗为零的时候要短些,也就是说好像有一根等效的延长管与原来的管道相连接。管道的计算长度就是实际管子长度加上等效延长管长度△即第一章管道声学(1.36有时侯,在出口管处还会加类似与法兰的结构,如图1.10所示。这时,有效延长管的长度为△实际管子的长度为:△式中是管子的计算长度发等效管图1.10法兰开口-开口修正管道第四节四端网终分析进气系统或者排气系统都是有很多管道和消音元件组成。分析整个系统往往是非常复杂的,但是如果将系统分解到一些小的段落,那么分析起来就相对容易些。得到了每个段落或者是每个部件的分析结果,然后将之合成起来就得到了整个系统的结果。四端网络分析就是这种分析方法,在管道声学分析中得到了广泛的应用。对於管道中一小段质量(如图1.11)来说,动力方程可以写成如下:(1.39)式中,S是管道的截面积,是这个小质量段的长度,和分别是质量端两边的压力图1.11管道中一小段质量的受力分析公式(1.39)可以表达为(1.40)第一章管道声学对这一小段质量来说,假设两边的速度是相等的,即将这公式(1.40)和(1.41)写成矩阵形式,得到:(1.42)公式(1.42)建立起这段小质量块两边的压力和速度的关系。管道中小段质量块后端的压力和速度可以用它前端的压力和速度来表示。也就是说质量块后端与前端之间建立起来一种传递关系。同样对一个长度为L的管道(如图1.4所示)也可以得到管道两端的传递关系。在=处的压力和速度可以通过公式(1.6)和(1.9)分别求得(1.13)由以上两式可以得到和,如下:45(1.46根据公式(6)和(9),在处的压力和速度分别为将公式(1.45)和(1.46)中和的表达式代入公式(1.47)和(1.48)之中,就得到管道入冂与出∏之间声压和速度之间的关系,为:+49将公式(1.49)和(1.50)写成如下的矩阵形式第一章管道声学这样就得到了管道两边的压力和速度的传递关系。公式(1.51)可以简单地写成如下形式式中,被称为传递矩阵。如果管道的传递矩阵知道,那么只要知道管道端的压力和速度,就可以通过传递矩阵算出另一端的压力和速度。在传递矩阵两边分别是两个输入参数和两个输出参数。这四个参数的关系由传递矩阵来确定,因此这种表达方式称为四端网络法。上面介绍了小段质量和长度为L的管道的传递矩阵表达方法。这种方法可以推广到任何一个声学元件,其输入端和输出端的声压和速度都可以用四端网络米表示。图1.12代表某个声学元件i。图1.12一个管道元件的四端网终图这个元件两边的压力和速度关系为式中是传递矩阵,是传递矩阵系数。汽车的进气系统包括进气管道、空气过滤器、赫耳姆兹消音器、四分之波长管等。排气系统包括排气多支管、催化器、谐振器、消音器和管道等。一个系统如果由N个元件组成。而且每个元件的传递矩阵都知道,那么出声口的声压和速度就可以用声源的声压和速度来表示如下形式:(1.54)式中的L1是系统的传递矩阵,如下形式(1.55)
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