PAGE畢業設計(論文)開題報告學生姓名：學號：專業：設計(論文)題目：帶1/f噪聲分析的心率計設計——硬件設計指導教師:年月日

畢業設計（論文）開題報告1．結合畢業設計（論文）課題情況，根據所查閱的文獻資料，每人撰寫2000字左右的文獻綜述文獻綜述一、研究背景和現狀1、什么是1/f噪聲？1/f噪聲是廣義噪聲的一種,它的最典型特征就是它的功率譜密度與頻率有著強烈的依附性,它表現在噪聲的功率譜密度與頻率成反比。其時間序列和頻譜如圖1所示例。[1]其功率譜S可表達為心律波動信號的1/f噪聲特性分析當人們對心電圖進行分析時,會發現在心電圖信號的頻譜中也包含有1/f噪聲的成分。并且1/f噪聲成分與心臟的健康程度有密切關系。如果心臟患有某種疾病,其1/f噪聲將發生畸變。這樣,通過對病人心電圖信號中1/f成分的幅型進行分析,再將結果與健康心臟的1/f噪聲的幅型進行比較,就可以預測可能存在的各種心臟病變。這種方法已經初步在臨床上得到應用。[1]畢業設計（論文）開題報告心律波動信號具有1/f噪聲特性，是非平穩的。該文采用平均功率譜密度方法，分析了基于平均功率譜密度和最小二乘擬合法求正常人和心臟充血患者的心律波動信號的譜參數，發現根據譜參數可以定量地區分正常人與心臟充血患者：大部分正常人的心律波動信號的譜參數大于1，而大部分心臟充血患者的心律波動信號的譜參數小于1，該結論可為心臟病的診斷與預診斷提供一種輔助手段。[2]3、采用反射式紅外光電傳感器來測量脈搏信號，都是根據測量值高于某個設定值是輸出高電平，低于這個設定值是就是低電平，這樣出來的就是方波就讓1/f噪聲就被忽視了。1/f噪聲主要在低頻（10-6Hz～105Hz）,所以需要可以測量低頻的傳感器，壓電加速度傳感器滿足這樣的要求，從壓電式傳感器的力學模型看，它具有“低通”特性，可測量極低頻的振動。壓電加速度傳感器可以測量約為0.1～1Hz左右頻段。所以可以保留脈搏中的1/f噪聲，以便在后面中處理和分析。心率及其變化是反映人體健康狀況的重要指示指標。比如靜息心率加快為高血壓的獨立危險因素，本研究分析了心率每加快1次/min以及每增加一個標準差（9次/min），高血壓的發病風險分別增加了0.8％和7.4％，進一步驗證了心率增加在高血壓發病中的重要作用。心率加快是交感神經興奮的表現。此外，一些研究也發現心率加快不僅使各種心血管疾病的發病風險增加，并且增加了心血管疾病死亡和全因死亡的風險。近年研究還發現，通過去腎交感神經術降低了交感神經活性后，心率降低的同時，一些難治性高血壓得到了改善。上述研究提示心率加快者未來發生高血壓風險增加的機制是交感神經興奮[3]。設計內容一、硬件設計信號處理模塊脈搏傳感器模塊心率測試儀主要由三大模塊組成：脈搏傳感器模塊、信號處理模塊、單片機控制模塊。傳感器模塊主要實現物理量到電量的轉換，信號處理模塊主要對傳感器的模擬信號進行處理，最后得到數字信號，單片機模塊主要讀取信號處理模塊脈搏傳感器模塊單片機控制模塊單片機控制模塊圖1

畢業設計（論文）開題報告1、脈搏傳感器模塊因為1/f噪聲是低頻噪聲，所以要選擇低頻振動傳感器，低頻振動測量有兩種方式：相對式和絕對式。①相對式振動測量光學測量，如干涉儀、光學多普勒測振儀、光電攝影技術等，都是相對式測量。相對式測量需要有靜止不動的基礎，這對心率測量是非常困難的和不人性化的。光學測量還要求比較嚴格的環境條件，儀器價格也高。②絕對式振動測量絕對式振動測量都是基于慣性質量-彈簧振動系統。根據其測量原理，是測量敏感質量塊余彈簧間的作用力，還是慣性質量塊余殼體間的相對運動，而分為低通型的加速計與高通型的速度傳感器。最后本設計選擇了壓電式加速度傳感器。壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計。它也屬于慣性式傳感器。它是利用某些物質如石英晶體的壓電效應，在加速度計受振時，質量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當被測振動頻率遠低于加速度計的固有頻率時，則力的變化與被測加速度成正比。壓電式加速度傳感器主要性能有靈敏度、頻率響應、重量。因為是用來測人體脈搏不可能很重，并且靈敏度要高，頻率響應要寬。最后確定YD1181型（靈敏度：100mv/g、重量：11g、頻率響應：0.5Hz-10000Hz），YD1181型傳感器為IEPE電壓輸出型壓電加速度傳感器，是將普通壓電加速度傳感器內部裝有電荷轉換電路，此時壓電加速度傳感器輸出的將不再是電荷量而是電壓量，傳感器輸出靈敏度由電荷靈敏度轉換為了電壓靈敏度，單位也由pC/米?秒-2轉換為V/米?秒-2表示。傳感器靈敏度通過歸一化調整，一致性好，通用性強。信號處理模塊壓電加速度傳感器的內阻很高，而且輸出的信號微弱，因此前置放大濾波電路有三個作用:一是將傳感器的高阻抗輸出變換成低阻抗輸出;二是將傳感器的微弱信號進行放大，三是將噪聲信號濾除掉。其電路主要分為以下幾個部分:①適調放大部分:作用是當被測非電量(加速度或壓力)一定時，用不同靈敏度的傳感器去測量時，有相同的輸出，以便處理記錄下來的圖形和數據。畢業設計（論文）開題報告②低通濾波部分:壓電加速度傳感器是一個若阻尼的振動系統，因此它的幅頻特性的高頻段有一個很高的共振峰，此峰值嚴重地引起了高頻噪聲，并對輸入信號產生失真和干擾。為此，需在放大器中采用低通濾波器，以補償傳感器引起的高頻幅頻特性。另外，在某些振動測試中，電荷放大器的通頻帶有時遠遠高于實際的需要，而無用的高頻頻帶的存在對低頻測試只會帶來壞的影響。所以在系統中就非常有必要采用低通濾波器，它只能讓低頻交流分量通過，使無用的高頻分量受到較大的衰減。③輸出放大部分:這部分電路包括兩個部分:高通濾波和同相電壓放大。因為在電荷轉換部分，當電阻一定時，在切換增益檔時，電路直流放大倍數變化很大，輸出零點跳動較大，并且為了減少直流漂移影響，所以在低通濾波器后面又加了一個高通濾波器，將直流部分去掉。[4]最后在前置放大濾波電路加一個A/D轉換電路，將模擬信號轉換數字信號給單片機。單片機控制模塊此部分電路主要由AT89C2051單片機、顯示器、12MHz的晶振電路以及復位電路等幾個部分組成。電路主要完成的工作是對于前面采集處理得到的脈搏信號進行計算和顯示。二、軟件設計整個程序主要由主程序、定時器T0中斷服務程序、外部中斷程序，延時子程序四個模塊組成。主程序主要實現程序的初始化，定時中斷程序主要由計時、動態顯示掃描、無測試信號判斷等部分組成，外部中斷服務程序主要由測量、計算、讀數等部分組成。畢業設計（論文）開題報告脈率計算開中斷顯示系統初始化主程序開始脈率計算開中斷顯示系統初始化主程序開始畢業設計（論文）任務書5．本畢業設計（論文）課題工作進度計劃：起迄日期2017年工作內容2月27日～3月7日準備材料，開題答辯3月8日～3月18日查閱資料，方案設計3月19日～3月25日進入相關實驗室，熟悉器件、設備和仿真軟件等。3月26日～5月4日設計單元電路，繪制印刷板圖，安裝，編寫軟件，聯調。5月5日～6月5日撰寫論文6月6日～6月10日6月14日～6月18日打印論文畢業答辯畢業設計（論文）開題報告指導教師意見：1．對“文獻綜述”的評語：2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測：年月日指導教師：所在專業審查意見：負責人：年月日畢業設計（論文）開題報告參考文獻[1]莊奕琪,馬中發,杜磊.1/f噪聲之謎[J].世界科技研究與發展,1999,(04):69-72.[2]曹坤勇,于盛林.心律波動信號的1/f噪聲特性分析[J].電子科技大學學報,2006,(05):833-836.[3]高競生,劉小雪,王安心,鄭曉明,吳云濤,趙海燕,趙曉紅,魏國清,吳壽嶺.靜息心率與新發高血壓的關系[J].中華高血壓雜志,2014,(04):347-352.[4]楊明莉.基于單片機的壓電加速度傳感器低頻信號采集系統的設計[D].安徽大學,2007.[5]朱國富，廖明濤，王博亮．袖珍式脈搏測量儀[J]．電子技術應用，1998，（1）：30-31[6]金觀昌，于淼，包乃堅．PVDF多點脈搏波計算機輔助測試系統研究[J]．清華大學學報，1999，39（8）：117-120．[7]劉希．基于USB2．0的多道生物醫學信號數據采集系統[D]．西安：西北工業大學碩士學位論文，2006．[8]夏維．嵌入式脈搏測量與分析系統研究[D]．武漢：武漢大學碩士學位論文，2004．[9]趙毅紅．脈搏數據