红外线心率计设计.pdf

序言现在的社会，人们越来越关注自己身体健康，然而人体就像一台热机一样需 要时常包养和维修。如果把人比作一辆汽车，汽车最重要的部件是发动机，如果 一辆汽车的发动机出了问题，可想而知这辆车也就废了，那么和汽车相比人体的 哪个部位相当于车得发动机呢？大家一定可以毫无疑问的说是心脏。正常人的心 脏每时每刻都是在跳的，从心跳的快慢就能大概反映出心脏是否健康，可见心率 的测量对于人的健康是十分重要的。那么本设计就是基于这样一种社会形式下，为了能准确测出人的心率而应运而生的，但是由于资金有限等问题，本设计并不 是做的有多么先进，只能完成心率的初步测量，但误差还是可以做到很小的，而 且有性能稳定，价格低廉等优点。本设计就是通过红外线传感器检测出手指中动脉血管的微弱波动由计 数器计算出每分钟波动的次数。但手指中的毛细血管的波动是很微弱的，因此 需要一个高放大倍数且低噪声的放大器“I这是红外线心率计的设计关键所在。通过本产品的制作，可以掌握常川模拟、数字集成电路（运算放大器、非门、555 定时器、计数器、译码器等）的应用叫。本设计的制作贴近大众生活，且设计原理通俗易懂，所需的元器件很容易获 得，还能培养学生的收集加工各种信息与获取新知识的能力，并能使学生进一步 巩固加深所学的基本理论、基本技能和专业知识，使之更加系统化、综合化。但是本设计最后还是存在一些弊端，比如说对于手指对于传感器的力度，这 个问题是本设计的最大的一个问题，希望在以后的设计中能够选用到更加稳定的 器件以改善设计的精确度和稳定性，把该这方面的设计做的更加的完美。第一章设计要求与方案1.1设计要求川红外光电传感器设计心率检测器，具体要求如下：(1)心率计要在30秒钟内显示被测人的心率参数(2)要求川发光二极管的闪烁反应心跳的频率(3)传感器要求川手指测量时的力度把握1.2设计方案现在经常可以看到在许多小型医院里，对心率的测定仍采川人工听诊器的方 式，为了方便心率的采集，决定川一系列硬件来制作一个简单易川的心率计，能 自动测量心跳次数并数字化形象直观的表现出来。为此，其中心率计特色功能的 实现主要靠有效稳定的信号采集模式，可以通过查阅资料发现主要的心率采集有 两种方法：通过红外光电传感器实现和通过压电陶瓷芯片实现。方案一：随着心脏的搏动，人体手指中动脉血管的微弱波动也随之改变，川 传感器检测这样的微弱信号。这种现象在人体组织较薄的手指尖、耳垂等部位最 为明显。因此，本心率计将红外发光二极管产生的红外线照射到人体的上述位置,发射管将信号传送到另一侧的红外光电接收管来检测机人体心率波动并把它转化 为电信号。由于此信号的频率与人体每分钟的脉搏次数成正比，故只要把它转换 成脉冲并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的。方案二：检测的基本原理：随着心脏的搏动，人体手腕的脉搏及颈部的搏动 较为明显，我们采川压力传感器将手指放在上述位置，把压力传感器测到的信号 转换成脉冲并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的。第二章红外线心率计设计思路2.1红外线心率计框图整机电路由电源变换电路、血液波动检测电路、放大整形滤波电路、3位计数 器电路、门控电路、译码驱动显示电路组成，如图2-1所示。图2-1红外线心率计的原理框图2.2单元电路的设计2.2.1电源变换电路负电源变换电路的作用是把+12V直流电变成TOV左右的直流电压，-10V电 压与+12V作为运算放大器的电源。负电源变换电路如图2-2所示，其中13(CD4069)为六非门集成电路，它的内部结构图如图2-3(a)所示。CD4049六反相缓冲器/转换器.，CD4049是六反相缓冲器，具有仅用一电源电压(VCC)进行逻辑电平转换的特征。用作逻辑电平转换时，输入高电平电压(VIH)超过电源电压VCD。该器件主要用作COS/MOS到DTL/TTL的转换器，能直接驱动 两个DTL/TTL负载。CD4049可替换CD4009,因为CD4049仅需要一电源电压，可 取代CD4009用于反相器、电源驱动器或逻辑电平转换器。CD4049与CD4009引出 端排列一致，16引出端是空脚，与内部电路无连接。若使川时不要求高的漏电 流或电压转换，推荐使用CD4049六反相器。负电源变换电路工作原理：通电的瞬间，假设A点是低电位，则B点是高电 位，C点是低电位，D点是高电位。B点的高电位通过兄9给C7充电，当F点的电 压高于13(CD4049)的电平转换电压时，B点输出低电位，C点(C,一端)输出 高电位，由于电容两端的电压不能突变，所以C,两端的电压通过L放电。当F点 电压低于IG的转换电压时，B点输出高电位，此高电位通过L对C,充电，如此 循环。C点得到方波，经过后面四个反相器反相、扩流后，在D点得到方波。当D点是高电平的时候，区导通C8被充电，大约充到11V左右，当D点变成 低电平的时候，由于C8两端电压不能突变，G点电压被拉到-11V左右，止匕时V2导 通，Cg反方向进行充电，使E点电压达到-10V左右。由于带负载的能力不强，当 带上负载后，E点电压大约降到9V左右。图2-2电源电路(a)CD4049v十(b)LM17741图2-3集成电路的结构图2.2.2 血液波动检测电路血液波动检测电路首先通过红外光电传感器把血液中波动的成分检测出来,然后通过电容器耦合到放大器的输入端。如图2-4所示。TCRT5000红外光电传感器的检测方法:首先用数字万用表的二极管档位正向压降测试控制端发射管(浅蓝色)的正、负极，将红黑表笔分别接发射管的两个引脚，正反各测一次，表头一次显示“L05(0.9-1.1),一次显示溢出值则显示L05V的那次正确，红表笔接的是 正极，黑表笔接的是负极。若两次都显示“1”，说明发射管内部开路，若两次都 显示“0”发射管内不短路。然后再判断接收管的c、E极和光电转换效率，方法 如下：将发射管的正负极分别插入数字万川表hFE档NPN型的C、E插孔，再将模 拟万川表打到RXlkQ档。红黑表笔分别接接收管的两个引脚，若表针不动，则 红黑表笔对调，若表针向右偏转到15kQ左右，则黑表笔所接管脚为C,红表笔所 接管脚为E。此时，再川手指或白纸贴近两管上方，表针继续向右偏转至IkQ以 内，说明该红外光电断续器的光电转换效率高。血液波动检测电路工作原理：TCRT5000是集红外线发射管、接收管为一体的 器件，当发光二极管加上正向电压，发光二极管发光，光敏三极管接收到光线，C、E间电流增大而导通。（接收到的光线越强，电流越大，红外发光管的压降U正二1.0V 左右），工作时把探头贴在手指上，力度要适中。红外线发射管发出的红外线穿过 动脉血管经手指指骨反射回来，反射回来的信号强度随着血液流动的变化而变化,接收管把反射回来的光信号变成微弱的电信号，并通过G耦合到放大器。2.2.3 放大、整形、滤波电路放大、整形、滤波电路是把传感起检测到的微弱电信号进行放大、整形、滤 波，最后输出反映心跳频率的方波，如图2-5所示。其中LM17741为高精度单运放电路，它们的引脚功能如图2-3（如所示。IC2 IC3、IC4都为LM17741。+12V图2-5信号放大、整形电路因为传感器送来的信号幅度只有25毫伏，要放大到10V左右才能作为计数 器的输入脉冲。因此放大倍数设计在4000倍左右。两级放大器都接成反相比例放 大器的电路，经过两级放大、反相后的波形是跟输入波形同相、且放大了的波形。放大后的波形是一个交流信号。其中A1、A2的供电方式是正负电源供电，电源为+12V、-10VoA1、A2与周围元件组成二级放大电路，放大倍数E为：R R人d=x=66 x 66 统 4000(2-1)r3 R6由于放大后的波形是一个交流信号，而计数器需要的是单方向的直流脉冲信 号。所以经过V3检波后变成单方向的直流脉冲信号，并把检波后的信号送到RC 两阶滤波电路，滤波电路的作川是滤除放大后的干扰信号。R9 V4组成传感器工作 指示电路，当传感器接收到心跳信号时，V4就会按心跳的强度而改变亮度，因此 V4正常工作时是按心跳的频率闪烁。直流脉冲信号滤波后送入A3的同相输入端，反相输入端接一个固定的电平，A3是作为一个电压比较器来工作的，是单电源供 电。当A3的3脚电压高于2脚电压的时候，6脚输出高电平；当A3的3脚电压低 于2脚电压的时候，6脚输出低电平，所以A3输出一个反应心跳频率的方波信号。2.2.4 门控电路555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件，用它可以 构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。555定时器在工业 控制、定时、检测、报警等方面有广泛取用。555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般川双极性 工艺制作的称为555,川CMOS工艺制作的称为7555,除单定时器外，还有对应 的双定时器556/7556o555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V16V工作，7555 可在318V工作，输出驱动电流约为200mA,因而其输出可与TTL、CMOS或者 模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多 谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定 时器广泛应川于仪器仪表、家川电器、电子测量及自动控制等方面。它内部包括 两个电压比较器，三个等值审联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输 出级。它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3。555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较 器A1的反相输入端的电压为2VCC/3,A2的同相输入端的电压为VCC/3。若 触发输入端TR的电压小于VCC/3,则比较器A2的输出为1,可使RS触发器 置1,使输出端0UT=lo如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3,同时TR端的 电压大于VCC/3,则A1的输出为1,A2的输出为0,可将RS触发器置0,使输出为0电平。555定时器内部电路及其电路功能如图2-6(a)、(b)所示。555内部电路由基本RS触发器FF、比较器COMP】、COMP2和场效应管VI组成(参见图2-6(a)。当555内部的COMP1反相输入端(-)的输入信号Vr小于其同相输入端(+)的比较电 压Vc。(Vco=Vdd)时，COMP1输出高电位，置触发器FF为低电平，即Q=0；当COMP2同相输入端(+)的输入信号焦大于其反相输入端(-)的比较电压Vco/2(1/3VJ时，COMP2输出高电位，置触发器FF为高电平，即Q=lo 或是直接复位端，叱=0,Q=0；MOS管明是单稳态等定时电路时，供定时电容C对地放电作用。注意：电乐Vc。可以外部提供，故称外加控制电压，也可以使用内部分压器产生的电压，这时COMP2的比较电压为Vdd/3,不用时常接0.01 uF电容到地防干扰。(a)555定时器内部电路(b)555简化符号图2-6 555定时器内部电路及其功能符号由555接成单稳态触发器来完成门控电路的作用是控制计数器的启停，并控 制每次测量的时间，电路如图2-7(a)所示。(a)电路(b)工作波形图2-7由555组成的门控电路 当接通电源的时候，+12V电源电压通过口对电容C4进行充电，2脚的电 压马上变成12V(“1”电平)，触发器FF被置“0”，即555的3脚输出“0”电 平(参见图2-7(a)。V6截止，V6的C极为高电位，所以计数器MC14553不计数，此时V5不亮。当按下$按钮时，2脚电压为0V,低于1/3电源电压。555内部CMP2输出 高电平(参见图2-6(a)，触发器FF被置“1”,即3脚输出“1”电平,丫6饱和导 通，V5发光，V6集电极输出低电平，使计数器MC14553清零，开始计数。同时555 内场效应管截止，12V电压通过路给C6充电,C6的电压逐渐增高,如图2-70)国 波形。当C6的电压充到2/3电源电压的时候，555内CMP1输出高电平，触发器置“0”，3脚输出低电平，V6集电极输出高电平，因此计数器MC14553的H脚变为 高电平，计数器停止计数；同时555内场效应管导通，电容C6通过场效应管迅速 放电到低电平，返回稳定的状态，定时结束。脉宽TW可根据下式计算:几=67c6 In 2=67。6 In 3=1.167。6VDD VDD(2-2)2.2.5 3位计数电路由MC14553组成的3位计数电路对输入的方波进行计数,并把计数结果以BCD 码的形式输出。MC14553为十六引脚扁平封装集成电路，其引脚功能如图2-8（a）所示，有四 个BCD码输出端GQ3,可分时输出三组BCD码；有三个分时同步控制信号DS1 DS3,为计数器的输出提供分时同步输出控制信号，形成动态扫描工作方式，该控 制端低电平有效。计数电路包含了计数和输出驱动电路。16 15 14 13 12 11 10 9Vdi dS3 0.F K CP DIS LE)MCI4553DS2 ds?CB CA Qk Q+Q Vss12 3 4 5 b 7 816 15 14 13 12 11 10 9Vdd f&e d c b a)CD4543LD C B D A PH BI Vss-2 3 4 5&7 F(a)MC14553(b)CD4543图2-8集成电路引脚功能图计数器MC14553真值表如下：表2-1 MC14553真值表输入输出置零端（13脚）时钟（12脚）使能（11脚）测试（10）0上升沿00不变0下降沿00计数X二任意0X1X不变01上升沿0计数01下降沿0不变00XX不变0XX上升沿锁存0XX1锁存1XX0Q0123=0计数器MC14553的DS1DS3输出为方波，波形如图2-9所示。当按下S1时(参 见图2-7(a),V5饱和导通,V5的C极为低电平,MC14553的11脚变为低电平,计数器开始对送到12脚的从整形电路过来的方波个数进行计数，最大计数为999,计数结果以BCD码的形式从“Q3输出。11脚不管是高电平还是低电平，DS1DS3 始终是输出图9的方波。当DS3是低电平的时候，个位显示器被选中，Q。Q3输出 个位要显示的数值；当DS2是低电平的时候，十位显示器被选中，Q。Q3输出十位 要显示的数值；当DSi是低电平的时候，百位显示器被选中，Q。Q3输出百位要显 示的数值。DS1-DS2-DS3-图2-9 DSiDS3输出波形图2.2.6译码、驱动、显示电路3位计数电路、译码、驱动、显示电路如图10所示，它的作用是把计数器输出的计数结果显示在3位数码管上。译码器CD4543的引脚功能如图2-8(b)所示。它有了四个输入端：A、B、C、D,与计数器的输出端相连；有七个数码笔段输出驱动端：ag。译码器CD4543 可以驱动共阴、共阳两种数码管，使川时，只要将PH引脚接高电平，即可驱动共 阳极的LED数码管；将PH引脚接低电平，即可驱动共阴极的LED数码管。显示采取动态扫描的方法，即每一时刻只有一个数码管被点亮，但是交替的 频率非常快，由于人眼的视觉残留效应，人眼看到的就是静止的数字显示结果。计数器送来的数据，经过CD4543翻译成7段字码后，接到数码管的7个笔画端，点亮相应的笔画段。数码管采用共阳极的。CD4543的真值表如下：表2-2 CD4543的真值表输入输出LD(1)BI(7)PH(6)D C B Aa b c d e f g显示X11X X X X1111111黑屏1010 0 0 00 0 0 0 0 0 101010 0 0 110 0 111111010 0 100 0 1 0 0 1 021010 0 110 0 0 0 1 1 031010 10 010 0 110 041010 10 10 10 0 10 051010 1100 1 0 0 0 0 061010 1110 0 0 1 1 1 1710110 0 00 0 0 0 0 0 0810110 0 10 0 0 0 1 0 0910110 101111111黑屏10110 111111111黑屏101110 01111111黑屏101110 11111111黑屏10111101111111黑屏10111111111111黑屏图10 3位计数、译码、驱动、显示电路（上图中：IC6为MC14553;IC7为CD4543。）图2-11整机原理第三章整机调试3.1基本要求 熟练掌握用数字万用表测量集成电路以及各种元器件引脚的电压，判别各种集成电路输入、输出状态；熟练使川示波器测量要求点的电压波形。会利用电原理分析和排除调试过程中出现的故障。3.2模块电路调试3.2.1电源变换电路的调试图3-1电源变换电路调试把12V直流电压送入电源变换电路CD4096的1脚（正极）与8脚（负极）之间，注意正负极。川数字万川表DC20V挡测集成电路CD4096的1脚与12脚之 间电压为12V。此时，RC振荡器应该工作，川示波器（量程DC5V/DIV）测试C点（参见图3-1）的电压波形，应该是一个不规范的方波，测试D点的波形，应该 是规范的方波，把C点、D点测量电压波形记录在表3-1中。川数字万川表的DC20V 挡测量E点对地的电压，应该是-10V左右，把测得电压记录在记录表3-1中。（如 果没有方波，说明电路没有起振，应检查RC电路和芯片4096的电源有没有接错;如果电路起振，而没有T0V电压，检查二极管、V2和电解电容C6的极性有没有 接错。3.2.2血液波动检测电路的调试图3-2血液波动检测电路调试电路连接完毕后通电。把食指放在传感器的探头处，适当调节压力。川示波 器的AC挡（5H1V/DIV、500mS/DIV）去测量电容G正极对地的波形，应该能在示波 器上看到心跳微弱的波动，幅度大约是几个毫伏。（C1正极的电压波形应为：幅 度为+11V左右的一条直线，川手指触摸传感器，如果波形能上下移动，则判断此 电路工作正常）如果有此波形，说明传感器工作正常，如果没有，检查传感器的引脚是否接错。用示波器去测量a负极的波形，应该能看到比刚才那个波形幅度 还要小的波动。3.2.3放大、整形、滤波电路的调试图3-3放大、整形、滤波电路电路连接完毕后通电。测量IC2、IC3的7脚、4脚对直流地的电压（即运放的 供电电乐），应该为+12V、-10V左右。测量IC4的7脚、4脚之间的电压，应该为+12V左右。此电路功能是对微弱电信号进行两级线性放大、滤波、整形，最后输 出反映心跳频率的方波把食指放在传感器（TCRT5000）的探头上，适当调节压力。V,应该会有节律 的闪烁，闪烁的频率跟心跳的频率吻合。此时，用示波器测量IC2的6脚波形，应 该是放大了 R/R3倍的波动信号。川示波器测量IC3的6脚波形，应该是比IC?的6 脚波形放大了 R&/R6倍的波形（因为放大倍数很大，波形有削顶现象）。IC2、IC3的 放大倍数可以根据自己的实际情况适当做一些调整。用示波器测量C的6脚波形，应该是一个规范的方波，是单极性的，如果没有方波，或方波的占空比太小，可 以适当改变口、R口的阻值。把测得的三个波形画入表3-3中。图3-4门控电路的调试电路连接完毕后通电。通电后2脚为12V,3脚输出低电位，V6截止,V5不 发光。按下S1,3脚输出高电位，V6饱和导通,V5亮。V6的C极输出低电平，12V电压通过R17、R31对C6充电。当充到8V时，输出状态发生偏转，3脚输 出低电位，V6截止,V6的C极的输出高电位。此时，门控电路进入稳态，川数字 万川表DC20V挡测量3、6、7脚与1脚之间的电压都为OV,V6的C极与1脚 之间的电压为12V,V5不发光。按一下S1按钮，门控电路输出状态发生翻转，进入暂稳态，555输出端3脚输出高电位，因此V6饱和导通，V6的C极输出低 电位，V5发光，川数字万川表DC20V挡测量6、7脚与1脚之间的电压，可以发 现，电压是慢慢上升的，当上升到8V左右的时候（时间是30秒），门控电路输 出状态又发生翻转，进入稳态，此时555输出端3脚输出低电位。川数字万川表 DC20V挡测量3、6、7脚的与1脚之间的电压，都是0V,V6的C极与1脚之间 的电压为12V,V5不发光。如果暂稳态的时间不是30秒，则最后测量的心率不准确。需要调整G或C6的参数来达到30秒的要求。具体计算公式：L1X R17X C6=30o图3-5计数、译码、驱动、显示电路的调试3.2.6数码管显示原理数字万用表二极管挡，红黑表棒分别接触二个电极，如某位某笔段发光，由 红笔接的是位选位，黑表棒接的是笔段位，依次可以判断位选位与笔段位fagDS1,_ _I 庐ZQ乙,3f-d-p r,一 T1 一 门巾建口IC7d.a b c d e f gbe I Icd二1庐Z庐ZQZ 图3-6数码管显示原理电路连接完毕后通电。此时由于门控电路的控制作川，计数器MC14553的使 能端（低电平有效）被置“1”，计数器不计数，输出的BCD码是0000即5、6、7、9脚的电压大约是0V。川示波器双踪测量DS1、DS2之间、DS2与DS3之间波形，应 能显示图2-9所示的波形,测试并把波形画在表3-5中（示波器量程:双踪,5V/DIV,lmS/DIV）o把食指放在传感器的探头处，适当调节压力。当观察到V4呈现有规律的亮-灭时，就可以进行测量了。按一下门控电路的Si,这时，V5发光，计数器的使能 端被置“0”，计数器开始按整形电路送来的心跳脉冲计数。计数的结果以BCD码 的形式送到译码器进行译码。译码后的结果送到数码管显示计数的结果。过30秒 钟后，门控电路输出高电平，计数器使能端被置“1”，计数器停止计数。数码管 显示最后计数的结果，此数字乘2即是被测的心率。测量并记录计数器停止计数 后，集成电路MC14553及CD4543的引脚电压并填入表3-6、表3-7。3.3数据记录表表3-1电源电路测量项目C点电压波形D点电压波形画出被测量波形并标出幅度与周期/12LWM/12-10 16 d Mus?D10 16/T|KSE点电压Ue=-5 V表3-2血液波动检测电路测量项目C1正极电压波形C负极电压波形画出被测量波形并标出幅度与周期0_,n_,表3-3放大、整形、滤波电路表3-4门控电路稳态时IC4(555)及三极管V6的C极电压测量项目U1U2u3U4u5u6u7u8Uc测量值Ovn.8vWvn.8v7.9vOvOvn.8vOv暂态时IC4(555)及三极管V6的C极电压测量项目UiU2U3U4U5U6U7U8Uc暂稳态时间t=30秒测量值0v11.8v10.2v11.8v7.6v4v6.8v11.4vOv表3-6 稳态时MC14553引脚电压测量项目MC14553U5u6U7U9U3U4UnU13u8U16测量值Ov3.8v7.6v11.8v4.4v4.6vOvOvOv11.8v表3-7 稳态时CD4543引脚电压所测得的心率是：型次/分钟测试项目CD4543U2U3U4U5U9UioUnU12测量值4v7.8vOv11.8v1.6v5v1.65v1.7v测试项目U13U14U15UiU6U16U7U8测量值1.4v1.75v8.3v11.8v11.8v11.8vOvOv第四章总结心率是指单位时间内心脏波动的次数。一般指每分钟的心跳次数，是临床常 规检查的生理指标。传统测量脉搏次数的方法是以基准时间为单位，并通过基准 时间内测得的脉搏跳动次数和相关倍数，计算出每分钟的脉搏次数。但在现实生活中，这种可以直接测量心跳的仪器还不是很常川，在很多小型 医院里，医生们依旧使川着古老的手动式听诊器，这大大影响了效率和救治的时 间。这就为心率计的研究与生产奠定了必然基础。本文是基于红外光电传感器的心率计设计，心率计的原理是用传感器接收到 人体微弱的信号，因为人体信号比较的微弱，一般放大的倍数也比较高，一般需 要1000倍以上的。心率计电路的设计主要包括：血液波动检测电路、放大电路、整形电路、电 源转换电路，门控电路，计数，译码，驱动和显示电路。实物焊接出来之后，先 要进行单元电路的调试。电路的调试过程是检验、修正设计方案的实践过程，也 是应用理论知识来解决实践中各类问题的关键环节，是电路设计者必须掌握的基 本技能。文中的心率计使用了手指中的血液波动作为源信号，将手指放在红外光电传感器的中即可检测到人体的信号，并在数码管中显示出来。当然它也存在着一定 的问题，但我想在以后学习中，肯定会大大改善它的性能，极力完善它的缺点。致谢首先，我要感谢我的指导导师孟继德老师在毕业设计中对我给予的悉心指导 和严格要求，正是在孟老师您的细心指导和关怀之下，我顺利、及时的完成了毕 业论文设计和实物的制作。接着我要感谢学校和学院给了我们这么一次展示自己才华的机会，大学行将 结束，在踏入社会之前，学校安排这么一次毕业设计之旅，这在很大程度上提高 了我的学业水平和生活适应能力。同时也感谢本校的一些老师在毕业设计期间所给予我的帮助，在我毕业论文 写作期间，各位老师给我提供了种种专业知识上的指导和日常生活上的关怀，没 有你们这样的帮助和关怀，我不会这么顺利的完成毕业设计，借此机会，向你们 表示由衷的感激。同时还要感谢学院创新实验室在毕业设计期间提供给我们优越 的实验条件。最后，我要感谢和我一起做毕业设计的同学。在毕业设计的短短3个月里，你们给我提出很多宝贵的意见，给了我不少帮助，我想没有你们，我也很难顺利 的完成毕业设计，在此也真诚的谢谢你们。同时，我还要感谢我的寝室同学和身 边的朋友，正是在这样一个团结友爱，相互促进的环境中，在和他们的相互帮助 和启发中，才有我今天的小小收获。还有许许多多给予我学业上鼓励和帮助的朋友，在此无法一一列举，在此也一并表示衷心地感谢！谢谢大家！参考文献：1王煜东.传感器应川电路400例M中国电力出版社2008.2何希才.传感器及其应川电路M电子工业出版社2001.3陈杰 黄鸿.传感器与检测技术M高等教育出版社2002.4栾桂冬等.传感器及其应川M西安电子科技大学出版社2002.5黄继昌，徐巧鱼，张海贵等.传感器工作原理及应川实例M北京：人民邮电出 版社，1998.6朱伟，韩服善.光电传感器在自动化生产线上的应川J.电子工程师，2004,30(8)：72-73.7成圣林，侯成晶.图解传感器技术及应川电路M.北京：中国电力出版社,2009.8郁有文.传感器原理及工程应川M.西安:西安电子科技大学出版社,2001.9沈尚贤主编.电子技术导论下册M北京：高等教育出版社，1996.10M.Elwenspoek,R.Wiegerink 著，陶家渠等译.Ramon Pallas-ArenyM中国宇航出版社，2003.H胡晓光主编，崔建宗 王建华副主编.数字电子技术基础M.北京航空航天大 学出版社出版，2007.12 John G.Webster.Sensors and Signal Conditioning.2001.13Jacob.Mi 1ImanandArvin.Grabel.Microelectronics.2ndM.McGraw-HillBook Company,New York.1993.14AdelS.Sedra,and Kenneth C.Smith.Microelectronic CircuitM.Second Edtion,Hoil Rinehart and Winston,1987.15Jacob Millman and Arvin Grabel.Microelectronics.2nd edM.NewYork:Mcgraw-Hi11 book Company,1987.附录1:元器件清单电阻：68k*l,5.6k*l,22k*l,3K*2,200K*2,2K*2,30K*2,10K*l,7.5k*l,390*1,lk*l,10k*l,8.2k*l,273k*1,lk*7,4.7k*3；电容：102*1,2.2 口 F*2,10uF*2,0.47uF*2,103*2,100 口 F*l,102*1,100 F*l,2200uf*l,0.33uf*l,0.lufL lOOufl；二极管：4007*6,1N4148*1；三极管：8050*1,8550*3；LED：红*1,绿*1；按钮:常开*1；传感器：TCRT5000*l；数码管：3位共阳；集成块：4096*1,LM17741*3,555*1,14553*1,14543*1,7812*1；变压器：18v,5w*l；附录2：原理图附录3：PCB板1HU*TJ Bnu*o0DDnlu*Dnnu*nu?nuounuDDnu*1HU*HU*nu*tlj HU nu-iR0*nu*_LrLbII，-ILB-ILBJ*用 1附录4：英文资料A Novel Near-Infrared Spectra Detection SystemBased on MEMS Grating Light ModulatorsWEI Wei,HUANG Shang-lian,CHEN Wei-min,WANG Ning,ZHANG Jie,ZHU YongCollege of Optoelectronic Engineering,Chongqing University and Key Laboratory fbr Optoelectronic Technology and System.Ministry of Education,Chongqing 400044,ChinaAbstract：A novel near-infrared spectrum detection system based on grating light modulators is proposed in the present paper.A new spectrum detection method that combines MEMS grating light modulators with a single near infrared detector is applied in the system,which can avoid using costly near infrared detector array.Firstly,the optical structure of the spectra detection system was designed.Secondly,the spectra detection principle of this system was addressed in detail that with a series of voltages actuated on the grating light modulators array,the optical energy of each wavelength is reflected onto the single near-infrared detector by corresponding grating light modulator pixel orderly and the transmission spectra can be acquired after a scanning period.Finally,the grating light modulators array device was fabricated by surface micromachining processing and a near-infrared spectra detection system was set up to test the key parameters such as resolving power,wavelength accuracy,system stability and response characteristics of grating light modulators.The experimental results illuminated that the spectrum range of this spectra detection system is from 1320 to 1400 nm,the resolving power is below 10nm,the wavelength accuracy is within lnm,the stability of the system is below 0.5%and the responsefrequency is 5 kHz.The results of theory analysis and experiments demonstrated the feasibility of the spectra detection system.lt could give theoretical and experimental guidance to the design and fabrication of miniature near-infrared spectrometer based on grating light modulators.Keywords：Near-infrared；Spectra detection system；Grating light modulator；MEMS(Received Mar.12,2009；accepted Jun.16,2009)IntroductionNear infrared spectroscopy is a nondestructive testing method elm,is an efficient,nondestructive,and environmental protection,etc.,has been widely used in cattle analysis,food safety testing,petrochemical and other fields.Near infrared spectroscopy,including conventional scanning grating spectrometer,multi-channel spectrometer,Fourier transform spectrometer,even though this high resolving power,Zhang expensive,bulky and other shortcomings greatly limit the popularity of near-infrared spectroscopy applications.Based on MEMS(micro-elec-tro-mechanieal systems,MEMS)technology,near infrared spectrometer has low price,small profits of high sensitivity,low power consumption,the most easily into the production batch,etc.,has become a portable rapid detection of biochemical analysis instrument of a new direction.There are representative pieces of Kraft German Fraunhofer Center fbr Microsystems and otherbased on the proposed micro-mechanical scanning grating NIR spectrometer and the United States Polychromix companies such as propos