基于多普勒原理的血流速度计设计

振荡电路产生一个8.2 MHz高频的方波信号，把它进行功率放大后就可接超声波发射环节，发射出8．2 MHz的周期信号。同时这个振荡信号也是频移信号的解调所需要的。
超声信号的发射器中，发射器是一个压电晶体，即超声波传感器，振荡信号激励发射晶片发射超声波，超声信号发射系统发射出8.2 MHz的超声波，发射的频率是振荡电路的频率所决定的，但是只有它和晶体的固有频移相一致时发射出的超声波才是最强的。
在超声信号传感器中，接收晶片是与发射晶片分开的。当发射超声波遇到红细胞时就产生有多普勒频移信号的回声信号。对于接收到的信号需要选频，以去掉不需要的信号，并且激励需要的信号。
在经过选频、放大环节之后，就进入了解调部分。解调部分就是利用混频器的原理，进行混频，得到需要的低频差分信号和不需要的高频信号。
对于带通滤波环节，其目的就是采用滤波器输出含有多普勒频移频率的信号，滤波器的作用是提取纯多普勒频移信号，把高频的发射信号滤掉，此时的信号中含有2倍的声波主频信号。由于多普勒信号一般在4 500 Hz以下，且由于血管壁的影响，信号中含有200Hz以下的血管壁回波信号，要得到多普勒频移信号需经带通滤波器。即得到了(4)式中的△f。
联系调频广播，可以人为地认为血流速度计探头就是一个特殊的调频系统，可以认为超声波发射出的高频信号相当于一个载波信号，人体血流的频率信号相当于是FM的调制信号，而人体就相当于一个调频电路的调制器，反射之后的信号就是以及经过调制的信号，提取频移信号就是对调频信号进行解调。
2．2 多普勒频移信号的放大、整形
经过以上处理的多普勒信号仍然是不规则的波动信号，本设计需要对频率信号进行计数，就是把信号送入单片机的外部中断口。单片机采用AT89s51，对于单片机而言，用来触发外部中断的信号必须是高低电平信号，只有这样的信号才能对其进行频率检测，而上面的设计得到的多普勒信号是连续的模拟信号，没有严格的电平跃变，很难进行采样计数，如果直接把这些模拟信号输入单片机，会使单片机产生混乱。这正是需要对多普勒频移信号进行整形的原因。只有经过整形，多普勒频移信号才能变为高低电平，从而正确的触发单片机进行频率测定。
在实验中发现简单的零电压比较器存在很多的问题，抗干扰能力差。为了克服简单比较器存在的问题，对电路做了一些改变，加入了门限电平从而提高比较器的抗干扰能力。
2．3 单片机信号处理、通信电路
单片机可以对整形过的多普勒频移信号进行计数，进而得到频移信号；另外利用单片机的作为下位机，计算机作为上位机，进行数据传输与通信，促进了系统的灵活性；脉搏测量模块、血压测量模块可以通过单片机，得到很好的扩展，提高了系统的可扩展性。单片机采用AT89S52，单片机信号处理电路、通信电路，及相关模块的电路，如图5所示。

其中，P3．2是外部中断信号，用来接收多普勒信号并进行频率计数；XTAL1和XTAL2连接晶振；单片机复位方式采用的是上电自动复位；P3．0和P3.1用来和MAX232芯片连接使用其第二功能用作串口通讯。在单片机跟主机进行串行通信的电路连接之中，因为计算机串口是12VTTL电平，单片机是5 V的CMOS电平，如两者需通信就必须使用诸如MAX232之类的电平转换芯片，不能直接把串口接到单片机上。

3 软件设计
本章主要论述单片机与PC机硬件连接和软件设计，软件又分为两个部分：单片机软件部分和上位机软件部分。
在血流速度的检测中单片机有两个功能：一充当频率计，测量多普勒频移信号的频率，二与上位机进行通信，即进行串行通信。经过以上处理，多普勒频移信号已经变化为仅仅有高低电平两个值的数字信号，单片机需要对其进行计数，计数的原理是多普勒频移信号接单片机的外部中断，每当出现一个高低电平变化时，单片机会加1，不断进行累加，同时单片机进行计时，当计到一定时间时得出这时的有多少个外部中断，外部中断的个数和时间的比值就是频率，之后把这个频率送到计算机，单片机一直对这个过程进行不断的循环。
在上位机软件部分，主要工作是对下位机送来的生理信号(脉搏信号，多普勒血流信号等)进行处理和显示，并将相应的结果存入数据库以备查询，同时还设计打印的功能。整个系统中，数据的显示、处理、保存、打印，以及各种参数的计算和设置都是由软件控制和实现的。

4 结束语
血流速度是反映人体健康的重要参数，本文完成了基于多普勒原理的血流速度计系统的设计，对人体的血流信号进行了检测。系统具有良好的扩展性，可以很好的扩展其他检测模块，组合为一个检查人体生理信号的综合性的一个大系统。