Сигнал, излучаемый ИК-светодиодом, отражается от пальца и улавливается фотодиодом датчика, который подключен ко входу  усилителя А1. Далее, пройдя через  фильтр низких частот, сигнал поступает  на второй усилительный каскад А2, на выходе которого его амплитуда достигает значения, достаточного для работы схемы формирователя D1. Последний представляет собой триггер Шмитта и вырабатывает импульсы, соответствующие ударам пульса, которые, пройдя через дифференцирующую цепь R1C1, запускают ждущий одновибратор D2. Одновибратор D2 выполняет две функции: блокирует триггер D1 и запускает схему цифрового пересчета. Блокирование триггера D1 делает считывание сигналов пульса более надежным, так как после прохождения импульса в течение следующих 200 мс триггер Шмитта не реагирует на другие входные сигналы. Кроме того, выходной импульс одновибратора D2 в режиме “Счет” через схему совпадений D3 запускает два ждущих одновибратора D4 и D5. Одновибратор D4 задает время измерения пульса, а другой одновибратор D5 вырабатывает сигналы, осуществляющие пересчет. В результате подачи сигналов одновибратора D5 и генератора G1 на вход схемы совпадения D8, на ее выходе формируются пачки импульсов, каждая из которых состоит из 5 импульсов. Таким образом осуществляется умножение на 5. Эти пачки импульсов поступают на вход счетчика D10 и по окончании времени измерения, определяемого одновибратором D4, на счетчике фиксируется число, равное количеству ударов пульса в минуту. По окончании счета триггер D7 сбрасывается в нулевое состояние и запрещает прохождение импульсов через D3. Одновременно с помощью триггера D9 открывается ключ К1 и загорается светодиодное табло. Чтобы начать новый цикл измерения пульса, надо снова нажать кнопку “Сброс” — тем самым гасятся светодиодные индикаторы и очищается счетчик D10, а затем нажать кнопку “Счет”. 

     

   ИК-датчик содержит излучающий светодиод VD1 и  приемный фотодиод VD2. Усилительная часть собрана на операционных усилителях (ОУ) К140УД6, имеющих низкое значение разности входных токов (дельта Iвх<=25 нА) и небольшой ток потребления (Iп = 1 мА), что позволило создать экономичный прибор, работающий в широком диапазоне температур. Фотодиод VD2 включен между инвертирующим и неинвертирующим входами первого ОУ, поэтому постоянное напряжение на нем не превышает нескольких мВ, что является особенностью первого каскада. Второй каскад усилителя имеет коэффициент усиления около 1000, а амплитуда полезного сигнала на его выходе достигает 3 В. Между первым и вторым каскадами включены разделительныйконденсатор С1 и RС-фильтр (R8C2), снижающий фон с частотой 50 Гц. С этой же целью на выходе элемента DA2 включен фильтр R14C3. Усилительная часть прибора заканчивается собранным на транзисторе VT1 эмиттерным повторителем, который служит для согласования выхода ОУ и входа ТТЛ микросхемы DD1 К136ЛАЗ. Четыре логических элемента этой микросхемы выполняют функции триггера Шмитта (DD1.1 и DD1.2) и одновибратора (DD1.3 и DD1.4). Триггер Шмитта по входу 2 блокируется импульсами одновибратора, что позволяет четко фиксировать количество ударов пульса. На выходе 11 одновибратора сигнал имеет вид прямоугольных импульсов отрицательной полярности длительностью 200 мс и амплитудой 5 В, частота повторения которых изменяется от 0,5 до 3,3 Гц.

   Индикация ударов пульса осуществляется светодиодом VD4. Таким образом посредством  микросхем DA1, DA2 и DD1 удается выделить импульсы ударов пульса.

   Цифровая  часть измерителя .частоты пульса содержит следующие функциональные узлы: двенадцатисекундный одновибратор (DD2.1 и DD2.2), одновибратор с длительностью импульса 2,5 мс (DD3.2—DD3.4), генератор прямоугольных импульсов с частотой 2 кГц (DD4.1 и DD4.2), триггеры управления (DD5.1 и DD5.2) и двоично-десятичные счетчики-дешифраторы (DD6—DD8). Подсчет числа импульсов цифровой частью начинается после нажатия на кнопку SB2 “Счет”. При нажатии вырабатывается импульс, который обнуляет счетчики DD6—DD8 и переводит RS-триггер DD5.2 в состояние, при котором его выходной сигнал дает разрешение на прохождение импульсов подсчета пульса через логический элемент DD3.1. Первый же пришедший сигнал пульса запускает оба одновибратора. Каждый импульс одновибратора DD3.2—DD3.4, поступая на схему DD4.3, стробирует прохождение пяти импульсов генератора на счетчики. Такой режим работы продолжается в течение 12 с после прихода первого импульса пульса и длится до тех пор, пока одновибратор DD2.1, DD2.2 спадом импульса не сбросит RS-триггер DD5.2 и, следовательно, прохождение импульсов через элемент DD3.1 прекратится. Одновременно с этим одновибратор DD2.1, DD2.2 через цепь C10R31 воздействует на триггер DD5.1, который открывает транзистор VT4, и на трех семисегментных светодиодных индикаторах будет высвечено число ударов пульса в минуту. Кнопка SB1 “Сброс” служит для установки начальных состояний триггеров управления и одновибратора DD2.1, DD2.2, ею же происходит гашение светодиодов индикации.

   Соединение  счетчиков-дешифраторов DD6—DD8 семисегментных индикаторов HG1—HG3—стандартное. Микросхема DD8, с которой задается значение сотен, соединена с индикатором только через два резистора R51, R52, поэтому, если число ударов пульса меньше ста, светодиодная матрица HG3 не загорается. 

   

 

   Собственно  стабилизатор собран на транзисторах VT1—VT3. Применение двухкаскадного усилителя на транзисторах VT2, VT3 и включение опорного стабилитрона в цепь базы транзистора VT3 позволили получить коэффициент стабилизации по напряжению более 500 при выходном сопротивлении не более 0,2 Ом. Включением в качестве регулирующего элемента р-n-р транзистора VT1 удалось добиться стабилизации выходного напряжения при минимальном напряжении на входе не менее 11,8 В. При включении запуск стабилизатора осуществляется цепочкой C1R1VD2R4. В момент включения импульсом тока зарядки конденсатора С1 открывается транзистор VT2 и выводит устройство в режим стабилизации. Стабилизатор имеет защиту от короткого замыкания в выходной цепи. Выходное напряжение стабилизатора, равное 11 В, с помощью микросхемы DA1 и транзисторов VT4, VT5 преобразуется в двуполярное напряжение ±5,5 В с искусственной средней точкой. К сожалению, установка такого расщепителя. после стабилизатора лишает последний возможности реагировать на короткие замыкания в цепях нагрузки. Выходной ток стабилизатора при коротком замыкании в одной из нагрузок достигает 200 мА, однако применение транзисторов средней мощности обеспечивает достаточную (при недлительном КЗ) надежность. Разумеется, такой большой выходной ток при настройке можно получить, питая стабилизатор от мощного источника. В реальном приборе короткое замыкание приведет к быстрому разряду батарей “Крона-ВЦ”. Для предотвращения пробоя транзисторов при неправильном подключении батарей питания в схему введен диод VD1. Ток, потребляемый стабилизатором двуполярного напряжения в режиме холостого хода, не превышает 7 мА. 

   

 

   

 

   

 

   Для настройки основной платы потребуется  осциллограф с секундной разверткой (например, С1-76). Сначала проверяется  режим работы ИК-датчика и входного ОУ. Для этого, положив палец на датчик (пока без, защитной пластины), регулируют ток излучающего светодиода VD1 потенциометром R2, устанавливая выходное напряжение ОУ DA1 в пределах + 2...3 В. Если постоянное выходное напряжение отрицательной полярности, необходимо изменить распайку фотодиода VD2. После проведения этой регулировки на выходе DA1 с помощью осциллографа можно наблюдать сигналы пульса с амплитудой 0,5...4 мВ. Вторая контрольная точка — выход микросхемы DA2. Переменным резистором R12, при закрытом светонепроницаемым предметом датчике, устанавливают положительное напряжение на выводе 6 микросхемы DA2 в пределах + 0,6...0,7В. Затем контролируют напряжение на выходе эмиттерного повторителя VT1 — резистором R12 устанавливают напряжение + 0,1...0,15 В. После этих операций первичная настройка усилительной части заканчивается — при касании пальцем ИК-датчика в такт с пульсом мигает светодиод VD4. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Также существует много других, более современных измерителей пульса. Однако у нас нет возможности использовать материалы по ним в курсовом проекте. Для примера всё же приведем некоторые характеристики сегодняшних пульсометров. 

Пульсометр Polar F92ti

   

Технические характеристики:

Монитор:

· Тип элемента питания: батарейка CR 2032.

· Срок службы элемента питания: в среднем 20 месяцев.

· Рабочий диапазон температур: от -10 до +50 градусов по Цельсию.

· Водонепроницаемость: на глубине до100 метров.

· Основание  корпуса приемного блока, защитная крышка удлинительного элемента ремешка и пряжка ремешка на запястье: нержавеющая сталь.

Передатчик (коннектор) Polar:

· Тип элемента питания: батарейка CR 2025.

· Уплотнительное кольцо крышки батарейного отсека: 20,0 г.

· Срок службы батареи: в среднем 1.300 часов работы.

· Рабочий диапазон температур: от -10 до +50 градусов по Цельсию.

· Материал коннектора: полиамид.

· Водонепроницаемость: на глубине до 30 метров. 
 

Пульсометр Polar FS3с 

 Технические  характеристики:

Монитор:

· Тип элемента питания: батарейка CR 2025.

· Срок службы элемента питания: в среднем 2 года.

· Диапазон температур: от -10 до +50 по Цельсию.

· Водонепроницаемость: 50m.

· Ремешок на запястье: термопластичный полиуретан.

· Основание корпуса: нержавеющая сталь.

· Точность часов: не более ± 2,0 секунд в сутки.

· Точность измерения ЧСС: ± 1 % или ± 1 уд/мин.

· Диапазон измерения ЧСС: от 15 до 240 ударов в минуту.

· Формат времени для часов: 12" или 24"часовой.

· Продолжительность тренировки: от 0 до 23:59.

· Диапазон установки границ ЧСС: от 30 до 199 ударов в минуту.

Передатчик Polar:

· Тип элемента питания: аккумуляторная батарея.

· Срок службы батареи: 2.500 часов работы.

· Диапазон температур: от -10 до +50 по Цельсию.

· Материал: полиуретан. 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.2 Оценка потребительских  свойств аналогов

 

     В данном подразделе формулируется список основных характеристик аналогов. Приводится сравнение аналогов по показателям качества. Выбирается и анализируется прототип. Приводится элементная база прототипа.

     Ниже  приведена таблица с основными  характеристиками аналогов по: 

 

   Основные  характеристики аналогов.  Табл. 1.2 
 
 
 
 
 

   Для сравнения аналогов по показателям  качества построим таблицу аналогов и проведем их анализ. По этой таблице  можно легко сравнить данные аналогов по потребительским свойствам (показателям качества). 

 

    Сравнивая эти четыре аналога по показателям  качества, приведенных выше, мы  определяем прототип. 

    Итак, сравнение: 

1. Рабочие пределы измеряемой частоты. Такой показатель должен стремится к максимуму (для удобства во время построения берем обратно пропорциональную величину).
2. Максимальная погрешность. Показатель естественно должен стремиться к минимуму.
3. Время одного измерения аналогично максимальной погрешности.

 

 

 

 

    Исследуем графики. Сразу заметим, что аналог 2 будет являться прототипом.

 

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

2.1 Постановка задачи  и цели проектирования

 

    Целью данного курсового проекта является создание нового объекта с характеристиками, лучшими чем у существующего. Потребность общества в данном случае заключается в улучшение характеристик пульсометра. Критериями оценки результата будут: