经典可穿戴医疗电路锦集！电子工程师设计必备 - 全文

　　在智能硬件浪潮的推动下，可穿戴医疗设备成为各半导体厂商争相追逐的蓝海，并且随着国内医患关系的紧张，医务资源的短缺，发展可穿戴医疗设备的重要性越发凸显出来。一款优秀的可穿戴医疗电子产品必须在功耗、尺寸、性能等因素上有独到的平衡方法，那具体到其内部细节又如何去设计呢？小编特意整理了六篇可穿戴医疗电子电路图，为工程师们提供有价值的参考方案。如要详细了解更多可穿戴医疗电子方案，请关注电子发烧友《物联网核心技术之通信》专题。

　　可穿戴型下肢助力机器人感知系统传感电路设计

　　电路说明： 电路由检测电路、信号放大电路和稳压电源电路组成。其中检测电路由电阻RH、晶体管VT以及电阻R1、R2组成；信号放大电路由A1、RP1、RP2、 R3、R4、R6、R5、R8、VD3组成；稳压电源电路由VD1、VD2、R7、R9、R10、R11组成，为检测电路提供2.5V的稳压电源。而电阻 RH可以采用硅电阻，因为硅在25摄氏度时响应时间小于5S。 其中电路中采用了两个TL431，TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从2.5V到 36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等。

　　电路原理： 当传感器穿戴身上时，由于温度不同，使得传感器的RH阻值也不同，这个电阻成为VT的基极偏流电阻。偏流电阻的不同，使基级的电流也不同，从而改变了VT 的集电极电流，也就改变了VT发射极电流，发射极的电流流经 R2，在R2上将发射极电流转换成电压，并将该电压送到A1的同相输入端，经A1放大后输出，并由VD3控制输出电压，使得输出电压在5V以内。

　　可穿戴式心率信号采集预处理电路设计

　　心率信号采集预处理电路：脉搏信号采集预处理电路主要是将脉搏波转换成电信号，并进行初步高频滤波预处理。其关键部分就是光电式脉搏传感器。光电式脉搏传感器按光的接收方式可分为透射式和反射式两种。反射式不仅可以精确测得血管内容积变化，而且在实际应用中反射式 只需将传感器接触身体任何部位，当照射部位的血流量随心脏跳动而改变时，红外线接收探头便接收到随心脏周期性地收缩和舒张的动脉搏动光脉冲信号，从而采集到心脏搏动信号。

　　分析：本设计采用了反射式红外传感器。光电式脉搏传感器采用红外对管KP-2012F3C和KP- 2012P3C，反射式排列。KP-2012F3C 具有良好的表皮照明度，电流一般设在20mA，亮度由软件通过PWM电流来进行控制，这样能够使红外LED工作在饱和区域，发出稳定光强的光。

　　脉搏信号采集预处理电路

　　KP-2012P3C晶体管采用交流耦合结构来增强对微弱信号放大。经晶体管检测出来的信号采样时分两路。一路是直流信号线路。它是晶体管输出经射随输入单片机的A/D转换通道口0，可用来检测晶体管是否处于有效工作状态；另一路是交流信号线路。它是先经一射极跟随器输入到两级滤波成形电路然后再输入单片机的A/D转换通道1.该滤波电路为两级带通滤波电路，由于脉搏波的频谱蕴含丰富病理信息，特别是在5~40Hz这个区间的频谱携带了大量与冠心病病 变有关的信息，故考虑到今后功能的扩展，预处理电路的上下限频率设计为48Hz和0.86Hz。

　　穿戴式血糖测试模块电路分析

　　血糖测试电路分析：为了检测葡萄糖氧化酶和葡萄糖反应所生成的自由电子数，需要在电极两端施加一固定偏压，而后检测该偏压驱动自由电子产生的电流来计算血糖质量浓度值。根据测试片上所涂化学材质的不同，所需要的偏置电压也不相同，本设计中该偏置电压是由液晶驱动模 块的VLL1引脚输出的1V稳压通过电阻分压而得，偏置电压在273mV左右。正常人的血液与葡萄糖氧化酶反应后生成的电流大小为nA至μA级别，为了能 将该电流量转换成电压量并且准确测量出来，需要信号变换及电压放大电路。 图2所示是由比较器实现的放大电路，使用的是LL16芯片自身所带的比较器模块。比较器的正端接273mV的偏置电压，该偏置电压由LL16的LCD模块 提供的VLL1通过R6、R5和R4三个电阻分压而得，滤波电容C4是为了滤除VLL1自身带有的高频噪声，以保证偏置电压的稳定。比较器的负端连接试纸 的酶电极，即四号引脚，电极上的自由电子在偏置电压的驱动下定向流动，等效于一个电阻Rx，Rx阻值越小，血糖质量浓度越高，计算出该等效电阻阻值同样可 以计算出血糖质量浓度值。

　　数据深入分析：待测电阻Rx的阻值范围为18k Ω至300kΩ，3V电池供电最低电压为2.3V左右，为了保证比较器的最大输出不能超出最低供电电压，要求放大电路的放大倍数不能过大，所以取R3为 120k Ω，这样当待测电阻为18kΩ时，放大电路的输出电压为2.1V，小于电池供电最低电压。由于设计中放大电路的核心器件是比较器，此电路中比较器输出为方 波信号，比较器输出端的电阻R和电容C1就是一阶低通滤波电路，可以将高频方波中的谐波信号滤除，得到一个比较稳定的直流信号;同样为了避免比较器的输出 不超过正端极限，R1取值不能过大，同时为了达到比较好的滤波效果，其取值也不能过小，所以取比较适中的15k Ω。为了尽可能的滤除高频信号，C1的容值不能过小，但是如果C1取值过大，那么比较器负端就会有幅度比较大的纹波。经过实际测试，C1取1 μF可以获得比较好的整体效果。尽管R1和C1组成的滤波电路已经对比较器的输出信号进行了一定程度的滤波，C1正端的信号仍有高频纹波，为了保证血糖质量浓度测量值的准确度和一致性，R2和C2再一次对放大电路的输出信号进行滤波，由于是滤除高频谐波，考虑到电容的最佳滤波频率范围，C2取10 μF，而R2取值10kΩ。

　　可穿戴医疗设备语音报警电路设计图

　　语音报警电路： 电路如图所示，主要由集成语音芯片ISD2560组成。ISD2560是Winbond公司生产的一款具有较强功能的语音录放芯片，是一种永久记忆型语音 录放电路，录音时间为60s，可重复录放10万次。该芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，能够非常真实、自然地再现语音。通过事先录制好的声音，实现血压测量值的自动声音提示，如果血压高出正常血压的上下限值，还会发挥报警，提醒使用者就医。具体做法：经过一段时间（大概为正常人的一个月）的精确测 量，在电脑上处理数据，得到血压的正常范围，将其上下限设置为报警范围，时时监控佩戴者的血压值，如果血压超出正常范围，则开始计时，将日期时间等数据都要记录下来，如果超出正常范围的时间超出五分钟，则开始报警提醒，提示内容为：尊敬的用户您好，此时您的血压偏高低，建议您立即进行电压测量，并服用相应 的药物！

　　可穿戴式人体呼吸状态监测系统前置放大电路图

　　人体呼吸信号具有生物电信号阻抗高、信号微弱、频率低等特点，所以呼吸信号模拟测量电路中前置放大是整个信号放大电路设计中至关重要的环节，关系到 整个模拟采集部分的工作性能。前置放大器的选择要考虑高输入阻抗、低噪声和低温漂等要素。AD620是一种低功耗的仪用放大器，特别适合做小信号的前置放 大级，经AD620放大后的小信号失真度很小，加一级AD620组成的前置放大，同样可以把系统误差控制在系统设计要求的范围内，前置放大电路如图。

　　由于正弦信号发生器的输出信号峰峰值在1V左右，和网络负载串联的取样电阻上的电压降很小，要对取样后的信号进行放大。运用两级放大，前置放大级使用 AD620。AD620是一种低功耗的仪用放大器，特别适合做小信号的前置放大级，经AD620放大后的小信号失真度很小，加一级AD620组成的前置放 大，同样可以把系统误差控制在系统设计要求的范围内。