畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目基于單片機(jī)的便攜式人體健康指標(biāo)檢測系統(tǒng)設(shè)計系 （院）電氣工程系專 業(yè)電氣工程與自動化班 級學(xué)生姓名學(xué) 號指導(dǎo)教師職 稱二一四年六月二十日獨(dú) 創(chuàng) 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(論文)，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計（論文）不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名: 年 月 日畢業(yè)設(shè)計（論文）使用授權(quán)聲明本人完全了解濱州學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定。本人愿意按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版，同意學(xué)校保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存設(shè)計（論文）；同意學(xué)校在不以營利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務(wù)系統(tǒng)，公布設(shè)計（論文）的部分或全部內(nèi)容，允許他人依法合理使用。（保密論文在解密后遵守此規(guī)定）作者簽名: 年 月 日本科畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機(jī)的便攜式人體健康指標(biāo)檢測系統(tǒng)設(shè)計摘 要隨著現(xiàn)代人生活節(jié)奏的加快以及生活質(zhì)量的提高，人們對自身健康狀況越來越關(guān)注，人們希望能隨時、簡單、方便的對身體進(jìn)行檢查，因此，一些體積小的便攜式或者家用的健康檢測裝置，比如：體溫表、電子血壓計等由于操作簡單，受到人們的歡迎。但是，這些裝置大多功能單一，如果需要隨時對多種健康指標(biāo)進(jìn)行檢測，必須隨身攜帶多種檢測裝置，給使用者帶來了麻煩。因此本設(shè)計對多種人體信號進(jìn)行檢測，減少使用者的麻煩。系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為控制核心，硬件主要包括：單片機(jī)最小系統(tǒng)，體溫測量模塊，脈搏測量模塊，血壓測量模塊，報警模塊，LCD顯示模塊等。軟件則包括：系統(tǒng)的流程圖，主程序以及各模塊子程序。系統(tǒng)能實(shí)時的對人體體溫、脈搏、血壓進(jìn)行檢測，并在數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時報警，同時存入數(shù)據(jù)庫供隨時回放，并通過串口與PC機(jī)通訊，將存儲資料進(jìn)行打印。關(guān)鍵詞：DS18B20，ASDX001，AT89C51Design of Detecting System Based on Portable Health IndicatorsAbstractWith the accelerated pace of modern life and the improvement of life quality, people pay more and more attention to their health, people hope that they can check on their bodies with a simple, convenient way at any time, therefore, some small portable or health-detect devices used at home, such as the thermometer, the electronic sphygmomanometer which are popular among people for their simple instructions. However, these devices mostly have single function, the user must carry a variety of detective devices if he or she needs to test multiple health indicators, which brings much trouble for user. Hence, this project puts key point on the test for some human indicators, to reduce the trouble. The system uses AT89C51 MCU as control core, the hardware mainly includes: MCU minimum system, temperature measurement module, measurement module, blood pressure measurement module, alarm module, LCD display module. The software includes: the system flow chart, main program and module subprogram. The system can test body temperature, pulse, blood pressure real-timely, and the system will alarm when the abnormal data appear, by the same time the system stores the database available for playback, then communicating with PC by the serial port, at last, the stored data will be printed.Key words: DS18B20，ASDX001，AT89C51 ii本科畢業(yè)設(shè)計（論文）目 錄第一章 緒論11.1 研究目的和意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3 本課題的主要研究內(nèi)容3第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計5第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計63.1 體溫測量模塊63.2 血壓測量模塊73.3 脈搏測量模塊73.3.1 脈搏信號采集電路83.3.2 信號放大93.3.3 波形整形部分93.4 單片機(jī)處理電路103.5 顯示電路設(shè)計103.6 報警電路設(shè)計113.7 單片機(jī)最小系統(tǒng)113.8 電源電路設(shè)計123.9 鍵盤電路設(shè)計123.10 USB通信電路13第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計154.1 子程序流程圖154.1.1體溫檢測流程圖154.1.2 血壓檢測流程圖174.1.3 脈搏檢測流程圖174.1.4 鍵盤電路流程圖19第五章 總結(jié)20參考文獻(xiàn)21謝 辭22附 錄23II14第一章 緒論近年來不明流行病毒橫行，加上跨國移動日益頻繁，造成病毒傳播范圍越來越廣且快速，常會在短期內(nèi)造成大范圍流行，已足以威脅人類的生存，因此自主性的健康管理越來越受重視。本設(shè)計就提出一套生命機(jī)能檢測系統(tǒng)，用于個人自主健康管理，以防治流行性病毒擴(kuò)散，并以實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性與方便攜帶性為設(shè)計目標(biāo)，期能達(dá)到大眾化需求的商業(yè)目標(biāo)。一般而言，生命機(jī)能常被指為體溫、血壓、脈搏等，當(dāng)這些生命機(jī)能有所變異時，往往代表人體出現(xiàn)異狀，須進(jìn)一步檢查，尤其在2003年SARS擴(kuò)大傳染期間，發(fā)燒為病毒傳染的分界點(diǎn)，以公共衛(wèi)生病理學(xué)來說，體溫對于控制病毒傳染極為重要。本生命機(jī)能檢測系統(tǒng)將針對體溫、血壓、脈搏進(jìn)行檢測，并對檢測資料做長期分析，當(dāng)生理機(jī)能有一定程度變異時提出適當(dāng)警示，讓使用者更了解自身生理變化，也能給醫(yī)生提供診斷時初步的依據(jù)1。1.1 研究目的和意義 人體生理信號主要包括有心電、脈搏、呼吸、血壓、體溫、血氧飽和度、有創(chuàng)血壓、呼吸二氧化碳、心輸出量、腦電、肌電、眼電視網(wǎng)膜電、眼震電、胃電等。人體生理信號是生命的象征，一旦停止，生命也就終止。測量人體生理信號技術(shù)就是要應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究各種人體生理信號，通過有創(chuàng)或無創(chuàng)的方法獲得各種信息，加以分析、綜合和研究，服務(wù)于臨床2。人體不同的生理信號，能反映相應(yīng)部位的身體變化，是臨床診斷的重要依據(jù)。例如心電變化的測量與記錄是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷心臟的主要手段，肌電的測量與記錄有助于診斷肌肉萎縮和肌肉支配疾病等。由于有些疾病的發(fā)作帶有很大的偶然性和突發(fā)性，因此，將生理參數(shù)檢護(hù)從大型醫(yī)院擴(kuò)展到社區(qū)醫(yī)院以及患者家中是很有意義的。人體生理信息種類繁多，心電信號（Electrocardiogram,ECG）、脈搏信號（Pulse wave）能反映人體心臟器官和血液循環(huán)系統(tǒng)的生理變化，在臨床健康觀察和疾病診斷中十分重要，并且從生命信息科學(xué)的角度也具有重要的研究價值3。 脈搏攜帶有豐富的人體健康狀況信息，自公元三世紀(jì)我國最早的脈學(xué)專著脈 經(jīng)問世以來，脈學(xué)理論得到了不斷的充實(shí)和提高，對國內(nèi)外醫(yī)學(xué)發(fā)展產(chǎn)生了很大的影響。脈搏波幅值和波形反映了一個心動周期內(nèi)動脈血壓隨時間的脈動變化，是動脈血壓的直接反映。同時，血流、血管阻力、血管壁彈性等血流參數(shù)的變化也能夠間接地從脈搏中得到反映。因此，通過脈搏可以對血壓的變化規(guī)律進(jìn)行量化分析。脈搏波的波形、波幅、波速和節(jié)律，會反映出人體心血管系統(tǒng)的多種生理病理特征。利用脈搏推斷人體的生理病理信息，不僅是傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)的重要內(nèi)容，在國際上也受到廣泛重視。所以本文的采集信號中也包括了脈搏信號。在科技高度發(fā)展的今天，人們的健康觀念和保健方式正發(fā)生著深刻的變化。各種醫(yī)學(xué)電子儀器大量涌現(xiàn)，人們希望能夠?qū)θ梭w日常生活狀態(tài)下的健康狀況進(jìn)行檢測，做到主動預(yù)防。對于已診斷明確的患者，可以隨時掌握自己病情的變化以決定到醫(yī)院復(fù)診的需求，對于許多偶然性和突發(fā)性疾病，能夠再現(xiàn)和捕捉瞬時的典型生理信息。因此，無論國內(nèi)還是國際上，醫(yī)療康復(fù)和保健的重心正由以醫(yī)院為核心的醫(yī)療保健體系向以家庭為基礎(chǔ)的社區(qū)或個人衛(wèi)生服務(wù)體系轉(zhuǎn)移。在這種趨勢下，研究適用于社區(qū)醫(yī)療與家庭醫(yī)療保健的人體生理信號檢測系統(tǒng)具有極大的意義。而這種應(yīng)用于家庭醫(yī)療的檢測系統(tǒng)應(yīng)該是低功耗便攜式的。因此本文設(shè)計的目標(biāo)是具有便攜式特點(diǎn)的人體生理信號檢測系統(tǒng)。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是一種用來對病人的生理參數(shù)進(jìn)行連續(xù)、長時間、自動、實(shí)時監(jiān)測、分析處理后實(shí)現(xiàn)多類別自動報警，自動記錄的某些醫(yī)學(xué)儀器的組合。由于監(jiān)護(hù)系統(tǒng)可用來實(shí)時分析、顯示與記錄、并具有對結(jié)果的綜合判斷能力，因而便于醫(yī)務(wù)人員發(fā)現(xiàn)病人的病情變化，隨后采取必要的措施，從而大幅度減少病人死亡率。自20世紀(jì)60年代以來，人體生理監(jiān)護(hù)儀器作為一種重要的醫(yī)學(xué)電子儀器問世后，世界各大醫(yī)療儀器的生產(chǎn)廠家竟相投入大量的人力、物力進(jìn)行監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的開發(fā)、生產(chǎn)與銷售，促進(jìn)了監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展和普及。世界各國紛紛建立起冠心病監(jiān)護(hù)病房，重癥監(jiān)護(hù)室，腦疾患者監(jiān)護(hù)室，在手術(shù)室，分娩室，康復(fù)室內(nèi)等一些?？撇》考訌?qiáng)了監(jiān)護(hù)措施。但是國內(nèi)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的科研、生產(chǎn)與國際先進(jìn)水平相比還存在一定的差距：高、精、尖的監(jiān)護(hù)設(shè)備大部分依賴于國外進(jìn)口，價格比較昂貴，中小醫(yī)院無力購買，嚴(yán)重影響了監(jiān)護(hù)系統(tǒng)在我國的應(yīng)用和推廣4。 目前所知的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是指用來監(jiān)測病人生理、病理參數(shù)的病情監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。由于計算機(jī)的快速發(fā)展，目前病情監(jiān)護(hù)系統(tǒng)不僅可以用來顯示病人的各類信息，而且可以通過計算機(jī)進(jìn)行處理和分析，綜合分析監(jiān)測結(jié)果，讓醫(yī)務(wù)人員做出快速判斷和治療。該類設(shè)備由大型的微機(jī)系統(tǒng)逐漸發(fā)展成以單片機(jī)為核心部件的微型控制系統(tǒng)MCU（Micro Controller Unit）是目前的一個發(fā)展方向。它以期通過固化在單片微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的程序來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析和再現(xiàn)。在這種小型設(shè)備研制伊始，受制于單片機(jī)的發(fā)展，采用的單片微機(jī)芯片幾乎都是低位的C51系列單片機(jī)。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，功能越來越強(qiáng)大越來越精密的高位單片機(jī)更多地應(yīng)用于此種系統(tǒng)中，隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，簡單方便的無創(chuàng)式傳感器也應(yīng)用到此種設(shè)備中來。最近幾年國內(nèi)的基于嵌入式技術(shù)的便攜式多參數(shù)人體生理信號監(jiān)測儀以及遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)正在如火如荼的進(jìn)行著，已經(jīng)逐漸建立起以家庭監(jiān)護(hù)為基礎(chǔ)的“家庭一社區(qū)一醫(yī)院”三層遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)。 最近幾年，在國外，一種以傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的人體生理信號監(jiān)測儀器得到了迅速的發(fā)展。這種傳感器網(wǎng)絡(luò)散布于一種人體可穿戴的表面看起來很普通的衣服。當(dāng)人們穿著這種特制衣服的時候，他們的人體生理信號通過無線的方式傳輸?shù)絇C系統(tǒng)中，PC系統(tǒng)可以對人體的狀態(tài)進(jìn)行無間斷的記錄。當(dāng)人體出現(xiàn)異常狀況的時候，PC系統(tǒng)會發(fā)出報警信號。如果需要遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以將監(jiān)測到的信號，通過局域網(wǎng)傳輸?shù)絀nternet上。但是這種傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的人體生理信號監(jiān)測儀器并沒有在醫(yī)療領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。1.3 本課題的主要研究內(nèi)容 隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是傳感技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，使得人體生理信號監(jiān)護(hù)設(shè)備不斷更新?lián)Q代，同時針對我國所面臨的社會老齡化、醫(yī)療費(fèi)用居高不下，以及人口眾多、醫(yī)院和交通容量有限等一系列嚴(yán)重的社會問題。本文旨在設(shè)計適用于社區(qū)、家庭使用的可以采集多種參數(shù)的人體生理檢測與分析系統(tǒng)，使被檢測者可以便捷的獲知自身的生理狀態(tài)。本文所設(shè)計的這套檢測系統(tǒng)，可以同步采集人體的體溫信號、血壓信號和脈搏信號，并通過液晶顯示器顯示出數(shù)據(jù)信息5。主要內(nèi)容為以下四個部分： （1）人體生理信息檢測與分析系統(tǒng)的硬件數(shù)字體系設(shè)計 （2）人體生理信號的數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示、上傳模塊的軟件設(shè)計 （3）人體生理信號的數(shù)據(jù)處理 （4）人體生理信號的數(shù)據(jù)壓縮 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計本系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為控制核心，以體溫檢測模塊、脈搏檢測模塊、血壓檢測模塊、液晶顯示模塊、鍵盤電路模塊為主要的模塊單元。系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。本系統(tǒng)通過鍵盤設(shè)定三種工作方式：脈搏檢測，體溫檢測，血壓檢測。人體體溫檢測利用芯片DS18B20這個數(shù)字溫度傳感器進(jìn)行溫度測量，測得的數(shù)據(jù)如果超限則進(jìn)行報警。脈搏檢測采用傳感器將脈搏轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以接受的信號，每跳動一次就產(chǎn)生一個脈沖，讓單片機(jī)產(chǎn)生一個中斷，每中斷一次就進(jìn)行一次計數(shù)，每分鐘進(jìn)行一次采樣進(jìn)行統(tǒng)計脈搏數(shù)。血壓檢測采用壓力傳感器ASDX001，如果血壓超限則報警。該方案可以有效、實(shí)時的測量體溫、血壓、脈搏這些要求檢測參數(shù)，能夠達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計的各項指標(biāo)，設(shè)計方案是切實(shí)可行的。圖2-1 系統(tǒng)總體方案框圖第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計人體健康檢測器的硬件電路主要由以下幾部分組成：體溫測量模塊、血壓測量模塊、脈搏測量模塊、時鐘電路、復(fù)位電路、電源電路、顯示電路、鍵盤電路、USB通信電路以及超常報警電路。3.1 體溫測量模塊設(shè)計中采樣的是人體的體溫，所測的量是非電量，所以要用到溫度傳感器進(jìn)行采樣，將溫度轉(zhuǎn)換為電信號才能輸入系統(tǒng)進(jìn)行信息轉(zhuǎn)換和處理。所以傳感器是實(shí)現(xiàn)這個設(shè)計的首要環(huán)節(jié)。這里我們采用的是溫度傳感器DS18B20。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM，溫度傳感器，非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL，高速暫存器。在硬件上，DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機(jī)的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時VDD， GND接地，I/O接單片機(jī)I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接10k左右的上拉電阻。我們采用的是第一種連接方法。如圖3-1所示：把DS18B20的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的P23腳連接，再加上上拉電阻6。圖3-1 溫度采集電路3.2 血壓測量模塊血壓測量模塊采用壓力傳感器ASDX001，該壓力傳感器可用于測量絕對壓、差力壓和表力壓。范圍從1PSI到100PSI，絕壓型傳感器有一個內(nèi)部真空參比值(基準(zhǔn)值)，因此可直接輸出一個與絕對壓成比例的信號。差壓型裝置允許在傳感膜片的任一側(cè)施加壓力，可用于壓力差的測量。ASDX001的外圍引腳共有8個，其中5個為空腳。工作電壓為正5伏。由+Vs腳引入正5伏電壓，Vout為數(shù)據(jù)輸出腳，將所測量得到的數(shù)字電壓信號傳送到單片機(jī)的P1.0腳，ASDX001的地腳為GND腳，接地。因此，只需要將傳感器的輸出腳Vout連接到單片機(jī)的P2.1腳上即可。如圖3-2所示： 圖3-2 ASDX001與單片機(jī)的連接電路原理圖3.3 脈搏測量模塊目前脈搏波檢測系統(tǒng)有以下幾種檢測方法：光電容積脈搏波法、液體耦合腔脈搏傳感器、壓阻式脈搏傳感器以及應(yīng)變式脈搏傳感器。近年來，光電檢測技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用中發(fā)展很快，這主要是由于光能避開強(qiáng)烈的電磁干擾，具有很高的絕緣性，且可非侵入地檢測病人各種癥狀信息。用光電法提取指尖脈搏光信息受到了從事生物醫(yī)學(xué)儀器工作的專家和學(xué)者的重視。本系統(tǒng)設(shè)計了指套式的透射型光電傳感器，實(shí)現(xiàn)了光電隔離，減少了對后級模擬電路的干擾。傳感器由發(fā)光二級管和光敏二極管組成，其工作原理是：發(fā)光二極管發(fā)出的光透射過手指，經(jīng)過手指組織的血液吸收和衰減，由光敏二極管接收。由于手指動脈血在血液循環(huán)過程中呈周期性的脈動變化，所以它對光的吸收和衰減也是周期性脈動的，于是光敏二極管輸出信號的變化也就反映了動脈血的脈動變化7。3.3.1 脈搏信號采集電路圖3-3是脈搏信號的采集電路，U3是紅外發(fā)射和接收裝置，由于紅外發(fā)射二極管中的電流越大，發(fā)射角度越小，產(chǎn)生的發(fā)射強(qiáng)度就越大，所以對R21阻值的選取要求較高。R21選擇270同時也是基于紅外接收三極管感應(yīng)紅外光靈敏度考慮的。R21過大，通過紅外發(fā)射二極管的電流偏小，紅外接收三極管無法區(qū)別有脈搏和無脈搏時的信號。反之，R21過小，通過的電流偏大，紅外接收三極管也不能準(zhǔn)確地辨別有脈搏和無脈搏時的信號。當(dāng)手指離開傳感器或檢測到較強(qiáng)的干擾光線時，輸入端的直流電壓會出現(xiàn)很大變化，為了使它不致泄露到U2B輸入端而造成錯誤指示，用C8、C9串聯(lián)組成的雙極性耦合電容把它隔斷。當(dāng)手指處于測量位置時，會出現(xiàn)二種情況：一是無脈期。雖然手指遮擋了紅外發(fā)射二極管發(fā)射的紅外光，但是由于紅外接收三極管中存在暗電流，會造成輸出電壓略低。二是有脈期。當(dāng)有跳動的脈搏時，血脈使手指透光性變差，紅外接收三極管中的暗電流減小，輸出電壓上升。但該傳感器輸出信號的頻率很低，如當(dāng)脈搏只有為50次/分鐘時，只有0.78Hz，200次/分鐘時也只有3.33Hz，因此信號首先經(jīng)R22、C10濾波以濾除高頻干擾，再由耦合電容C8、C9加到線性放大輸入端。圖3-3 信號采集電路 3.3.2 信號放大按人體脈搏在運(yùn)動后跳動次數(shù)達(dá)200次/分鐘的計算來設(shè)計低通放大器，如圖3-4所示。R23、C6組成低通濾波器以進(jìn)一步濾除殘留的干擾，截止頻率由R23、C6決定，運(yùn)放U2B將信號放大，放大倍數(shù)由R23和R27的比值決定。圖3-4 低通放大電路根據(jù)一階有源濾波電路的傳遞函數(shù)，可得： （2-1）放大倍數(shù)為： （2-2）截止頻率為： （2-3）按人體的脈搏跳動為200次/分鐘時的頻率是3.3 Hz考慮，低頻特性是令人滿意的。3.3.3 波形整形部分波形整形電路如圖3-5所示，U2C是一個電壓比較器，C11、R29構(gòu)成一個微分器，U2A和C7、R32組成單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，其脈寬由C7、R32決定。該比較器的閥值電壓可用R31調(diào)節(jié)在正弦波的幅值范圍內(nèi)，但是對R31的調(diào)節(jié)要求并不嚴(yán)格，因?yàn)閁2C的輸出信號經(jīng)C11、R29的微分后總是將正、負(fù)相間的尖脈沖加到單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器U2A的反向輸入端，不會造成很大的觸發(fā)誤差。當(dāng)有輸入信號時，U2A在比較器輸入信號的每個后沿到來時輸出高電平，使C7通過R32充電。大約持續(xù)20ms之后，因C7充電電流減小而使U2A同相輸入端的電位降低到低于反相輸入端的電位（尖脈沖已過去很久）。于是U2A改變狀態(tài)并再次輸出低電平。脈沖是與脈搏同步的，并由紅色發(fā)光二極管DS3的閃亮指示出來。即發(fā)光二極管作脈搏測量狀態(tài)顯示，脈搏每跳動一次發(fā)光二極管就亮一次。同時，該脈沖電平通過R24送到單片機(jī)INTO腳，進(jìn)行對心率的計算和顯示。輸出波形如圖3-5所示。圖3-5 波形整形電路3.4 單片機(jī)處理電路本部分運(yùn)用了ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)作為核心元件，在這里運(yùn)用單片機(jī)能更快更準(zhǔn)確地對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，而且可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行編程，所用外圍元件少，輕巧省電，故障率低。來自傳感和整形輸出電路的脈沖電平輸入單片機(jī)AT89C51的INTO腳，單片機(jī)設(shè)為負(fù)跳變中斷觸發(fā)模式，故每次脈沖下降沿到達(dá)時觸發(fā)單片機(jī)產(chǎn)生中斷并進(jìn)行計時，來一個脈沖脈搏次數(shù)就加一，定時器中斷主要完成一分鐘的定時功能。單片機(jī)對一分鐘內(nèi)的脈沖次數(shù)進(jìn)行累加。3.5 顯示電路設(shè)計顯示電路部分采用 LM016L液晶模塊，此液晶模塊采用HD44780控制器，具有簡單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動，閃爍等功能，與單片機(jī)通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式。本設(shè)計中管腳連接方式為D0-D7分別與單片機(jī)P1.0-P1.7連接，圖3-6即為顯示電路。圖3-6 顯示電路3.6 報警電路設(shè)計報警電路由二極管與電阻相連，如需要報警則二極管發(fā)光，其中何時報警可以編寫程序進(jìn)行控制，本設(shè)計中報警電路與單片機(jī)P2.0管腳相連，圖3-7即為報警電路。圖3-7 報警電路3.7 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)應(yīng)包括AT89C51單片機(jī)，晶振電路，復(fù)位電路這幾部分。其中AT89C51單片機(jī)起核心控制作用，復(fù)位電路就好像電腦重啟部分，當(dāng)單片機(jī)因?yàn)槌绦蜻\(yùn)行出現(xiàn)跑飛的情況時，按下復(fù)位鍵便可以使單片機(jī)重新啟動運(yùn)行。晶振電路提供單片機(jī)運(yùn)行的時鐘頻率，頻率越高單片機(jī)運(yùn)行速度越快，因此晶振電路起的作用非常重要9。如圖3-8便是單機(jī)最小系統(tǒng)的電路原圖。圖3-8 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.8 電源電路設(shè)計電源由兩個AAA電池提供。電源透過L1，D1，U3形成PFM升壓電路，R33與C9作為升壓后電壓濾波作用。具體工作方式：當(dāng)3V電壓從L1工流過給升壓IC后，經(jīng)升壓從第3腳輸出5V，Q4為開關(guān)管，在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，Q4不導(dǎo)通，C9，C11為濾波電容。當(dāng)POWER鍵按下時Q4導(dǎo)通，輸出一個5 V的電壓給VCC，供電給其他設(shè)備10。如圖3-9所示：圖3-9 電源電路原理圖3.9 鍵盤電路設(shè)計鍵盤是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話的設(shè)備，借助鍵盤可向系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)，發(fā)出控制指令等。本系統(tǒng)中設(shè)置了4個按鍵，硬件連接圖見圖3-10所示： 圖3-10 鍵盤電路接線圖其中S1鍵是體溫測量鍵，S2鍵為血壓測量鍵，S3為脈搏測量鍵，S4鍵為結(jié)束鍵。因鍵盤數(shù)目很少，所以采用按鍵與單片機(jī)的I/O口線直接連線的方法連接。3.10 USB通信電路要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲，需要將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)。下位機(jī)與上位機(jī)的傳輸方式有很多種，RS232接口是使用較早的一種通用接口電路，目前使用比較普遍。但是RS232與單片機(jī)之間需要電平轉(zhuǎn)換芯，并且MAX232C標(biāo)準(zhǔn)最高傳送速率為20kbitls。而USB接口是近年來迅速發(fā)展的接口標(biāo)準(zhǔn)，目前幾乎所有的新型計算機(jī)的外設(shè)上都使用USB接口，它有數(shù)據(jù)傳輸速度快、連接簡單、兼容性好等特點(diǎn)?？紤]到USB接口的先進(jìn)性以及目前使用的廣泛性，本系統(tǒng)使用USB接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信就完全可以滿足系統(tǒng)的要求11。CP2141是一種單芯片USB轉(zhuǎn)UART的橋接器解決方案。該芯片包含一個USB2.0全速功能控制器EEPROM，緩沖器和帶有調(diào)制解調(diào)器接口信號的異步串行數(shù)據(jù)總線。CP2101的UART接口包括TX(發(fā)送)和RX(接收)數(shù)據(jù)信號以及RTS， CTS，DSR，DTR，DCD和RI控制信號UART支持RTS/CTS，DSR/TR和X-On/X-Off握手。本系統(tǒng)采用RS232轉(zhuǎn)接口芯片CP2101實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的通訊，編程使用CYGNAL免費(fèi)提供的器件驅(qū)動程序可以很容易地將CP2101用于實(shí)現(xiàn)一個有效的COM口。這樣就大大簡化了系統(tǒng)開發(fā)的時間以及成本，更重要的是這還是一款低壓供電的芯片，可以實(shí)現(xiàn)低功耗。在程序中主要是對控制器進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，波特率設(shè)定，工作狀態(tài)選定等12。AT89C51有兩個串行口，此處使用串行口1與CP2101連接，CP2101有一個集成的內(nèi)部振蕩器和USB收發(fā)器，所以無需其它外部電路組件。如圖3-11所示： 圖3-11 CP2101電路圖第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計主程序的設(shè)計由圖4-1可以看出，首先對系統(tǒng)和外接芯片進(jìn)行初始化，然后程序反復(fù)對鍵盤進(jìn)行讀取，如果有鍵按下，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理程序。按下S1鍵時，轉(zhuǎn)入對體溫的檢測并顯示；按下S2鍵時，轉(zhuǎn)入對人體血壓的檢測并顯示；按下S3鍵時，轉(zhuǎn)入對脈搏的檢測并將其值顯示出來；按下S4鍵時，所有程序結(jié)束。當(dāng)體溫，血壓，脈搏檢測完了之后，重新返回讀鍵盤程序，讀取鍵盤并執(zhí)行相應(yīng)的程序，直到有結(jié)束鍵按下，則主程序結(jié)束。重新運(yùn)行時，要等到下次開機(jī)。圖4-1 主程序流程圖4.1 子程序流程圖4.1.1體溫檢測流程圖體溫檢測圖如圖4-2所示，由于單片機(jī)與DS18B20采用單總線模式，所以編程時嚴(yán)格按照DS18B20的讀寫時序。首先是將數(shù)據(jù)線拉高500微秒左右時間，然后釋放數(shù)據(jù)線，然后單片機(jī)等待DS18B20發(fā)出60240微秒的脈沖，一旦DS18B20發(fā)出該脈沖，單片機(jī)接收到了該脈沖，則對DS18B20進(jìn)行初始化，先發(fā)出ROM指令，再發(fā)出RAM指令，再發(fā)體溫轉(zhuǎn)化指令，再延時750微秒，單片機(jī)這時讀取體溫值，如果超限進(jìn)行報警提醒，如果沒有超限則將體溫值用數(shù)碼管顯示出來。最后判斷是否有S4鍵按下如果有該鍵按下，則退出該子程序，返回主程序，如果該鍵沒有按下則繼續(xù)檢測體溫13。圖4-2 體溫檢測流程圖4.1.2 血壓檢測流程圖 如圖4-3所示，即血壓檢測流程圖圖4-3 血壓檢測流程圖4.1.3 脈搏檢測流程圖 脈搏程序流程圖如圖4-4所示，檢測脈搏采用中斷完成，每次中斷對脈搏數(shù)進(jìn)行加1，完成對脈搏數(shù)的計數(shù)。脈搏檢測子程序，利用單片機(jī)中的兩個定時計數(shù)器進(jìn)行1分鐘延時，檢查脈搏數(shù)為多少，如果超限則報警，提醒使用者注意脈搏數(shù)。沒有超限的話，通過單片機(jī)內(nèi)部的處理程序?qū)⒚}搏數(shù)轉(zhuǎn)換成BCD碼，再通過液晶顯示模塊進(jìn)行脈搏數(shù)的顯示，并將脈搏數(shù)清0。這時判斷有沒有S4鍵按下，如果有，則結(jié)束子程序，返回子程序，如果沒有，則繼續(xù)對脈搏測量14。中斷程序圖4-4 脈搏檢測流程圖4.1.4 鍵盤電路流程圖 本系統(tǒng)采用按鍵組成的獨(dú)立鍵盤來記錄，清除各個檢測指標(biāo)的信息。鍵盤程序的編寫有查詢方式和中斷方式。采用查詢方式時MCU一直在查詢有沒有鍵被按下，不能做其他的事情，MCU采用此方法效率很低15。為提高M(jìn)CU的效率，本系統(tǒng)采用外部中斷的方式（擴(kuò)展的外部中斷）查詢按鍵是否被按下，獨(dú)立鍵盤查詢的結(jié)構(gòu)流程圖如圖4-5所示：圖4-5 鍵盤電路流程圖第五章 總結(jié)本系統(tǒng)所設(shè)計的健康檢測系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C51最小系統(tǒng)板為控制核心，以體溫檢測模塊、脈搏檢測模塊、血壓檢測模塊、數(shù)碼顯示模塊、鍵盤電路模塊為主要的模塊單元。本系統(tǒng)設(shè)計的健康檢測系統(tǒng)，能適合任何的場合，實(shí)時地檢測人體健康狀況的技術(shù)指標(biāo)。該系統(tǒng)通過鍵盤進(jìn)行功能選擇，能檢測人體的體溫、脈搏、血壓的指標(biāo)參數(shù)。系統(tǒng)具有發(fā)光報警功能，為了進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)的功能并使系統(tǒng)具有更好地兼容性，通過串口和PC機(jī)進(jìn)行通訊。隨著電子技術(shù)應(yīng)用的迅速普及，人們健康意識的不斷增強(qiáng)，人們對人體健康檢測儀器的要求會更加多樣化、多功能、低功耗、更加便攜式的方向發(fā)展。在系統(tǒng)設(shè)計中，還有許多問題需要解決，人體健康檢測儀器的開發(fā)還有很大的空間。33參考文獻(xiàn)1 張毅剛,彭喜元,等.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京:高等教育出版社,2010:87-942 王兆安,劉進(jìn)軍,等.電力電子技術(shù)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009:163-1773 劉繼光.人體脈搏信號的采集裝置D.沈陽:沈陽工業(yè)大學(xué),2006:120-1304 戴梅萼,史嘉權(quán),微型計算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用M.北京:清華大學(xué)出版社,2008:297-3085 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)M.北京:清華大學(xué)出版社,1996:11-146 李全利.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.北京:高等教育出版社,2008:8-137 童詩白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M北京:高等教育出版社,2001:85-888 賈振國.DS1820及高精度溫度測量的實(shí)現(xiàn)J.電子技術(shù)應(yīng)用,2000（1）:58-59.9 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