基于單片機的便攜式人體健康指標檢測系統(tǒng)設(shè)計(共41頁)

1、畢業(yè)設(shè)計(b y sh j)（論文）題 目基于單片機的便攜式人體健康指標檢測系統(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(li yu)二十日獨 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，獨立進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(grn)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的個人和集體均已在文中以明確方式標明本聲明(shngmng)的法律后果由本人承擔。作者(zuzh)簽名: 年 月 日畢業(yè)設(shè)計（論文）使用授

2、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）PAGE PAGE ii基于單片機的便攜式人體健康指標檢測系統(tǒng)(xtng)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(shnt

3、)進行檢查，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進行檢測，必須隨身攜帶多種檢測裝置，給使用者帶來了麻煩。因此(ync)本設(shè)計對多種人體信號進行檢測，減少使用者的麻煩。系統(tǒng)以AT89C51單片機為控制核心，硬件主要包括：單片機最小系統(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)能實時的對人體體溫、脈搏、血壓進行檢測，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機通訊，將存儲

4、資料進行打印。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, con

5、venient 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 d

6、etective 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,

7、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 alar

8、m 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 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） PAGE II目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc391301226 第一章 緒論(x

9、ln) PAGEREF _Toc391301226 h 1 HYPERLINK l _Toc391301227 1.1 研究(ynji)目的和意義 PAGEREF _Toc391301227 h 1 HYPERLINK l _Toc391301228 1.2 國內(nèi)外研究(ynji)現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc391301228 h 2 HYPERLINK l _Toc391301229 1.3 本課題的主要研究內(nèi)容 PAGEREF _Toc391301229 h 3 HYPERLINK l _Toc391301230 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 PAGEREF _Toc391301230 h

10、5 HYPERLINK l _Toc391301231 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc391301231 h 6 HYPERLINK l _Toc391301232 3.1 體溫測量模塊 PAGEREF _Toc391301232 h 6 HYPERLINK l _Toc391301233 3.2 血壓測量模塊 PAGEREF _Toc391301233 h 7 HYPERLINK l _Toc391301234 3.3 脈搏測量模塊 PAGEREF _Toc391301234 h 7 HYPERLINK l _Toc391301235 3.3.1 脈搏信號采集電路 PAGER

11、EF _Toc391301235 h 8 HYPERLINK l _Toc391301236 3.3.2 信號放大 PAGEREF _Toc391301236 h 9 HYPERLINK l _Toc391301237 3.3.3 波形整形部分 PAGEREF _Toc391301237 h 9 HYPERLINK l _Toc391301238 3.4 單片機處理電路 PAGEREF _Toc391301238 h 10 HYPERLINK l _Toc391301239 3.5 顯示電路設(shè)計 PAGEREF _Toc391301239 h 10 HYPERLINK l _Toc391301

12、240 3.6 報警電路設(shè)計 PAGEREF _Toc391301240 h 11 HYPERLINK l _Toc391301241 3.7 單片機最小系統(tǒng) PAGEREF _Toc391301241 h 11 HYPERLINK l _Toc391301242 3.8 電源電路設(shè)計 PAGEREF _Toc391301242 h 12 HYPERLINK l _Toc391301243 3.9 鍵盤電路設(shè)計 PAGEREF _Toc391301243 h 12 HYPERLINK l _Toc391301244 3.10 USB通信電路 PAGEREF _Toc391301244 h 13

13、 HYPERLINK l _Toc391301245 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc391301245 h 15 HYPERLINK l _Toc391301246 4.1 子程序流程圖 PAGEREF _Toc391301246 h 15 HYPERLINK l _Toc391301247 4.1.1體溫檢測流程圖 PAGEREF _Toc391301247 h 15 HYPERLINK l _Toc391301248 4.1.2 血壓檢測流程圖 PAGEREF _Toc391301248 h 17 HYPERLINK l _Toc391301249 4.1.3 脈搏檢測流程

14、圖 PAGEREF _Toc391301249 h 17 HYPERLINK l _Toc391301250 4.1.4 鍵盤電路流程圖 PAGEREF _Toc391301250 h 19 HYPERLINK l _Toc391301251 第五章 總結(jié)(zngji) PAGEREF _Toc391301251 h 20 HYPERLINK l _Toc391301252 參考文獻 PAGEREF _Toc391301252 h 21 HYPERLINK l _Toc391301253 謝 辭 PAGEREF _Toc391301253 h 22 HYPERLINK l _Toc391301

15、254 附 錄 PAGEREF _Toc391301254 h 23 PAGE 15第一章 緒論(xln)近年來不明流行(lixng)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(chnghu)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散，并以實用性、經(jīng)濟性、可靠性與方便攜帶性為設(shè)計目標，期能達到大眾化需求的商業(yè)目標。一般而言，生命機能常被指為體溫、血壓、脈搏等，當這些生命機能有所變異時，往往代表人體出現(xiàn)異狀，須進一步檢查，尤其在2003年SARS擴大傳染期間

16、，發(fā)燒為病毒傳染的分界點，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。本生命機能檢測系統(tǒng)將針對體溫、血壓、脈搏進行檢測，并對檢測資料做長期分析，當生理機能有一定程度變異時提出適當警示，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

17、。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)檢護從大型醫(yī)院擴展到社區(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(xidi)有豐富的人體健康狀況信息，自公元三世紀我國最早的脈

18、學(xué)專著脈 經(jīng)問世以來，脈學(xué)理論得到了不斷的充實和提高，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(zhuq)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(zl)、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

19、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)計的目標是具有便攜式特點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)護系統(tǒng)是一種用來對病人的生理參數(shù)進行連續(xù)、長時間、自動、

20、實時監(jiān)測、分析處理后實現(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)護系統(tǒng)可用來實時分析、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60年代以來，人體生理監(jiān)護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、物力進行監(jiān)護系統(tǒng)的開發(fā)、生產(chǎn)與銷售，促進了監(jiān)護系統(tǒng)的發(fā)展和普及。世界各國紛紛建立起冠心病監(jiān)護病房，重癥監(jiān)護室，腦疾患者監(jiān)護室，在手術(shù)室，分娩室，康復(fù)室內(nèi)等一些專科病房加強了監(jiān)護措施。但是國內(nèi)監(jiān)護系統(tǒng)的科研、生產(chǎn)與國際先進水平相比還存在一定的差距：高、精、尖的監(jiān)

21、護設(shè)備大部分依賴于國外進口，價格比較昂貴，中小醫(yī)院無力購買，嚴重影響了監(jiān)護系統(tǒng)在我國的應(yīng)用和推廣4。 目前(mqin)所知的監(jiān)護系統(tǒng)(xtng)是指用來監(jiān)測病人生理、病理參數(shù)(cnsh)的病情監(jiān)護系統(tǒng)。由于計算機的快速發(fā)展，目前病情監(jiān)護系統(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進行處理和分析，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)備由大型的微機系統(tǒng)逐漸發(fā)展成以單片機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系統(tǒng)內(nèi)的程序來實現(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

22、機的發(fā)展，采用的單片微機芯片幾乎都是低位的C51系列單片機。隨著單片機技術(shù)的發(fā)展，功能越來越強大越來越精密的高位單片機更多地應(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)測儀以及遠程監(jiān)測系統(tǒng)正在如火如荼的進行著，已經(jīng)逐漸建立起以家庭監(jiān)護為基礎(chǔ)的“家庭一社區(qū)一醫(yī)院”三層遠程監(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

23、系統(tǒng)可以對人體的狀態(tài)進行無間斷的記錄。當人體出現(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)、單片機技術(shù)、計算機技術(shù)的高速發(fā)展，使得人體生理信號監(jiān)護設(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

24、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(xnx)檢測(jin c)與分析系統(tǒng)的硬件數(shù)字(shz)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)(xtng)以AT89C51單片機為控制(kngzh)核心，以體溫檢測模塊、脈搏(mib)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

25、測，血壓檢測。人體體溫檢測利用芯片DS18B20這個數(shù)字溫度傳感器進行溫度測量，測得的數(shù)據(jù)如果超限則進行報警。脈搏檢測采用傳感器將脈搏轉(zhuǎn)換成單片機可以接受的信號，每跳動一次就產(chǎn)生一個脈沖，讓單片機產(chǎn)生一個中斷，每中斷一次就進行一次計數(shù)，每分鐘進行一次采樣進行統(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、實時的測量體溫、血壓、脈搏這些要求檢測參數(shù)，能夠達到系統(tǒng)設(shè)計的各項指標，設(shè)計方案是切實可行的。圖2-1 系統(tǒng)總體方案框圖第三章 系統(tǒng)硬件(yn jin)設(shè)計人體健康檢測器的硬件電路主要由以下幾部分(b fen)組成：體溫測量(cling)模塊、血壓測量模塊

26、、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行采樣，將溫度轉(zhuǎn)換為電信號才能輸入系統(tǒng)進行信息轉(zhuǎn)換和處理。所以傳感器是實現(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與單片機的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時VDD， GND接地

27、，I/O接單片機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(xuy)測量模塊(m kui)血壓測量(cling)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

28、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連接到單片機的P2.1腳上即可。如圖3-2所示： 圖3-2 ASDX001與單片機的連接電路原理圖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)

29、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(f un)二級管和光敏二極管組成，其工作(gngzu)原理是：發(fā)光(f un)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)射強度就越大，所以對R21阻值的選取要

30、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確地辨別有脈搏和無脈搏時的信號。當手指離開傳感器或檢測到較強的干擾光線時，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。當有跳動的脈搏時，血脈使

31、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(xnho)放大按人體(rnt)脈搏在運動后跳動次數(shù)達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(z chn)低通濾波器以進一步濾除殘留的干擾，截止頻率由R23、C6決定，運放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

32、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(bjio)器的閥值電壓可用R31調(diào)節(jié)(tioji)在正弦波的幅值范圍內(nèi)，但是對R31的調(diào)節(jié)要求(yoqi)并不嚴格，因為U2C的輸出信號經(jīng)C11、R29的微分后總是將正、負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。當有輸

33、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INTO腳，進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 單片機處理電路本部分運用了ATMEL公司的AT89C51單片機作為核心元件，在這里運用單片機能更快更準確地對數(shù)據(jù)進行

34、運算，而且可以根據(jù)實際情況進行編程，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AT89C51的INTO腳，單片機設(shè)為負跳變中斷觸發(fā)模式，故每次脈沖下降沿到達時觸發(fā)單片機產(chǎn)生中斷并進行計時，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。單片機對一分鐘內(nèi)的脈沖次數(shù)進行累加。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的指令集，可以實現(xiàn)字符移動，閃爍等功能，與單片機通訊可采用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P1.0-P1.7連接，圖3-6即

35、為顯示電路。圖3-6 顯示(xinsh)電路3.6 報警(bo jng)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(f un)，其中何時報警可以編寫程序進行控制，本設(shè)計中報警電路與單片機P2.0管腳相連，圖3-7即為報警電路。圖3-7 報警電路3.7 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)應(yīng)包括AT89C51單片機，晶振電路，復(fù)位電路這幾部分。其中AT89C51單片機起核心控制作用，復(fù)位電路就好像電腦重啟部分，當單片機因為程序運行出現(xiàn)跑飛的情況時，按下復(fù)位鍵便可以使單片機重新啟動運行。晶振電路提供單片機運行的時鐘頻率，頻率越高單片機運行速度越快，因此晶振電路起的作用非常重要9。如圖3-8

36、便是單機最小系統(tǒng)的電路原圖。圖3-8 單片機最小系統(tǒng)(xtng)3.8 電源(dinyun)電路設(shè)計電源(dinyun)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)機狀態(tài)下，Q4不導(dǎo)通，C9，C11為濾波電容。當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(jinpn)電路設(shè)計鍵盤是實現(xiàn)(shxin)人機對話的設(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

37、統(tǒng)中設(shè)置了4個按鍵(n jin)，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的I/O口線直接連線的方法連接。3.10 USB通信電路要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲，需要將數(shù)據(jù)上傳至上位機。下位機與上位機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與單片機之間需要電平轉(zhuǎn)換芯，并且MAX232C標準最高傳送速率為20kbitls。而USB接口是近年來迅速發(fā)展的接口標準，目前幾乎所有的新型計算機的外設(shè)上都使用USB接口，它有數(shù)據(jù)傳輸速度

38、快、連接簡單、兼容性好等特點。考慮到USB接口的先進性以及目前使用的廣泛性，本系統(tǒng)使用USB接口實現(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)(xtng)采用RS232轉(zhuǎn)接口(ji ku)芯片CP2101實現(xiàn)(shxin)與PC機的通訊，編程使用

39、CYGNAL免費提供的器件驅(qū)動程序可以很容易地將CP2101用于實現(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，可以實現(xiàn)低功耗。在程序中主要是對控制器進行參數(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 PAGE 37第四章 系統(tǒng)軟件(x tn run jin)設(shè)計主程序的設(shè)計(shj)由圖4-1可以看出，首先對系統(tǒng)和外接芯片進行初始化，然后程序(chngx)反

40、復(fù)對鍵盤進行讀取，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。重新運行時，要等到下次開機。圖4-1 主程序流程圖4.1 子程序流程圖4.1.1體溫(twn)檢測(jin c)流程圖體溫(twn)檢測圖如圖4-2所示，由于單片機與DS18B20采用單總線模式，所以編程時嚴格按照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

41、后釋放數(shù)據(jù)線，然后單片機等待DS18B20發(fā)出60240微秒的脈沖，一旦DS18B20發(fā)出該脈沖，單片機接收到了該脈沖，則對DS18B20進行初始化，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，單片機這時讀取體溫值，如果超限進行報警提醒，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(twn)檢測流程圖4.1.2 血壓(xuy)檢測流程圖 如圖4-3所示，即血壓(xuy)檢測流程圖圖4-3 血壓(xuy)檢測流程圖4.1.3 脈搏檢測(jin c)流程圖

42、脈搏(mib)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，利用單片機中的兩個定時計數(shù)器進行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(zhngdun)程序(chngx)圖4-4 脈搏(mib)檢測流程圖4.1.4 鍵盤(jinpn)電路流程圖 本系統(tǒng)采用按鍵組成的獨立鍵盤(jinpn)來記錄，清除

43、各個檢測(jin c)指標的信息。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MCU的效率，本系統(tǒng)采用外部中斷的方式（擴展的外部中斷）查詢按鍵是否被按下，獨立鍵盤查詢的結(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)(zngji)本系統(tǒng)所設(shè)計的健康檢測(jin c)系統(tǒng)采用單片機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(xinsh)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，實時地檢測人體健康狀況的技術(shù)指標

44、。該系統(tǒng)通過鍵盤進行功能選擇，能檢測人體的體溫、脈搏、血壓的指標參數(shù)。系統(tǒng)具有發(fā)光報警功能，為了進一步擴展系統(tǒng)的功能并使系統(tǒng)具有更好地兼容性，通過串口和PC機進行通訊。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，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。參考文獻1 張毅剛,彭喜元,等.單片機原理(yunl)及應(yīng)用M.北京:高等教育出版社,2010:87-942 王兆安,劉進軍,等.電力電子(dinz)技術(shù)M.北京:機械(jxi)工業(yè)出版社,2009:163-1773 劉繼光.

45、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現(xiàn)J.電子技術(shù)應(yīng)用,2000（1）:58-59.9 陳傳虞,劉明.LED驅(qū)動芯片工作原理與電路設(shè)計M.北京:人民郵電出版社,2011:32-4210 趙負圖,傳

46、感器集成電路手冊M北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.411 Xue Shilong,Chen Yihui. The Marine Anchor And winchs Frequency-conversion And Speed-modification System Based on MCU ControlJ.IMECE.2003:15-2012 ATMEL8bit Mircocontroller with 4k Bytes Flash AT89C51Z.2000:56-8913 鐘全剛.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計M.大連:大連理工大學(xué),2005:32-4514 朱智章編.單片機控制的多功能診治儀的設(shè)計J

47、.電子技術(shù),1996年（6）:198-20015 周立功.單片機實驗與實踐M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004,8謝 辭此次(c c)設(shè)計是在張公永老師的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師為論文課題(kt)的研究提出了許多指導(dǎo)性的意見，為論文的撰寫、修改提供了許多具體的指導(dǎo)和幫助。張公永老師嚴謹治學(xué)的工作作風(fēng)，孜孜不倦的敬業(yè)精神，給我留下了深刻的印象(ynxing)，使我受益良多在本文結(jié)束之際，特向我的導(dǎo)師說聲感謝！通過此次設(shè)計，一方面使我認識到自己的不足，發(fā)現(xiàn)了學(xué)習(xí)中的錯誤之處；另一方面又鞏固和積累了豐富的知識，吸取別人好的方法和經(jīng)驗，增強對復(fù)雜問題的解決方法和能力，為自己今后的工作和學(xué)習(xí)打下堅實

48、的基礎(chǔ)。經(jīng)過這次努力，使我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計這份畢業(yè)設(shè)計既是對我過去四年知識的總結(jié)又是自己知識的積累也大大加深了對單片機的了解。也感謝濱州學(xué)院所有教導(dǎo)過我的老師，謝謝你們四年來的悉心教導(dǎo)與關(guān)心愛護。最后，感謝我親愛的同學(xué)，尤其是施龍同學(xué)，還有我的舍友們。感謝他們在生活及情感上的容忍及包容，在我完成論文的學(xué)習(xí)生活中，默默的支持著我。因為有了他們我才堅持到了最后，因為有了他們我才獲得了成功。附 錄總原理圖主程序清單主程序：ORG 0000HFLAG BIT 00HLJMP 0030HORG 0003HLJMP INT0； 中斷(zhngdun)服務(wù)程序，用于測量(cling)脈搏ORG 0013

49、H LJMP INT10030:START:NOPKAISHI:NOPJNB P1.2,XINTIAOJNB P1.3,WENDUJNB P1.4,XUEYAJNB P1.5,ENDDSJMP KAISHI XINTIAO： SETB EA SETB EX0LCALL XIN SJMP KAISHIWENDU：LCALL WENDU SJMP KAISHIXUEYA：LCALL XUE SJMP KAISHI DELY500:MOV R7,#250LOOP: NOPDJNZ R7,LOOPRETD547: CLR C MOV A, R4SUBB A,R7JC DV50SETB OVRETDV5

50、0:MOV R6,#8 DV51:MOV A,R5RLC AMOV R5,AMOV A,R4RLC AMOV R4,AMOV F0,CCLR CSUBB A,R7ANL C,/F0JC DV52MOV R4,ADV52:CPL CMOV A ,R3RLC AMOV R3,ADJNZ R6, DV51MOV A,R4ADD A,R4JC DV53SUBB A,R7JC DV54DV53:INC R3DV54:CLR OVRETBAOJING:NOPKAI：JNB FLAG,NEXTMOV R2,#200DV:CPL P1.0LCALL DELY500LCALL DELY500DJNZ R2,DV

51、CPL FLAGNEXT:MOV R2,#200DV1:CPL P1.0LCALL DELY500DJNZ R2,DV1CPL FLAGJNB P1.6, KAIRETINT0: PUSH R0PUSH A MOV R0, #43H MOV A,R0 INC AMOV R0, APOP APOP R0RETIINT1：MOV A，P0 MOV R0，#51HMOV R0.A SETB F0RETIENDD: NOPNOP END子程序清單脈搏(mib)子程序XIN:NOPBEGIN：MOV R0,#43HMOVA,#0HMOV R0,AMOV TMOD,#01010001BREPEAT:MOV

52、 TH1,#15HMOV TL1,#A0HMOV THD,#0FCHMOV TL0,#18HCLR P3.5MOV IE,#88HSETB TR1SETB TR0LOOP:JNB,TF0,$CLR TF0JBC F0,ELSESETB P3.5MOV TH0,#0FCHMOV TL0,#18HCLR P3.5SJMP LOOPELSE:MOV R0,#43HMOV A,R0MOV B,#100DIV ABMOV R0,#40HMOV R0,AMOV A,#10XCH A BDIV ABMOV R0,#41HMOV R0,AMOV A,BMOV R0,42HMOV R0,A；延時一分鐘SHOW:

53、MOV A,R0MOV R0,#41HMOV A,R0MOV R0,#42HSWAP AXCHD A,R0MOV DPTR,#BFFFHMOVX DPTR,AMOV R0,#40HMOV A,R0MOV DPTR,#7FFFHMOVX DPTR,A；顯示(xinsh)脈搏MOV R0,#43HMOV A,R0MOV R2,ASUBB A,#100JC BAOJING；C=1,BAOMOV A,R2SUBB A,#60JNC BAOJING；C=0,BAOSJMP HHHBAO：LCALL BAOJING RETHHH：JNB P1.6,ENDDDDSJMP BEGIN ENDDDD：RET體溫(twn)檢測子程序WENDU： NOPSTART：SETB P3.5；將I/O口置位 SETB P3.5 NOPCCR P3.5； 主機(zhj)發(fā)出537微秒的復(fù)位(f wi)低脈沖MOV R1，#3TSR1：MOV R0，#107DJNZ R0，$SETB P3.5； 然后(rnhu)拉高數(shù)據(jù)NOPNOPNOPMOV R0，#25HTSR2：JNB P35，TSR3；等待DS18B20回應(yīng) DJNZ R0，TSR2 LJMP TSR4；延