智能老人睡眠監(jiān)護(hù)裝置畢業(yè)設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計說明書題目：智能老人睡眠監(jiān)護(hù)裝置產(chǎn)品設(shè)計工藝設(shè)計方案設(shè)計√類型：學(xué)生姓名：學(xué)號：學(xué)院：電子信息工程學(xué)院專業(yè)：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)班級：學(xué)校指導(dǎo)教師：企業(yè)指導(dǎo)教師：2016年04月29日摘要據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全世界約有70%的人們睡眠尚未達(dá)到深度睡眠，失眠、難入睡、早醒多夢、翻身次數(shù)多等睡眠障礙勢必將對身心健康產(chǎn)生影響。而在科技快速發(fā)展的今天，為了讓監(jiān)護(hù)人員加深對老年人身體狀況的了解，提供可靠的數(shù)據(jù)來源。所以設(shè)計了“智能老人睡眠監(jiān)護(hù)裝置”。該設(shè)計由led燈亮滅模塊，數(shù)碼管顯示模塊，人體紅外感應(yīng)模塊以及arduino主板來構(gòu)成硬件電路。通過程序來控制各個電路運(yùn)行。程序簡潔易懂。硬件電路連接簡易。容易上手操作。主要用于監(jiān)控老人睡眠情況。通過人體紅外傳感器來監(jiān)測老人是否起床，人體紅外傳感器把監(jiān)測到的數(shù)據(jù)發(fā)送給arduino主板，主板根據(jù)程序來控制led燈的亮滅，并且記錄led燈的亮滅次數(shù)，再把led燈的亮滅次數(shù)由數(shù)碼管顯示出來，從而反應(yīng)出老人晚上的睡眠情況。為老年人身體狀況的分析提供了可靠的數(shù)據(jù)。極大地加深了監(jiān)護(hù)人員對老年人健康程度的了解。關(guān)鍵詞：監(jiān)護(hù)；智能；記錄；簡單目錄1．緒論 1．緒論由于現(xiàn)今很多年輕人都外出打工，導(dǎo)致“空巢老人”的增長。而老年人的問題也日益增多，加上子女對老年人的重視與關(guān)愛，所以老年人方面的產(chǎn)品是一個很大的市場。睡眠是一件功效很好的事情，睡眠不好的話會誘發(fā)很多的疾病，這就是老年人為什么不能失眠的原因，老年睡眠少會誘發(fā)的疾病老年癡呆就是其中一種，研究證實(shí)，干休所高齡離退休老年人睡眠質(zhì)量較差，睡眠質(zhì)量與認(rèn)知損害存在相關(guān)性。因此，從積極防治各種慢性疾病著手，注意結(jié)合老年人的性格特征、生活習(xí)慣、家庭環(huán)境等，給予積極生理、心理干預(yù)，重視改善老年人的睡眠質(zhì)量，有利于延緩認(rèn)知功能損害進(jìn)程。所以老年人一定要想盡辦法改善睡眠。而老年人的問題大多數(shù)是日常生活中的一些問題，所以產(chǎn)品的設(shè)計基本都是面向老年人日常生活方面的。這次我的設(shè)計主要針對老年人睡眠方面的問題智能老年人睡眠監(jiān)護(hù)裝置。2．工作原理及功能要求2.1工作原理當(dāng)老人起床時，紅外傳感器感應(yīng)到后，發(fā)送信號到Arduino主板。主板開始對數(shù)據(jù)處理并按照代碼進(jìn)行相應(yīng)動作。如果接收到的信號是1，led燈就會開始緩慢亮起；如果接收到的信號是0，led燈就會熄滅。Led燈的亮滅次數(shù)會通過數(shù)碼管顯示模塊顯示出來，從而反映老人一個晚上的睡眠情況。2.1.1數(shù)碼管顯示模塊工作原理數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。①靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8＝40根I/O端口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個呢：），實(shí)際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。②動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。圖2.1（a）共陰極圖2.2(b)共陽極圖2.1（a）共陰極圖2.2(b)共陽極2.1.2LED燈模塊工作原理1個原子中的電子有很多能級，當(dāng)電子從高能級向低能級跳變時，電子的能量就減少了，而減少的能量則轉(zhuǎn)變成光子發(fā)射出去。大量的這些光子就是激光了。LED原理類似。不過不同的是，LED并不是通過原子內(nèi)部的電子躍變來發(fā)光的，而是通過將電壓加在LED的PN結(jié)兩端，使PN結(jié)本身形成一個能級（實(shí)際上，是一系列的能級），然后電子在這個能級上躍變并產(chǎn)生光子來發(fā)光的。新型LED顯示屏件有功耗低、亮度高、壽命長、尺寸小等優(yōu)點(diǎn)該模塊分為VCC.GND.IN這3個腳，VCC接5V電源，GND接地，IN接控制腳。IN輸出0，則LED燈熄滅，若IN腳輸出為1，則LED燈亮起。2.1.3人體紅外模塊工作原理普通人體會發(fā)射10um左右的特定波長紅外線，用專門設(shè)計的傳感器就可以針對性的檢測這種紅外線的存在與否，當(dāng)人體紅外線照射到傳感器上后，因熱釋電效應(yīng)將向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生控制信號。這種專門設(shè)計的探頭只對波長為10μm左右的紅外輻射敏感，所以除人體以外的其他物體不會引發(fā)探頭動作。探頭內(nèi)包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號輸出。一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，于是輸出檢測信號。

為了增強(qiáng)敏感性并降低白光干擾，通常在探頭的輻射照面覆蓋有特殊的菲泥爾濾光透鏡，菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距（感應(yīng)距離），從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴(yán)密。傳感器的光譜范圍為1～10μm，中心為6μm，均處于紅外波段，是由裝在TO－5型金屬外殼的硅窗的光學(xué)特性所決定。該人體紅外模塊分為VCC.GND.OUT這3個腳，VCC接5V電源，GND接地，OUT腳接IO口。可以通過改變引腳的連接來選擇主板讀取到的值為模擬值還是數(shù)字值。通過旋鈕開關(guān)來決定人體紅外傳感器工作的范圍大小和角度。2.2功能要求 LED燈實(shí)現(xiàn)緩慢亮滅功能B.數(shù)碼管可正常顯示LED燈的亮滅次數(shù)C.人體紅外傳感器可正常輸送數(shù)據(jù)3．設(shè)計內(nèi)容3.1設(shè)計方案A.當(dāng)人體紅外傳感器感應(yīng)到物體時，arduino主板控制LED燈開始逐漸亮起。沒感應(yīng)到物體時，LED燈再逐漸熄滅。B.LED燈的亮滅次數(shù)通過arduino板顯示在單個數(shù)碼管上。C.按下復(fù)位鍵后，數(shù)據(jù)全部清除，程序開始重新跑，重新記錄LED燈亮滅次數(shù)。3.2元件清單表3.1材料清單表名稱數(shù)量金額Arduino（UNO）主板142元數(shù)碼管顯示模塊13元LED燈模塊 1 7元人體紅外感應(yīng)模塊112元杜邦線若干5元3.3系統(tǒng)框架圖圖3.1系統(tǒng)框架圖4．設(shè)計調(diào)試4.1硬件調(diào)試在硬件組裝調(diào)試的過程中，由于購買器件時沒注意看引腳的連接方式，導(dǎo)致連接出現(xiàn)問題，后來還是找同學(xué)幫忙才找到子母杜邦線，因此耽誤了幾天。以后購買元器件的時候一定會更加細(xì)心，避免出現(xiàn)此類問題。在調(diào)試的過程中主要運(yùn)用了數(shù)字萬用表。首先參照事先設(shè)計好的原理圖仔細(xì)檢測在實(shí)物中是否有接錯不當(dāng)?shù)牡胤?主要檢查集成電路的引腳與導(dǎo)線是否出錯接錯和是否出現(xiàn)了短路)，若檢測到有，立即糾正。避免給實(shí)物通電之后，出現(xiàn)意外。然后用數(shù)字萬用表檢測實(shí)物中是否有不導(dǎo)通的地方，若有短路等現(xiàn)象，立即修正。以防通電后不能工作。完成上一步之后，給實(shí)物通電后，進(jìn)行調(diào)試。4.2軟件調(diào)試程序分為人體紅外模塊讀取，數(shù)碼管顯示控制和LED燈控制3個子函數(shù)。在調(diào)試過程中，打開串口助手，看見人體紅外讀取回來的數(shù)據(jù)很亂也變得很快。一直以為是程序哪個地方設(shè)置出了問題。后來就用最簡單的程序來驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)問題同樣是出現(xiàn)的。一直煩惱了好多天。經(jīng)老師提醒后才想到會不會是硬件的問題。經(jīng)過幾天的分析和查證。原來是因?yàn)槿梭w紅外傳感器的靈敏度太高，導(dǎo)致感應(yīng)異常，達(dá)不到預(yù)計的效果。后來用膠布把人體紅外傳感器裹了一層，才把靈敏度降下來。開始達(dá)到了自己預(yù)計的效果。沒過多久就又發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管又一個數(shù)字“7”顯示異常。用其他的簡單程序驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)沒問題，排除了硬件問題。一直在程序里看設(shè)置是否錯誤。好在程序不是特別長。經(jīng)過2天的反復(fù)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)原來是因?yàn)槌绦蚶镉?個定義的數(shù)一樣發(fā)生沖突，導(dǎo)致數(shù)碼管顯示異常的。把程序改好后，經(jīng)過n次的實(shí)驗(yàn)，設(shè)計全部達(dá)到了預(yù)計的效果，并沒有發(fā)生其他問題。至此這個設(shè)計就算是成功完成了。5．結(jié)論本次的設(shè)計主要是針對老年人睡眠情況的數(shù)據(jù)采集。為監(jiān)護(hù)人員數(shù)據(jù)收集提供了便利。同時也方便了老年人自己對自己身體健康狀況的了解。為老年人的健康生活提供了保障。這個設(shè)計不但適合養(yǎng)老院等養(yǎng)老機(jī)構(gòu)使用，也適合老年人在家里自己使用。且結(jié)構(gòu)簡單，使用便利。只要插上電源就可以使用。而且不占地方，并且省去了起床時開燈的麻煩，只要一起床就會自動緩慢亮起，避免燈光突然的亮起損傷眼睛。但是此設(shè)計的穩(wěn)定性差，需要改進(jìn)。因?yàn)槿梭w紅外傳感器是場效應(yīng)的。所以，會存在蠻大的誤報率，導(dǎo)致燈無法按實(shí)際要求亮滅。需要用其他方法來代替人體紅外傳感器實(shí)現(xiàn)收據(jù)數(shù)據(jù)的功能，從而降低設(shè)計的誤報率，來提高它的穩(wěn)定性。數(shù)碼管顯示模塊的數(shù)據(jù)因?yàn)闆]有加寄存器存儲數(shù)據(jù)，所以每次主板復(fù)位程序開始重新跑后，數(shù)據(jù)都會被清零，第二天也就無法去查詢前一天的數(shù)據(jù)了。

參考文獻(xiàn)王桂榮，李憲芝.傳感器原理及應(yīng)用[M].北京:中國電力出版社，2010-05-01.戴佳，戴衛(wèi)恒，劉博文.51單片機(jī)c語言應(yīng)用程序設(shè)計實(shí)例精講（第二版）[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008-13-01.MassimoBanzi,于欣龍,郭浩贇.愛上Arduino[M].北京:人民郵電出版社，2011-07.

致謝在此，要感謝指導(dǎo)老師對我的指導(dǎo)和建議，每次在我迷茫不知所措的時候，老師總是可以幫我指清道路，告訴我該往哪個方向去思考。每次和老師交流后，都會有種茅塞頓開的感覺。好多專業(yè)的問題，都是老師帶著我們一步一步解決的。雖然老師可以直接告訴我怎么做，但是老師總是深入淺出的講解，讓我自己慢慢的找到解決方法。老師的辛苦和付出，我們都是看得到的。千言萬語也只能說一句“老師，謝謝您，辛苦了”。同時也要感謝同學(xué)們的鼓勵和支持。當(dāng)我缺少材料的時候，是你們伸出了雙手。即使大家都很忙，每個人都有自己的事情要做。但當(dāng)你們聽到我的困難后，還是花著那所剩不多的時間來幫助我。給我提供便利。不是你們的支持和幫助，我也不可能在這有限的時間內(nèi)完成自己的作品，是你們給了我溫暖，謝謝你們，可愛的你們。最后，感謝學(xué)校。謝謝學(xué)校為我們提供了一個非常棒的學(xué)習(xí)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)室為我們開發(fā)，工具可以借給我們用。而且，還可以讓大家聚在一起。有問題的時候可以馬上詢問老師或是同學(xué)。極大的提高了我們制作設(shè)計時的效率。謝謝你們。未來的路還很長，困難也會不斷出現(xiàn)。雖然到時你們都不在我身邊，但我自己會堅持，會努力。也會盡自己的力量去幫助那些需要幫助的人。把你們的這種樂于助人的情懷發(fā)揚(yáng)起來。也為了能提升自己的人生價值。以后再會，敬愛的老師，親愛的同學(xué)們。

附錄數(shù)碼管顯示代碼：if(n==1){digitalWrite(w1,1);digitalWrite(a,1);digitalWrite(b,0);digitalWrite(c,0);digitalWrite(d,1);digitalWrite(e,1);digitalWrite(f,1);digitalWrite(g,1);delay(1000);}if(n==2){digitalWrite(w1,1);digitalWrite(a,0);digitalWrite(b,0);digitalWrite(c,1);digitalWrite(d,0);digitalWrite(e,0);digitalWrite(f,1);digitalWrite(g,0);delay(1000);}if(n==3){digitalWrite(w1,1);digitalWrite(a,0);digitalWrite(b,0);digitalWrite(c,0);digitalWrite(d,0);digitalWrite(e,1);digitalWrite(f,1);digitalWrite(g,0);delay(1000);}if(n==4){digitalWrite(w1,1);digitalWrite(a,1);digitalWrite(b,0);digitalWrite(c,0);igitalWrite(d,1);digitalWrite(e,1);digitalWrite(f,0);digitalWrite(g,0);delay(1000);}if(n==5){digitalWrite(w1,1);digitalWrite(a,0);digitalWrite(b,1);digitalWrite(c,0);digitalWrite(d,0);digitalWrite(e,1);digitalWrite(f,0);digitalWrite(g,0);delay(1000);}if(n==6){digitalWrite(w1,1);digitalWrite(a,0);digitalWrite(b,1);digitalWrite(c,0);igitalWrite(d,0);digitalWrite(e,0);digitalWrite(f,0);digitalWrite(g,0);delay(1000);}if(n==7){digitalWrite(w1,1);digitalWrite(a,0);digitalWrite(b,0);digitalWrite(c,0);