智能老人睡眠监护装置毕业设计

毕业设计说明书题目：智能老人睡眠监护装置产品设计工艺设计方案设计√类型：学生姓名：学号：学院：电子信息工程学院专业：物联网应用技术班级：学校指导教师：企业指导教师：2016年04月29日摘要据有关数据统计，全世界约有70%的人们睡眠尚未达到深度睡眠，失眠、难入睡、早醒多梦、翻身次数多等睡眠障碍势必将对身心健康产生影响。而在科技快速发展的今天，为了让监护人员加深对老年人身体状况的了解，提供可靠的数据来源。所以设计了“智能老人睡眠监护装置”。该设计由led灯亮灭模块，数码管显示模块，人体红外感应模块以及arduino主板来构成硬件电路。通过程序来控制各个电路运行。程序简洁易懂。硬件电路连接简易。容易上手操作。主要用于监控老人睡眠情况。通过人体红外传感器来监测老人是否起床，人体红外传感器把监测到的数据发送给arduino主板，主板根据程序来控制led灯的亮灭，并且记录led灯的亮灭次数，再把led灯的亮灭次数由数码管显示出来，从而反应出老人晚上的睡眠情况。为老年人身体状况的分析提供了可靠的数据。极大地加深了监护人员对老年人健康程度的了解。关键词：监护；智能；记录；简单目录1．绪论 1．绪论由于现今很多年轻人都外出打工，导致“空巢老人”的增长。而老年人的问题也日益增多，加上子女对老年人的重视与关爱，所以老年人方面的产品是一个很大的市场。睡眠是一件功效很好的事情，睡眠不好的话会诱发很多的疾病，这就是老年人为什么不能失眠的原因，老年睡眠少会诱发的疾病老年痴呆就是其中一种，研究证实，干休所高龄离退休老年人睡眠质量较差，睡眠质量与认知损害存在相关性。因此，从积极防治各种慢性疾病着手，注意结合老年人的性格特征、生活习惯、家庭环境等，给予积极生理、心理干预，重视改善老年人的睡眠质量，有利于延缓认知功能损害进程。所以老年人一定要想尽办法改善睡眠。而老年人的问题大多数是日常生活中的一些问题，所以产品的设计基本都是面向老年人日常生活方面的。这次我的设计主要针对老年人睡眠方面的问题智能老年人睡眠监护装置。2．工作原理及功能要求2.1工作原理当老人起床时，红外传感器感应到后，发送信号到Arduino主板。主板开始对数据处理并按照代码进行相应动作。如果接收到的信号是1，led灯就会开始缓慢亮起；如果接收到的信号是0，led灯就会熄灭。Led灯的亮灭次数会通过数码管显示模块显示出来，从而反映老人一个晚上的睡眠情况。2.1.1数码管显示模块工作原理数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。①静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8＝40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。②动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。图2.1（a）共阴极图2.2(b)共阳极图2.1（a）共阴极图2.2(b)共阳极2.1.2LED灯模块工作原理1个原子中的电子有很多能级，当电子从高能级向低能级跳变时，电子的能量就减少了，而减少的能量则转变成光子发射出去。大量的这些光子就是激光了。LED原理类似。不过不同的是，LED并不是通过原子内部的电子跃变来发光的，而是通过将电压加在LED的PN结两端，使PN结本身形成一个能级（实际上，是一系列的能级），然后电子在这个能级上跃变并产生光子来发光的。新型LED显示屏件有功耗低、亮度高、寿命长、尺寸小等优点该模块分为VCC.GND.IN这3个脚，VCC接5V电源，GND接地，IN接控制脚。IN输出0，则LED灯熄灭，若IN脚输出为1，则LED灯亮起。2.1.3人体红外模块工作原理普通人体会发射10um左右的特定波长红外线，用专门设计的传感器就可以针对性的检测这种红外线的存在与否，当人体红外线照射到传感器上后，因热释电效应将向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生控制信号。这种专门设计的探头只对波长为10μm左右的红外辐射敏感，所以除人体以外的其他物体不会引发探头动作。探头内包含两个互相串联或并联的热释电元，而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，于是输出检测信号。

为了增强敏感性并降低白光干扰，通常在探头的辐射照面覆盖有特殊的菲泥尔滤光透镜，菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。传感器的光谱范围为1～10μm，中心为6μm，均处于红外波段，是由装在TO－5型金属外壳的硅窗的光学特性所决定。该人体红外模块分为VCC.GND.OUT这3个脚，VCC接5V电源，GND接地，OUT脚接IO口。可以通过改变引脚的连接来选择主板读取到的值为模拟值还是数字值。通过旋钮开关来决定人体红外传感器工作的范围大小和角度。2.2功能要求 LED灯实现缓慢亮灭功能B.数码管可正常显示LED灯的亮灭次数C.人体红外传感器可正常输送数据3．设计内容3.1设计方案A.当人体红外传感器感应到物体时，arduino主板控制LED灯开始逐渐亮起。没感应到物体时，LED灯再逐渐熄灭。B.LED灯的亮灭次数通过arduino板显示在单个数码管上。C.按下复位键后，数据全部清除，程序开始重新跑，重新记录LED灯亮灭次数。3.2元件清单表3.1材料清单表名称数量金额Arduino（UNO）主板142元数码管显示模块13元LED灯模块 1 7元人体红外感应模块112元杜邦线若干5元3.3系统框架图图3.1系统框架图4．设计调试4.1硬件调试在硬件组装调试的过程中，由于购买器件时没注意看引脚的连接方式，导致连接出现问题，后来还是找同学帮忙才找到子母杜邦线，因此耽误了几天。以后购买元器件的时候一定会更加细心，避免出现此类问题。在调试的过程中主要运用了数字万用表。首先参照事先设计好的原理图仔细检测在实物中是否有接错不当的地方(主要检查集成电路的引脚与导线是否出错接错和是否出现了短路)，若检测到有，立即纠正。避免给实物通电之后，出现意外。然后用数字万用表检测实物中是否有不导通的地方，若有短路等现象，立即修正。以防通电后不能工作。完成上一步之后，给实物通电后，进行调试。4.2软件调试程序分为人体红外模块读取，数码管显示控制和LED灯控制3个子函数。在调试过程中，打开串口助手，看见人体红外读取回来的数据很乱也变得很快。一直以为是程序哪个地方设置出了问题。后来就用最简单的程序来验证，发现问题同样是出现的。一直烦恼了好多天。经老师提醒后才想到会不会是硬件的问题。经过几天的分析和查证。原来是因为人体红外传感器的灵敏度太高，导致感应异常，达不到预计的效果。后来用胶布把人体红外传感器裹了一层，才把灵敏度降下来。开始达到了自己预计的效果。没过多久就又发现数码管又一个数字“7”显示异常。用其他的简单程序验证，发现没问题，排除了硬件问题。一直在程序里看设置是否错误。好在程序不是特别长。经过2天的反复验证，发现原来是因为程序里有2个定义的数一样发生冲突，导致数码管显示异常的。把程序改好后，经过n次的实验，设计全部达到了预计的效果，并没有发生其他问题。至此这个设计就算是成功完成了。5．结论本次的设计主要是针对老年人睡眠情况的数据采集。为监护人员数据收集提供了便利。同时也方便了老年人自己对自己身体健康状况的了解。为老年人的健康生活提供了保障。这个设计不但适合养老院等养老机构使用，也适合老年人在家里自己使用。且结构简单，使用便利。只要插上电源就可以使用。而且不占地方，并且省去了起床时开灯的麻烦，只要一起床就会自动缓慢亮起，避免灯光突然的亮起损伤眼睛。但是此设计的稳定性差，需要改进。因为人体红外传感器是场效应的。所以，会存在蛮大的误报率，导致灯无法按实际要求亮灭。需要用其他方法来代替人体红外传感器实现收据数据的功能，从而降低设计的误报率，来提高它的稳定性。数码管显示模块的数据因为没有加寄存器存储数据，所以每次主板复位程序开始重新跑后，数据都会被清零，第二天也就无法去查询前一天的数据了。

参考文献王桂荣，李宪芝.传感器原理及应用[M].北京:中国电力出版社，2010-05-01.戴佳，戴卫恒，刘博文.51单片机c语言应用程序设计实例精讲（第二版）[M].北京:电子工业出版社,2008-13-01.MassimoBanzi,于欣龙,郭浩贇.爱上Arduino[M].北京:人民邮电出版社，2011-07.

致谢在此，要感谢指导老师对我的指导和建议，每次在我迷茫不知所措的时候，老师总是可以帮我指清道路，告诉我该往哪个方向去思考。每次和老师交流后，都会有种茅塞顿开的感觉。好多专业的问题，都是老师带着我们一步一步解决的。虽然老师可以直接告诉我怎么做，但是老师总是深入浅出的讲解，让我自己慢慢的找到解决方法。老师的辛苦和付出，我们都是看得到的。千言万语也只能说一句“老师，谢谢您，辛苦了”。同时也要感谢同学们的鼓励和支持。当我缺少材料的时候，是你们伸出了双手。即使大家都很忙，每个人都有自己的事情要做。但当你们听到我的困难后，还是花着那所剩不多的时间来帮助我。给我提供便利。不是你们的支持和帮助，我也不可能在这有限的时间内完成自己的作品，是你们给了我温暖，谢谢你们，可爱的你们。最后，感谢学校。谢谢学校为我们提供了一个非常棒的学习环境。实验室为我们开发，工具可以借给我们用。而且，还可以让大家聚在一起。有问题的时候可以马上询问老师或是同学。极大的提高了我们制作设计时的效率。谢谢你们。未来的路还很长，困难也会不断出现。虽然到时你们都不在我身边，但我自己会坚持，会努力。也会尽自己的力量去帮助那些需要帮助的人。把你们的这种乐于助人的情怀发扬起来。也为了能提升自己的人生价值。以后再会，敬爱的老师，亲爱的同学们。

附录数码管显示代码：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);