【基于嵌入式的人体健康智能检测系统设计与实现14000字（论文）】

PAGEIII基于嵌入式的人体健康智能检测系统设计与实现目录TOC\o"1-3"\u1绪论 21.1开发背景 21.2系统开发的意义 31.3开发者的主要工作 41.4论文的组织结构 42相关技术介绍 62.1嵌入式技术介绍 62.1.1嵌入式系统概述 62.1.2嵌入式系统的组成 62.1.3嵌入式系统的特点 62.2ARM体系结构介绍 72.3ARM微处理器特点 72.4开发环境 72.4.1KeilμVision简介 82.4.2使用语言—C语言 92.4.2软件实现 93需求分析 113.1系统可行性分析 113.1.1设计技术可行性分析 113.1.2经济可行性分析 113.1.3操作可行性分析 113.2需求分析 123.2.1功能需求分析 123.2.2性能需求分析 124系统的设计与实现 134.1系统设计总述 134.1.1系统设计任务 134.1.2系统模块设计 134.1.3功能模块设计 164.2电路设计结构 164.2.1血压采集电路的设计 164.2.2脉搏采集电路的设计 174.3STM32电路设计实现 184.3.1设计基本说明 184.3.2重要模块实现细节 185系统测试 215.1软件设计的目标 215.2测试计划及执行情况 215.3超限报警单元测试 235.4测试评价 246结论 256.1总结 256.2体会 25参考文献 26PAGEIII1绪论1.1开发背景目前，现代社会的进步，经济的不断发展以及人们的生活水平的不断地提升，护理，养生和健康的概念日益流行趋于生活化。人们越来越重视身体的各项指标，对于人体来说血压、脉搏（心率）都是必不可少的参数。当疾病发生时，如果是突发状况就会非常麻烦，因此就需要人们实时进行监管，这样在一定的程度上能够减少疾病的发生。此次项目极大的为人们带来了保障，可以早点发现并进行药物控制避免形成高血压，或者心脏病等问题。对患者心血管疾病进行诊断的主要指标就是血压、脉搏（心率），患病在病情发作以前的主要症状就是血压，脉搏出现问题REF_Ref16718\r\h[1]。心血管疾病是一系列心脏和血管疾病的统称，它包括：冠心病（心绞痛、猝死、缺血性心力衰竭等）、脑血管疾病（脑动脉瘤、颅内血管畸形、脑动静脉瘘等）、周围末梢动脉血管疾病（手臂和腿部供血血管的疾病）、先天性心脏病（出生时存在的心脏结构畸形）、深静脉血栓和肺栓塞（腿部静脉出现血块，它可脱落并移动至心脏和肺部）和心力衰竭。据统计，在2016年，全球因心血管疾病而死的人估计有1790万人，其中有四分之三的人死于心脏病和中风。根据《中国心血管健康与疾病报告2019》，中国心血管病现患人数达到3.3亿，并且随着社会节奏的加快，我国中年人群压力日益增大，养成一系列不健康的习惯，比如：不健康的饮食、缺乏身体活动、摄入过量烟草和酒精等，这些都会提高心血管疾病的发病率。因此，心血管疾病的预防在日常生活中更显得尤为重要。心脏病作为心血管疾病中的一种，其死亡率占心血管疾病的一半左右。近年来，心脏病死亡率在我国呈逐年上升趋势。然而如果在医院进行检查，就会变得异常的麻烦。排队的时间会被浪费，同时价格也变得很高，为了避免这些常见的功能却只能在医院才能使用。从而，本课题可以为中老年人提供便利，让他们能够实时监测他们的脉搏（心率），血压等基本的生理参数REF_Ref17293\r\h[2]。对于青壮年人来讲，当他们进行健身，运动比如打篮球时也可以使用这个功能，从而可以避免猝死的危险。随着社会发展的过程中，这个项目具有良好的前景和市场需求。为人们提供了一种更为完善的解决方案。与此同时，人口老龄化现象越来越严重，这个问题给整个社会（特别是青壮年人）带来了前所未有的压力。这样，家庭应用以及人们监管和控制的便捷发展就成为必然。除了能够在家里监测脉搏和血压外，未来还将有更多的生理参数需要监管和控制，测量设备也将变得越来越小，越来越能给人们带来便携REF_Ref17557\r\h。在家里对人体的生理信号进行监管和控制，时时地发现最新或者突发情况，并及时地处理，就会变得非常地容易。于是在未来，低功耗且便携式的医疗设备将像手机一样流行。监测这些生理数据，对疾病的防治具有重要意义可以方便我们在疾病的初期及早发现并干预或治疗，减少多种疾病的发病率，为我们的生命健康提供重要保障REF_Ref18591\r\h[3]。1.2系统开发的意义自人类的诞生以来，生理健康问题一直是人们最关心的热门话题。就目前来看，全世界都将面临着人口老龄化的迫切问题。但是由于身体等各种因素，老年人更易患慢性疾病、老年疾病、心脏疾病、高血压疾病和传染疾病。一旦生病感染，很难在短时间内得到恢复以及康复，最严重的后果甚至是死亡。目前来看我们国家已经步入老龄化的阶段，社会压力日益增大，因此不得不引起重视。据统计年增长率近1000万以上并且每年递增。与此同时，人民群众特别是农村的人口和农民工人的健康医疗管理问题十分棘手。随着时间的推移我国人口老龄化的不断加速和人们健康意识的增强等，根据现在的社会形势和变化，人们对传统的保守医疗管理模式的认识也在不断地发生着巨大的变化，从以往的医院管理治疗转向以预防为主的医学模式，居家，在外也能实现检测生理参数。整个社会环境正在发生巨大变化，人们越来越重视医疗健康监测。伴随着科技的不断进步，出现了许多跨学科的领域，这些领域相互交叉不断融合。生物医学是连接医学和工程项目技术领域的一门冉冉升起的交叉新型学科。并且在医疗研究和医学治疗中，使用一些先进的电子监测设备，如各类传感器，都将被用来去检测疾病突变。采集生理参数的数据和一些数字信号采集，以便能够根据检测记录来预测出其慢性疾病的发展。这些也为科学研究提供了数据证明。此研究课题的内容——测量血压，脉搏（心率）的研究在国外也在不断更新，相关论题也在不断讨论中，引起了许多学者的关注REF_Ref17639\r\h[4]。此次项目主要设计的是，血压信号采集系统以及脉搏信号采集系统，具有使用功耗低、以及便携性好的突出特点。硬件设计和软件设计思想相结合，利用结构化的思想，分模块执行系统。其结构参数返回到显示屏则更加的直观，内部存储器存储了测量的数值，方便医生对它进行分析，这些测量记录都是作为后续治疗和诊断的前提。而信息的采集和读取则用寄存器来实现，更为高效。对于医院，在一定程度上减少了不必要的工作，从而节省了一部分资源。血压及脉搏信号数据显示进行观察和分析，最后详细分析发病情况的原因。此外，由于长期地准确监测人体血压以及脉搏，会更加有利于人体健康的诊断及治疗。血压测试的功能包括两种方式，这两种都会在医院上应用。首先带袖套的话这个方法目前较为广泛成本也不高，而使用非袖套的方式有可能也会带来测量值偏小等问题的出现，通常，考虑到带袖带测量的成本低于不带袖带测量的成本，因此袖带测量仍被广泛应用。1.3开发者的主要工作开发人员在开发人体智能监测系统时需要做的工作设计如下：在整个设计的过程当中，软件设计和硬件设计相结合的方式可以带来便捷，利用率高而且系统的安全性更加的坚固，应该在硬件设计的时候，提前确定好硬件的器件，要去使用性能好，而且稳定性强的传感器REF_Ref21144\r\h[5]。另一方面，在软件设计的时候尽可能保证逻辑算法正确，避免后期的不断修改。最终，实现这个人体的智能检测项目完成总设计目标。因此便携式的产品经常需要提供使用电池进行供电，但目前电池容量发展极其缓慢远远落后于设备的运用需求。怎样去降低系统的功能消耗，延长设备的工作有效时间，已逐渐地成为低功耗且便携式系统软硬件设计的重要一环。它可以不断降低处理器的硬件电路的电池消耗。在嵌入式开发的软件部分，可以通过选择最优化的编译方法、减少内存页面的访问次数、优化内存空间，系统使用稳定。对于整个整体来讲，它和以上模块都交互了以后，就可以进行测量血压值和脉搏值的操作了，测量出来的身体健康参数值，如果不在原先设置的健康阈值内的话，系统就会报错，进而就会启用蜂鸣器，进行报警设定。因此开发人员需要自己设置两个模块一共四个界限，血压的上下限，脉搏的上下限的设置。以及显示当前血压脉搏的参数值。然后逐步细改各模块的功能，完成并实现了最终的调试和运行。1.4论文的组织结构主要内容包括以下六个部分：绪论，此次项目主要是介绍了开发背景，以及目前此项目的开发意义，以及开发者的主要工作。第2章，主要介绍了体系结构和开发环境，处理器的特点。模块化划分，以及开发的语言选择。逐步细化最终实现功能。详细分析了血压和脉搏信号的收取特点，因此需要来设计一个完整有效的血压和脉搏信号采集模块。第3章，进行此项目可行性分析。选择更为稳妥的方案进行开发。这样极大程度上可以降低错误的发生。第4章，研究系统封设计的任务。此次项目分为几个模块。选择更为普遍的STM32作为主板，划分为血压采集电路设计模块，脉搏（心率）采集电路设计模块，以及其他模块例如OLED12864液晶显示屏模块，蜂鸣器声光报警模块，PCB8574模块来实现。先分块进行研究，然后组合。使得研究更为优化。本章内容则去介绍了每个模块的实现方法和功能。第5章，本次项目介绍了测试目标和执行情况。各个模块的实现结果，得出实验数据。下位机系统的设计介绍了处理器的选择、采集器、LCD显示屏、蜂鸣器报警等，并介绍了各部分的实现方法。主要实现了串口通信、采集器数据输入、波形显示等功能REF_Ref21575\r\h[6]。第6章，最后得出结论。本章结果给出了结论、不足和今后的工作。设计中遇到的困难，系统设计中存在的不足或缺陷，并对今后如何改进、完善和完善系统设计进行了思考。2相关技术介绍2.1嵌入式技术介绍2.1.1嵌入式系统概述嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础的一种特殊的计算机系统。它能适应不同应用在功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面的要求，集成了可配置、可简化的软硬件。它具有很强的灵活性，主要由嵌入式硬件平台、相关支撑硬件、嵌入式操作系统、支撑软件和应用软件组成。2.1.2嵌入式系统的组成嵌入式系统完全嵌入到控制芯片中，主要由控制器、操作系统和应用软件组成，如图2-1所示。英国电气工程师协会（BritishInstituteofelectricalengineers）将嵌入式设备定义为一种可以监控的设备；在我国，嵌入式系统通常更多地被定义为基于计算机技术的面向应用的计算机系统。图2.1嵌入式系统示意图2.1.3嵌入式系统的特点（1）系统专用性强。（2）系统实时性强。（3）软、硬件依赖性强。（4）处理器专用。（5）多种技术紧密结合。（6）系统透明性。（7）系统资源受限。由于嵌入式系统是针对用户、应用和产品的，必须结合具体应用才能充分发挥其优势。因此，我们可以从以下两个方面来理解嵌入式系统：（1）背景决定特征嵌入式系统是在电子技术、计算机技术等高新技术飞速发展的背景下产生的。这就决定了嵌入式系统是一个高科技、创新、资金密集型的知识采集系统。（2）嵌入式系统主要是为了满足应用需求嵌入式系统是一个以应用为中心的系统，这决定了它主要服务于应用。为了保证应用系统的功能、成本和可靠性，往往需要进行一定的裁剪。因此，许多嵌入式系统都有不同的内核大小，从几K到几十K不等，需要根据实际应用进行扩展或定制。实际上，嵌入式系统的应用范围非常广泛。能够与产品结合并具有嵌入式特性的系统称为嵌入式系统。而本文所使用的嵌入式系统是一个带有操作系统的嵌入式系统，主要包括主控制器、内存、I/O端口和相关程序。2.2ARM体系结构介绍现在，嵌入式系统正处于快速进步和激烈竞争的年代。未来几年中，这种进步发展和社会竞争将进入白热化阶段。嵌入式系统的核心要点是嵌入式微处理器。现在，许多大公司已经加入到嵌入式微处理器的队列当中，独立研究和设计。心电信号微弱，其幅值在0.05～5mV之间，典型值1mVREF_Ref18436\r\h[7]。其生产体系有其自身的特征，种类繁多。ARM等最受人们的欢迎。在众多的内嵌式微处理器当中，ARM处理器以其低功耗，低成本，实用性强，产品性能优异而闻名。广泛应用于工业控制，无线通信，网络应用，图像及安防产品。2.3ARM微处理器特点时代发展到今天，ARM微处理器包含了许多的优势，第一，可以分析出它有着特别灵活而且操作简单的寻种方式，比如直接寻址，间接寻址等。第二，它的利用率高，功能消耗少。第三，它的体积非常适合这个课题的研究，便携性好。第四，使用此处理器，执行效率高而且速度也快。第四，它大多数的内存都放在寄存器当中，能够处理大量的数据。第五，处理器具有数据的指令集，方便用户使用，执行速度快。2.4开发环境Keil公司于2005年时被ARM公司回收，ARM公司不断创新，不断完善体系架构，为用户提供更为便捷的使用方法，这种体系架构还有着许多的版本，可以供用户编译。用户可以根据自身的需求来修改，运行。即在熟悉了在该软件下进行处器编程的方法，有助于提升软件开发的效率。2.4.1KeilμVision简介KeilμVision是美国KeilSoftware公司研发的集成开发环境，支持C语言和汇编语言，可以进行代码编辑、文件管理和程序的编译调试等。目前大部分ARM内核单片机都选择使用Keil开发。C语言在功能、结构和可读性方面都明显优于汇编语言，易学易用。Keil向用户提供了完整开发方案，包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等，通过一个集成开发环境将这些功能组合在一起。每一个μVision版本下有4个独立的软件，分别是C51、C251、C166和ARM，如图2.2所示。μVisionARM就是MDK，即μVisionMDK-ARM，这一款软件主要支持ARM7、ARM9和Cortex等内核，μVisionC51主要支持51单片机这类芯片的内核。图2.2μVision版本下的不同软件此次设计使用的Keil5MDK不仅可以与之前的版本兼容，还对传统的开发方式进行了升级，将其分为Core和SoftWarePacks两部分。Core涵盖了微控制开发所需的IDE、C++编辑器、调试跟踪器等组件，SoftWarePacks部分包含了各种可用的设备驱动。同时Keil5对软件界面也做出了调整，界面图如图2.3所示。图2.3KeilMDK界面图2.4.2使用语言—C语言C语言是一种常见的面向过程的抽象化编程语言，广泛应用于底层的应用。用C语言来实现类的封装和继承以及多态，并将它们应用于面向对象的编程语言。采用面向对象的编程方法，来进行概要设计，对系统进行了封装，继承，多态和重载的设计与应用。最后，用C语言程序来实现了上述的设计。C语言能简单地进行编译。同时也能够高效的去处理低级数据的存储。由此C语言程序设计是一种高效能的面向过程的语言，正因为它只包含一些少部分的原始的编译语言原理，C语言程序设计是大学的必修课，也是计算机相关课程的基础。数据结构是用C语言来编写的，其他的语言也是在C语言的基础上进行的。即使它是面向过程的设计，但在很多的领域也在广泛的应用。面向过程的C语言是一种PC语言设计的软件，它与python，Java等软件都有着巨大的差别，像这些语言都是面向对象设计的，但基础还是C语言，它可以简单地进行链接，然后进行编译和最后运行。下一步则是处理冗余的数据，占用内存和存储及空间，然后释放数据。C程序设计在解决问题方面比机器语言快，其执行效率高、健壮性好、易于编写，调试和运行。其代码可读性稳定性相当于汇编语言。C语言的工作效率仅比汇编语言低一点大约在百分之十之内。于是C语言程序设计可以应用在编写系统的软件方面。2.4.2软件实现嵌入式的系统开发和设计，一部分是硬件电路集成的设计，系统硬件设计完成后，为保证系统硬件设计可以顺利调试并达到预期效果；另一部分是软件概要设计。所以最重要的工作就是软件设计。模拟数字信号从处理器中进行处理，进而，数据阈值显示在LED显示屏上，超过一定的阈值则会产生蜂鸣器报警。系统板上还单独引出一个串口，用来扩展功能，如蓝牙透传数据到手机APP上供调用和显示。程序采用4线的SWD方式下载REF_Ref18641\r\h[8]。软件测试它其实不是用来判断结果是否是对错的。而是通过软件测试的方法，只能发现软件中的逻辑错误，但无法证明程序编写中没有问题。即便选择了最优化的测试设计，在设计软件程序中也可能暗含着许多错误。本文测量人体生理指数采用的是外部设备检测，得出生理参数进行分析，常见的外部设备检测就是血压采集模块和脉搏采集模块，采用绷带、气压、阀门辅助进行检测。在人们生理指标参数中，脉搏（心率），血压等生理参数。包含了人体最重要，最基本的生理参数，给研究人体的健康参数提供了基础。C语言的基本思路：自上而下，逐步求精。C语言程序设计——其思想是结构化程序设计，程序效率的因素由它改变，程序风格多变，程序模块化。其基本的原理是函数的抽象和调用，本论文的设计的是软件开发环境是以keil为开发工具，使用C语言来编写代码，并通过窗口对程序进行修改和调试。该代码主要实现了数据的采集，数据的处理，数据的消除和内存清理。PAGE333需求分析3.1系统可行性分析软件的需求分析，它在整个软件系统开发中起着必不可少的作用，更深一层次的讲，需求分析的结果会直接影响到软件系统开发的正确性结果以及开发出的传品质量问题。因此，在软件设计之前第一步就是要做好需求分析，它是整个项目的基础。3.1.1设计技术可行性分析系统实现的可行性分析，它包含两个重要组成部分，一个是系统的设计分析，它对整个系统框架设计，细化模块，以及整体布局都有着重要的作用。可以通过使用者的角度去考虑问题。另一个则是系统使用技术分析，系统的开发设计所涉及到的硬件和软件两个方面进行详细的分析。硬件方面，主要是针对传感器的性能。软件方面，设计的方面比较多，选择开发环境编程语言等。本课题系统的开发，采用了C语言来完成的。程序在这方面是完全可行的。所以在实际应用是可以完成的，技术方面也很完善。3.1.2经济可行性分析经济可行性分析，需要去市场进行调查，了解现在市场的需求量。设计出来的同时要尽可能地节省花费的钱。在经济可行性的过程中，系统开发人员和客户的深入沟通是最为重要的环节。没有进行有效的沟通的话，在最后完成测试的时候，会出现一系列问题，导致资源的浪费。因此要尽可能地减少资源的浪费。3.1.3操作可行性分析操作可行性分析，系统设计的时候要尽可能的便捷。此系统会面对大部分的老年人，他们接受新事物会稍慢一些，因此在设计操作的时候就要尽可能地减少不必要的操作。让使用者可以直接学会操作。因此在程序的开发阶段就要考虑用户的操作性问题，尽可能地为使用者提供帮助。使系统的操作更加可行和完善。3.2需求分析3.2.1功能需求分析本课题需要完成以下几个功能。包括设定健康阈值，采集身体健康指标值，分析指标所在范围，显示健康情况，甚至可以预警等。我们应该在硬件设计的时候，提前确定好硬件的器件，使用性能好，而且稳定性强的传感器。另一方面，在软件设计的时候尽可能保证逻辑算法正确，避免后期的不断修改。因此，在真正地了解用户的需求后，激发出自己的创新力，使用自己的知识储备或者查阅资料，来完成实现这个人体的智能检测项目完成总设计目标。3.2.2性能需求分析性能需求分析对于系统的实现起着至关重要的作用，是开发者优先考虑的问题，因此性能需求分析是在整个开发中占有重要的位置。衡量系统性能的三个方面包括了易用性分析、可扩展性分析、安全性分析这三个方面。4系统的设计与实现4.1系统设计总述在医院有许多医疗设备但是普遍体积偏大，因此不能在家里使用。所以就需要设计一款简单的人体生理指标参数的系统。这样就可以在家里甚至是随时随地的进行检测。这款设计对于当今社会是一种创新，我们应该去实现并应用到生活当中。在设计当中使用软件设计和硬件设计相结合的思想来完成本课题的设计。此系统对于中老年人具有一定的优势，极大地为这类人群提供了便捷。科技的不断进步，这种趋势也是必然的。综上所述，设计这个项目也是非常有意义的事情。当然，也为心脏病、高血压等慢性疾病提供了前所未有的便利。体积小的设备利用率高而且成本较低。与此同时准确率也能达到一定的程度。4.1.1系统设计任务在设计的过程中，软件设计和硬件设计相结合的方式可以带来便捷，利用率高而且系统的安全性更加的坚固，应该在硬件设计的时候，提前确定好硬件的器件，使用性能好，而且稳定性强的传感器。另一方面，在软件设计的时候尽可能保证逻辑算法正确，避免后期的不断修改。最终，实现这个人体的智能检测项目完成总设计目标。4.1.2系统模块设计此项目使用的硬件是STM32低功耗，成本低的主板，将使用到的传感器件焊接在主板上，利用ARM系统框架，达到信息容量体积大，物体体积小，功能齐全。细化系统模块设计概要，分块设计模块，进而使这些模块连接紧密实现最终的功能REF_Ref18749\r\h[9]。主要模块如下：（1）血压采集模块大部分的人都明白，高血压的检测和确诊都是需要通过不断检测来完成的，因此血压的测量越来越趋于日常化。这些测量记录都是为后续治疗和诊断作为诊断的前提。血压测量的方法分为两大部分直接测量法（如：家庭中测量和社区医院测量）和体检测量。另一部分为间接测量包括医院的诊断，示波器检测等。目前在医院的使用的都是水银测量法REF_Ref22420\r\h[10]。在过去的使用中，测量血压使用的都是传统的听诊法，就是传统意义上的水银测量法，通过气压，阀门来实现。这种测量血压的方法被普遍运用到了医学上，到现在各大医院也是用此方法。但是这种方法的准确性不高，特别是遇到特殊的人群比如孕妇和具有肥胖症患者，他们的血压很难去检测。因此，就会使读数变得更加的不准确。为了使测量的数据变得更加精确，我们需要研究出更加准确的测量实体。在各种情况下，不受环境的影响，既方便准确、速度又快。使人们相信他是更加可靠的测量方法。不同时间段的舒张压可能不稳定，对于这个方面我们要进行抗阻处理，避免测试时，不断地调试损害器件。这种项目研发，也可以避免在医院环境下测量值在正常的范围内，但是在家里或者在室外时测量，却无法及时得到准确信息的弊端。同时还要设置健康阈值，语音播报能够使老年人更为方便地测量，根据报告中指出，一个健康的人血压测量的建议以135／85mmHg为最高的正常标准。这种方式更加的稳定和健壮。水银测量法在大型的医院或者社区的诊所最为常见，而现在做的项目则是一种电子设备，它具有很多的好处，他可以随时随地无时无刻地进行测量。放在包里便于携带，外面装上包装盒不易碰坏。而且更加精准。该项目采用的电子血压采集检测模块，此项目的优点如下：对于孕妇，高血压，婴儿来说测量的会更加地精准；根据实验研究更能表明准确度高；血压采集模块可以测量设置阈值；该系统的功能电池消耗低，利用率高；数字信号处理技术能够实现编译处理，加以分析，显示测量数值；数据处理速度快，可以随意设置数值。（2）脉搏采集模块伴随着现代科技的进步，家家户户的生活质量正在逐步地上升，因此越来越多的人们更加注重保养自身的身体健康状况。面对有些突发状况你是无法去预测的，这些慢性疾病在前期是无法提前得知，人们可能没有任何的不适。但当这些疾病一旦发生，那将是不可逆的改变。只有通过医院的检查流程后才能获得自身的生理指数。因此，为了避免该问题的发生，必须要设计一款能够随时检测更新数据的系统，如果一旦出现了问题就要立刻报警，使用者就需要注意生理指数，如果比正常的健康值超出了很多，需要立即就医避免病情的严重。这样一来，极大地减少了突发事情的发生。换一句话说，对于人体来说，脉搏一旦很高，那么对于大脑也是不可挽回的事情，而且如果引起心脏疾病，后果最严重的可能会猝死。这种会大大花费时间，风险太高。设计了这一个项目，在生活中的应用就大得多，在不影响患者生活的情况下，可以时时刻刻的监测脉搏情况，为身体健康提供了巨大的保障。从脉搏的效能来讲，到目前为止有两种最常用的脉搏采集系统。第一种是用嵌入式单片机作为电路设备比如树莓派，STM32主板，它在市面上都很常见而且性能很好，抗阻，敏感度也很好并其价格便宜REF_Ref19079\r\h[11]。目前市面上都在使用这些单片机。此模块需要存储脉搏的数据，设置上下两个临界区，可以随便设置。需要很好的存储空间。本项目采用的就是STM32主板。第二个方法则是运用到了数字编译原理的模拟性信号进行了修改，它具有很多优点比如数据处理速度快，可以处理复杂的滤波信号，调制处理器等等。以上就是常见的两类处理脉搏采集系统的方法。（3）其他信息采集模块包含三个模块：第一个是OLED12864液晶显示屏模块，第二个是蜂鸣器声光报警模块，第三个是PCB8574模块。1）OLED12864液晶显示屏模块LED显示屏是一种现在最为流行的显示屏，LED显示屏现在当今时代在家里经常能够见到比如电视机，手表显示屏等等都可以运用到这个部分。此显示屏在物联网中有着广泛的应用比如树莓派智能小车，它的显示屏就是用的这种显示器REF_Ref19164\r\h[12]。这种显示屏的分辨率高，而且尺寸小，功能齐全。与这个项目的中心思想相切合，便携性好，容积小。综上所述，OLED12864在现在的时代非常受大家的喜爱。2）蜂鸣器声光报警模块对于蜂鸣器现在将它分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两大类。本次项目连接的是有源的蜂鸣器，这种蜂鸣器一旦达到了阈值意外，就会根据你的软件提前设定发出声音，开始报警。我的设计是如果超出了阈值，他就会在五秒内发出嘀嘀嘀的声音，由此来告诉测试者不在健康的范围了。对于无源蜂鸣器它是通过磁场来进行改变的，它必须和电路相连接通过音频来实现功能REF_Ref19265\r\h[13]。对于有源蜂鸣器和无源蜂鸣器来说，现在物联网实习都在使用有源蜂鸣器。但是对于无源蜂鸣器来说，它的设计中只有一部分震荡电路，在这个方面，有源蜂鸣器更多。3）PCB8574模块此模块作为硬件系统是最重要的一个电子元件，PCB8574板采用的是互补金属氧化物半导体，它的英文是ComplementaryMetalOxideSemiconductor电路。PCB即印刷电路板，另一个名字经常被叫做印刷线路板。PCB在现实生活中是一个重要的电子器件。正如他的名字一样，它是用电子印刷而形成的电路板，所以通常人们都称为是印刷电路板REF_Ref24209\r\h[14]。4.1.3功能模块设计硬件功能模块分为按键，气压传感器测血压来用的，电源，OLED12864，心率传感器用来测心率，其主要的是XGZP压力敏感元件测量，声光报警，还有各种原件气泵和泄气阀等。通过多个功能模块构成。使实现的各个功能模块相互紧密连接，更加容易实现，如图4.1所示。图4.1功能模块的设计4.2电路设计结构本项目的主要内容是为人体脉搏，心跳，血压等信号的检测提供优化的解决方案。核心技术是STM和感应器，开发语言是C语言。其功能是设置健康阈值，采集健康标准值，分析标准范围，显示健康状况，甚至预警。该系统成本低，用方便。4.2.1血压采集电路的设计血压采集电路的设计的测量方法是通过将你的胳膊放在气泵袖带上，将气泵插入袋子中，通过压缩胳膊收缩开始读取血压。在测量之前我们需要在存储信息上设置信息，分别为血压阈值的上限和下限，以及可以调节的上调键和下调件，还有一个归零按键。这样就可以在很短的时间内进行调节。这几个键对设置阈值起着极为重要的角色。采集电路中，最重要的元件必不可少的是XGZP。因为XGZP的重要组成部分为压敏芯片，XGZP型压阻式高压感应器，它普遍用在材料场景中比如生物学，医学，各种电子领域的压阻式传感器。这种芯片是由调制解调器，敏感电阻构成的REF_Ref24885\r\h[15]，如图4.2所示。图4.2降压采集电路的设计在电路设计中，他运用到了许多电桥的知识，在传感器开发和应用这门课程中也接触到了这门知识，其广泛应用到各种电路芯片当中。嘌呤性，高响应比，传感器线性的性能好。因此，这类元件被广泛地去应用，如图4.3所示。图4.3血压采集电路的设计4.2.2脉搏采集电路的设计对于脉搏采集电路的设计，我采用的是有源滤波器进行处理，数字信号处理进行编码。高电平转低电平，将信号传输到电路中，在使用元器件进行传输，从而达到目的。整个脉搏采集电路来看，可以使用二极管进行传输，速度也快整个部分可以通过放大电路，信息采集，数据处理，信息传输等来联合实现。心率监测功能开始之前，应该完成单片机系统的初始化功能，对芯片内部的寄存器、计数器、报警阈值和看门狗进行初始化操作。选用的传感器件稳定性好，能够精准的测量健康参数，减少实验误差并且尽可能地增加使用寿命。如果这些条件大部分都满足的情况下，进行安装，焊接，调试会方便很多减少重复焊接损害电路板，如图4.4所示。图4.4脉搏采集电路的设计4.3STM32电路设计实现4.3.1设计基本说明对于STM32主板连接各模块后，就可以测量血压值和脉搏值，测量出来的健康参数，如果不在原先设置的健康阈值内的话，就会启用蜂鸣器，进行报警。因此，可以自己设置两个模块一共四个界限，心率的上下限以及脉搏的上下限的设置，如图4.5所示。图4.5STM32主板电路的设计4.3.2重要模块实现细节为了控制和便于电路的开发。设了两大模块，血压设计模块和脉搏设计模块。此STM32主要负责以下几个方面的任务：（1）创建main.c应用程序创建模块应用程序，并在需要时调用模块。同时，在应用程序退出时释放资源。主程序实现如下：#include"delay.h"#include"sys.h"#include"Timer2.h"#include"Blood_Pressure.h"#include"PCF8591.h"#include"OLED12864.h"#include"Key.h"#defineSpeaker_PinPBout(12)voidUser_GPIO_Init(void);unsignedcharMS50_Con=0;unsignedcharSBP_Pressure_View[]="000.0mmhg";unsignedcharDBP_Pressure_View[]="000.0mmhg";unsignedcharHeart_View_Data[]="000BPS";unsignedcharView_Con=0;//0显示结果1检测中2设定SBP3设定DBP4设定心率unsignedcharView_Change=1;unsignedcharView_Con_Change=1;unsignedintSet_Data[3][2]={140,110,100,70,110,60};//设定的高压低压和心率的高低阈值unsignedcharSet_View[]="000";unsignedcharWarning_EN=0;//0不报警1报警（2）创建其他模块应用程序在硬件模块设计当中，包含STM32主板模块，心率采集模块，脉搏采集模块，其他电路模块为OLED12864液晶显示屏模块，蜂鸣器声光报警模块以及PCB8574模块。软件模块设计当中采用C语言编写设置阈值，编写启动，暂停程序。可实现LCD12864的当前心率脉搏的数值，键盘设置报警心率，脉搏的上下限功能。OLED12864程序voidOLED_IIC_Start(void)//IICStart{OLED_SCL=high;//IIC高电平OLED_SDA=high;OLED_SDA=low; //IIC低电平OLED_SCL=low;}voidOLED_IIC_Stop(void)//IICStop{OLED_SCL=low;//IIC低电平OLED_SDA=low; OLED_SCL=high;//IIC高电平OLED_SDA=high;}PCB8591voidPCF8591_Init(void)//PCB8591初始化{ GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;//GPIO设置 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6GPIO_Pin_7; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//设置电压 GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); PCF8591_SDA=1;//1代表高电平 PCF8591_SCL=1;}5系统测试5系统测试5.1软件设计的目标系统测试的主要的任务是找到软件系统中的不易发觉的错误，在这个基础上进行修改，降低软件的开发成本。通过测试不能证明软件是正确的。这种测试也是具有局限性的。因为他无法找到软件中的逻辑错误，但运行时会发现有错误，这种不易察觉的错误，系统很难去发现。本系统的测试采用是的是实物检测，所谓实物检测就是血压模块和脉搏模块这两个。其中心跳，脉搏，血压等信号包含着人体最重要，最基本的生理参数，对研究和探索人体的生理健康状况起着至关重要的作用。5.2测试计划及执行情况软件测试分为白盒测试和黑盒测试。STM32是整个系统的主板。将血压采集电路采集模块，脉搏电路采集模块完成以后，单片机会自动对系统各个模块进行初始化操作，按照功能要求运行程序计算血压，脉搏（心率）送到OLED12864液晶显示屏模块，然后显示给用户，然后完成测试。血压采集电路测试血压采集电路的设计的测量方法是通过将你的胳膊放在气泵袖带上，将气泵插入袋子中，通过压缩胳膊收缩开始读取血压，如图5.1所示。图5.1血压采集测试脉搏采集电路测试对脉搏采集电路来看，可以使用二极管进行传输，速度也快整个部分可以通过放大电路，信息采集，数据处理，信息传输等来联合实现，如图5.2所示。图5.2脉搏采集测试STM32主板设计主要设计了两大模块，血压采集设计模块和脉搏采集设计模块，如图5.3所示。图5.3STM32主板测试（4）OLED12864液晶显示屏测试LED显示屏是一种现在最为流行的显示屏之一。它的显示屏就是用的这种显示器。这种显示屏的分辨率高，而且尺寸小，功能齐全，如图5.4所示。图5.4LED显示屏测试5.3超限报警单元测试超过提前设定的上下限，那么蜂鸣器报警的单元电路从主板控制的输入电路和输出电路构成，外加蜂鸣器报警。电路设置由5个简单的独立按键组成，它们分别负责归位等待下次测量，开始或者结束按钮，血压，脉搏（心率）数值临界值上限SBP和下限DBP的加一减一的操作。超过提前设定的上下限电路设计由OLED12864和蜂鸣器构成。当系统监测出的血压，脉搏（心率）出现异常时，例如测出的血压高于正常值时，或者心率低于正常值时，那么输出电路就会连接单片机，这是蜂鸣器就会报警，OLED12864灯也会闪烁五秒钟。由此来告诉用户测出的血压或者是脉搏（心率）超出正常值。检测完成。因此，我的设计是如果超出了阈值，他就会在五秒内发出嘀嘀嘀的声音，由此来告诉测试者不在健康的范围了。能够在家里实时地进行监测脉搏（心率）和血压的工作。设定的高压低压和心率的高低阈值。0显示结果，1检测中，2设定SBP，3设定DBP，4设定心率，如图5.5所示。图5.5报警单元测试5.4测试评价各个模块的测试完成以后，将他们连接成一个整体然后在进行最终的测试。在经过对软件测试和硬件测试完成后，测试结果表明软件需要的功能已经基本上实现了。测试完成后，系统整个能完成所有的操作，表明系统整体没有任何问题，可以完成毕业设计任务书中的要求，所以目前在硬件方面和软件方面，系统已基本完成。为了防止出现偶然性，寻找四名同学进行测试，结果表明，这四名同学均能正确正常地测出血压和脉搏，能完成任务书上所有的操作，正常成人的收缩压是90到139毫米汞柱，舒张压是60到89毫米汞柱，心率是60到100次每分，如表5.1所示。表5.1血压、脉搏（心率）数据对比日期STM32主板校医院高压（mmHg）低压（mmHg）心率（次/分）高压（mmHg）低压（mmHg）心率（次/分）5月10号116788012078845月11号121767811878805月12号117788211875825月13号116758211976815月14号11876781177480本次课题研究的功能基本上都可以实现。通过此次的测试，能得出最终结论，目前此系统已经完成所有要求的任务，而且没有出现任何偶然性的问题，所以此次测试非常成功，也节约非常多的时间。6结论6结论6.1总结在社会的进步以及科技的发展中，我国人民的生活幸福指数不断地上升，有许多人非常在意自己的身体健康状况。所以，本次设计的就是简易便携但功能性齐全的检测设备。主要是实现使用STM32为主板的采集功能，主要设计了脉搏（心率），血压信息的采集。这个设计极大地方便了人体的检测，可以实现在任何情况下都可以检测到自己的身体参数。这些可以运用到运动当中，比如打篮球，跑步等剧烈运动。它在极大程度上可以规避风险。一旦发现超过正常值，应该立即停下来休息，补充葡萄糖来恢复身体机能。这个设计未来会应用到各个领域，成为生活的必需品。特别是对于中老年人来说，意义非常大。无论是在时间上还是金钱上都极大地减少了，为人们带来了便利。比如疫情防控期间，大家都不方便去医院就医，但是又想了解自身的健康情况，那么这款设备则可以进行检测从而让人们确定是否需要去就医。这样极大限度地避免占用社会资源。6.2体会在课题实现过程中，我遇到了需要多麻烦，在这些问题当中去探究出解决问题的措施。翻阅资料，询问老师，老师的指导使我在一些问题上有着更深层次的理解。在编程软件的过程当中，遇到了许多的麻烦，程序出错，连接不上，甚至是逻辑出现了问题。这些都需要一步步地解决。在解决过这些问题以后，可以去解决一些基本的错误。使我对编程执行的理解更加深刻，也丰富了实战的经验。在这过程当中也学会了很多知识。此次研究的硬件问题，也包含了程