【基于单片机的体温监测系统设计与实现8700字】

基于单片机的体温监测系统设计与实现目录TOC\o"1-2"\h\u20839基于单片机的体温监测系统设计与实现 1267451.引言 2238931.1设计背景及意义 29531.2国内外研究的现状 3102652总体设计 416646本系统实现的功能包括以下功能 5158782.1单片机选择 586722.2温度传感模块选择 538862.3显示模块选择 6164772.4电源电路选择 6139453.系统硬件系统分析设计 762423.1STM32单片机核心电路设计 7169933.2ADXL345加速度检测模块电路设计 7163533.3LCD1602液晶显示模块电路设计 8217173.4脉搏心率传感器模块电路设计 8117293.5M393比较器模块 9232351.LM393集成IC主要参数 9281422.控制模块主要参数 9249193.插座指示 10203674.使用方法 10322553.6DS18B20温度传感器模块电路设计 10204964TM32单片机系统软件设计 11101564.1主程序设计 11178234.2温度检测子程序设计 1148344.3显示子程序设计 11136834.4初始化程序 12285745.系统调试与分析 13227095.1软件调试 1379635.2硬件调试 1411675 1526867结语 15摘要：随着物联网技术的飞速发展以及人们逐渐对其身心健康的重视，计步器软件已成为每个人的日常生活常见的设备，它是一种智能的可穿戴设备，可以定量分析和检测人们的健身活动。如今，大多数智能可穿戴设备已经集成了计步功能。流行的智能手环除了具有一般的保持步伐功能外，还具有测量燃烧的卡路里，进行健身运动里程和测试睡眠质量的作用。生物医学工程项目数据信息的数据信号指标与人体的身体健康息息相关。只有掌握周期性，才能更合理地处理身体的健康问题。随着电子产品信息技术的发展趋势和医学的持续发展趋势，每个人对高精度，便捷，快速，快速的生物医学工程项目信号电子产品测试设备的要求越来越高。心跳和步数也是人体的两个关键指标。因此，这次，我们根据当前的发展趋势设计了单片机健身运动检测控制模块。本设计方案它采用由STM32微处理器为核心设计方案，并与其他外围电路组成一个系统，可以立即显示步数，行进的距离和平均速度还有心跳和温度值。关键词：心率监测体温监测监测系统STM32单片机单片机1.引言1.1设计背景及意义伴随着信息技术迅猛的发展趋势，现代社会已经进入了信息管理社会。各种信息内容参数的准确性和精确度日益提高，显示出不断提高和匹配的爆炸性要求。在三大主要信息技术中：数据收集（即传感器技术），信息内容传输（通信技术）和信息资源管理（计算机技术），传感器属于信息技术的最前沿。可以说没有传感器的数据采集，没有事后的信息内容传输和信息资源管理。在现阶段，在世界各地的国家中，有无数基于传感器技术的创新公司。最著名的是Nest，不久前它被美国GoogleCorporation以32亿美元的价格收回。Nest已应用了多种这样的传感器，并且产品开发手段意味着智能家居系统产品的普遍性。在另一个相关行业现代科学中，有一个基本的见解，即医疗尖端技术的发展趋势与智能医疗机械的发展趋势密不可分，而智能医疗机械的发展趋势与传感器的发展趋势密不可分。在传感器行业中，温度传感器技术和脉冲精度测量技术长期以来在各个相关行业中得到广泛使用。人们的身体状况，尤其是老年人的身体状况与其体温和脉搏关系不大。心跳是指人的心脏每分钟脉动的频率。它是反映心血管系统正常工作的关键参数。另外，心跳值也是考虑能量和劳动效率以及大脑力量的重要指标值。因此，准确测量心跳是评估人体系统状况的一种很好的方法。另外，体温也是反映人体状况的另一个指标值。测量方法包括口腔，腋窝和直肠测量。身体的温度相对稳定。普通人的体温在24小时内会有轻微波动，距离通常不超过1度。1.2国内外研究的现状脉搏和体温异常表明身体患有某些疾病。在古代中医中，有一种脉搏诊治的方法。在现代，脉搏也通常用作关键的生理指标值。科学研究，特别是SARS期间体温的准确测量，非常重要。不断发展的趋势和现代科学的发展使得每个人对各种测试仪器的要求越来越高，脉搏和体温的准确测量是一种评价生命生理的好方法，由此可见进行人体温度和脉搏测量方法和设备的科学研究的必要性。作为现代仪器与医学紧密结合的重要应用课题，具有长期的现实意义。随着社会发展的不断发展，技术进步也在不断发展。特别是在过去的20年中，电子设备和信息技术的发展趋势也已达到突飞猛进的程度。电子计算机的使用和普及使每个人都受益。在信息管理和数字化时代，人们生产，制造及其日常生活中的每个不同行业中，都使用了各种各样的电气设备，并且大多数家用电器有用到传感器组件。因此，在社会和经济建设中具有至关重要影响的传感器技术是当代信息技术的关键技术之一。在诊断和诊断治疗中，脉搏的快速测量已经发生了很大的变化，从脉搏数测量方法到多主参数心电监护，心电监护仪和脉搏自动检测器方法的应用。由于智能自动检测仪的应用具有操作简便，应用方便，定位准确，测量准确的优点，还具有按时存储数据和信息的强大功能，不仅可以进行当代的诊断和治疗数字化，智能化和智能化的方法，也大大减轻了医务人员的劳动和工作强度。新技术，新技术和新技术的应用使传感器和实验室仪器面板都成为同一集成IC，这是一个新的升级。这种多样化的检测系统正朝着体积小，功能损失低，应用灵活，易于携带，适合社区和住院治疗医院病房的应用，具有较强的逻辑思维能力，并且可以扩展。例如，利用检测系统和测量计算机进行数据传输，从人体采集的脉搏数据信号根据Wifi传输到PC终端，从而可以完成远程医疗系统的诊断。如今，大多数医生都通过听诊来准确地测量脉搏。医用脉搏计可以准确测量心跳和心脏收缩程度，以区分患者的身体状况。在1950年代初期，对于脉冲基本理论，脉冲诊断方法，疾病诊断和脉冲测试的科学研究，医学领域的权威专家对此进行了大量的工作，并取得了丰硕的成果。发展和重要成果。脉搏诊断仪科研成果的关键体现在人体脉搏诊断的客观科学研究中。脉冲诊断仪的关键部件是第二个脉冲诊断传感器。在中国，将杠杆脉冲叙述器引入中医脉冲诊断的科学研究是1950年代著名专家学者朱Zhu的一项关键科学成就。自1970年代以来的近40年中，我国脉冲互联网医疗技术出现了非常大的发展趋势。高科技研发人员使用手指的模拟仿真来采集脉搏。数据信号和记录的方法已经开发出各种类型的脉冲超声换能器。在此阶段，在医学领域中使用了多种类型的脉冲诊断传感器。根据其原理，它们可以分为4类：工作压力传感器，根据人体脉动饮料的工作压力的变化来描述脉搏图；以及根据人体血管容量的变化来描述光学传感器的脉搏诊断；使用声学原理来拾取由身体脉搏引起的振动，也就是说，是监听数据信号的麦克风；另外，还有当今在医院中普及的超声波多普勒无损检测技术。目前，更时尚，更常用的I2C总线被用作ADI企业产品开发的AD7416温度传感器的数据插座。这种带有自己的数据插座的温度传感器集成ic使开发人员免于模拟模数转换的设计过程，从而带来了极大的便利，并降低了制造成本，但是这种通用集成ic也具有类似的缺陷，其检测范围为太小，一般只有-55-125度，并且测温精度也比较低，一般会有高达2度的误差，因此如果客户必须满足高精度的测试标准，就不容易选择这种集成的ic。在电容式电网温度测量的当前阶段，由于该传感器结构简单，制造方便，具有测温范围广，热惯性小，精度高，输出数据信号有利于远距离传输等明显优点。热阻传感器的温度测量范围较大，误差相对较小，其性能优于前面提到的数据温度传感器，但热阻传感器与PT100相似。外界需要增加一个外部现场数据信号运算放大器及其AD转换电源电路。为了将温度数据信息显示给MCU设计，设计方案非常复杂。测量范围误差，传输线扩展误差，动态误差及其应用的仪表板误差是热阻传感器应用误差的主要原因。当今社会的发展趋势使每个人与信息内容检查和相关技术的收集越来越相关。如今，基于单片机的各种传感器基本上已经从数字模拟变为数字显示，从集成变为智能系统。除了网络的飞速发展，它还在迅速开发新技术，例如高精度，多功能，系统总线标准化，高可靠性和安全系数，虚拟传感器和Internet传感器的开发与设计以及研发。芯片检测系统成为主流趋势。2总体设计该设计方案的核心为功能强大且丰富的STM32单片机，再加上步距检测传感器，温度传感器，心率感器和LED液晶显示控制模块组成。系统的框架如下：图1系统的功能框图本系统实现的功能包括以下功能（1）通过用加速度传感器ADXL345收集到的物理信息经过他的转化变成数字量传到单片机中让单片机进行处理，并通过液晶显示显示并计算步行速率和步行距离。（2）根据与人体紧密接触的心率传感器检测佩戴设备的人的心跳的快慢，并根据温度传感器检测温度。采集心跳时，将手指轻轻按压在其上，因此无需重压但不能不接触是人体与传感器留出缝隙。LM393上的白色和蓝色电阻器可以调节灵敏度。（3）lcd1602立即显示步数，距离和平均速度，心跳及其温度值。2.1单片机选择方案一：使用Intel的8031单芯片开发和设计51单片机，这意味着型号规格和规格包括宏京公司的STC89产品系列等，以及其制造商，例如华邦，达拉斯，西门子等，许多兼容产品通常用于计算机自动控制系统，电气产品和其他领域，由于51单片机具有稳定的特性，因此广泛使用了51产品系列的兼容型号和规格，它们将在制造的日常生活中占据很大的市场。方案二：MSP430产品系列是国外制造的超功耗复合CPU。它具有16位和多种寻址模式。关键字包括4种总体目标操作数寻址模式和7种幼苗操作数检索地址，由于它具有非常低的功能损耗，易于使用，简单，并且开发设计和设计方案系统也非常具有成本效益，因此被许多制造商使用，MSP430也起着关键作用，集成的ic本身集成了具有较高AD采样精度的电压跟随器，比特操作的实现将更加复杂，并且不适用于对功能丢失不敏感的操作和应用程序，这不是极端的情况。综上：综合考虑成本和能耗，选择宏晶企业的STC89C52MCU单片机设计。2.2温度传感模块选择方案一：使用传统的模拟传感器。除了模拟的模拟传感器外，还添加了一个模/数转换器，以将温度信号收集到单芯片设计中，然后执行准确的温度检测，模拟模拟传感器解决方案的缺点在于温度传感器的信号必须基于前置放大器，然后基于外部现场组件，系统配置比较繁琐，调整校正比较麻烦，准确度不高。方案二：有多种类型的数据信息温度传感器。达拉斯的DS18B20数据信息温度计是一种系统总线组件，具有体积小和易于接线的特点，因此，可以悬挂许多这样的数据信息温度计以产生监视系统，该监视系统促进简单的电路和清晰易懂的网络通信，这对使用有益。综上：从硬件配置的简单程度和温度检测的准确度考虑，本设计方案采用第二方案。2.3显示模块选择方案一：LED显示屏，是由许多LED数据管形成，在LED数据管中，包含数字8和小数位，为了显示数据信息，必须将工作标准电压添加到数字显像管的相应部分，虽然本质上来说的话，数据管不是独立点亮的，但只有扫描仪特别快的时候，给定的印象是一组稳定的数据信息，且没有那么容易闪烁，而且有界面显示的预期效果，如数据数据所示，可以节省很多I/O服务器端口，并且影响较小。方案二：液晶显示屏，液晶显示屏分为两种类型：点阵型和段型。它的特点是它必须是专业的驱动电路，并且能见度很小，并且本身不会发光。通常使用并行接口，这对微控制器的插座有较高的要求，占用大量资源，但显示主题很明确。综上：方案二中的lcd显示屏比较合适，符合设计原则。2.4电源电路选择方案一：开关电源电路，开关电源电路的基本原理是采用相关技术来控制定时开关比，以保持稳定的输出电压，伴随着电力电子技术的技术发展趋势和技术创新，已经在开关电源电路的技术方面进行了科学研究，在当前电子产品信息技术领域的快速发展趋势中开关电源电路占有重要的一部分。方案2：线性稳压电源，线性稳压管直流可调稳压电源的特点是：输出电压小于键控工作标准电压，而输出谐波畸是非常小的，在工作的时候噪声低，效率也很低，热噪声间会影响到系统的改变。综上所述：因为这个设计的电源电路消损是比较小的，所以选择线性稳压电源是最匹配的。3.系统硬件系统分析设计3.1STM32单片机核心电路设计STM32系列产品CPU是一种基于ARM7框架的32位系统，单片机是所有系统软件的操控中枢，它控制周围的组件有序地工作，从而达到估计的效果。在硬件配置级别，还需要进行分级科学研究。每个模块都完成了这部分的作用，最终把这种模块联系在一起，使这种设计看起来可以更好的分析。STM32是具有卓越的程序流存储空间和众多微控制器。他的消耗非常低，当正常的运作时，他的电流约为5mA；在保留模式下，该动作的电流消耗为1mA；在掉电模式下，它将被外部中断唤醒，并且在停止后仍将保留，能够执行初始程序流程。在ISP编程过程中，STM32的速度是传统单片机的好几倍。外部设备与单片机之间的引脚到引脚兼容模式将为您提供多方面的协调功能。您可以升级应用程序以需要大量的存储空间。STM32引脚图如下图所示。图2STM32引脚图3.2ADXL345加速度检测模块电路设计ADXL345作为检测人的行进速度的模块来实时检测相关的情况信息。他通过内置的陀螺仪可以精确地测量由健身运动或撞击引起的动态瞬时速度。可以准确测量小于1.0°的倾斜角变化。传感器会根据设置的阈值的大小来传递给单片机相关的运动物理量。从而最大程度地减少了服务器CPU负载并减少了整个系统软件功能的损失。该功耗方法适用于基于健身运动的智能电池管理，然后执行阈值检测并准确测量健身运动的瞬时速度，而功能损失非常低。ADXL345模块与单片机的连接方式如下图3。图3ADXL345模块接口图3.3LCD1602液晶显示模块电路设计根据1602的数据手册，1602与单片机的接法如图5下，LCD1602是点矩阵液晶显示器。其特点是必须具有专业的驱动电路，可见度小且不发光。LCD（液晶显示器）是液晶显示器的英文名称的缩写。液晶显示器是有源显示器，即，LCD屏幕本身不亮，但是可以使用LCD屏幕根据方向的特性来改变光，以实现白色背景上的黑色文本或白色背景上的黑色文本指示的目的。液晶屏具有功能损失低，抗干扰性强的优点。显示该模块由LCD1602和外围电路组成，更改电阻器R2的值可以调整显示的对比度。电阻R3是用于LEDled背光灯的过流维护电阻，LCD1602的数据信息服务器端口和微控制器的P0端口连接，根据1602的数据手册，1602与单片机的接法如下：图4图4LCD1602液晶显示电路原理图3.4脉搏心率传感器模块电路设计脉搏率心率传感器是用于检测心率和速度的传感器。它本质上是一个集成了运算放大器和降噪电源电路的光电心率传感器。基于此传感器，您可以开发和设计与心跳有关的交互式通信任务。传感器可以戴在手指或耳朵上。红外传感器将脉冲数据信号转换为电子信号。设备应将手指放在传感器盒上。红外传感器是具有集成运算放大器和降噪电源电路的光电心率传感器。一侧的LED点亮。当脉搏跳动时，指尖或耳朵中的血管中的血流会定期变化，并且指尖处的光抗压强度也会发生变化。另一侧的光电晶体管将接收到的红外数据信号转换为电子信号。LM393比较器模块对Pulsesensor脉搏心率传感器模块滤波的电路原理图如下图5所示。图5滤波电路原理图3.5M393比较器模块LM393是双电压比较器集成电路。输出负载电阻可以连接到允许电源电压范围内的任何电源电压，并且不受Vcc端子电压值的限制，该输出可用作简单的SPS接地开路。不使用负载电阻），输出侧灌电流受可能的驱动器和设备的值限制。当达到极限电流（16mA）时，输出晶体管被拉出，输出电压迅速上升。1.LM393集成IC主要参数（1）运行温度范围：0℃-70℃。（2）工作期间电源电压范围广，单开关电源和双电源开关均可工作，单开关电源：2〜36V，双电源开关：±1〜±18V。（3）电流消耗小，ICC=0.2mA。（4）输入失调电压很小，VIO=±1mV。（5）共模输入工作电压范围宽，VIC=0〜VCC-1.9V。（6）输出与TTL，DTL，MOS，CMOS等兼容（7）输出可以通过集电极结连接到“或”门。LM393通用电压跟随器控制模块，输入工作电压与标准工作电压进行比较，完成开关输出，测试数据采集卡，单片机设计，PLC等，可驱动汽车继电器等机械设备。控制模块传感器可以连接到多种类型的传感器，例如：电感式负载传感器：NTC型温度传感器型温度传感器，光电二极管型光敏电阻，振动传感器等。2.控制模块主要参数（1）电源系统的工作电压：DC3-30V。（2）开关输出：输出的高频和低频是电源系统的工作电压和零伏（3）标准工作电压调整范围：最小值：0V，最大值：电源系统的工作电压。（4）具有在大电流下工作的能力，并且输出可以驱动汽车继电器，LED和其他机械设备。（5）有指示灯和输出脉冲信号显示灯（输出为低且指示灯点亮，输出为高而指示灯熄灭）。3.插座指示（1）VCC与外部输入工作电压连接（2）GND连接到GND（3）D主板数据输出插座（0和1）（4）主板模拟输入输出插座4.使用方法当传感器接口端接入传感器时，通过参考电压调节电位器调整产生基准电压，传感器与分压电阻产生的电压与基准电压进行比较，实现高低电平的比较结果输出。3.6DS18B20温度传感器模块电路设计该程序设计使用DS18B20数据信息温度传感器，他的重要特征是以信息的方式展示温度，并且连接简便,DS18B20根据单线电源插座消息推送或接受信息内容，因此中间微处理器与DS1820之间只需要一条电极连接线。温度传感器选择DS1820数据信息温度计，通过九位数的数据反映出该组件的温度，几个DS1820可以额外连接到单线总线结构，并且温度传感器可以放置在许多不相同的领域，DS18B20的1端口号连接到9V开关电源，输出端口号连接到单片机的P11端口号，而3端口号接地设备连接到设备,电路连接如图6所示。图6DS18B20温度传感器原理图4TM32单片机系统软件设计4.1主程序设计自动控制系统的程序分为三个部分：主程序、驱动控制程序、中断程序。主程序执行系统软件的详细地址分配，系统软件复位和每个子例程的激活。软件开发是该自动控制系统设计的关键，然后必须构建系统软件和硬件配置。最后缺少的是系统设计。主程序由定义自变量，复位过程，各种子例程激活和驱动程序操纵过程组成。程序的工作过程是先根据DS18B20检查温度值，然后由心率传感器检查心率，然后将温度值和心率值发送到单片机进行求解。LCD1602lcd屏幕上显示单片机传送的温度值和心率值。4.2温度检测子程序设计图7温度检测子程序先对DS18B20进行校对，绕过ROM，然后按照温度的指令，最终把测试出来的结果传送到微控制器。程序流程图如图7所示。4.3显示子程序设计液晶模块LCD1602想要显示出输出的电压，程序就要按照LCD1602的具体指令对它进行控制。首先要使液晶工作在显示模式下也就是使液晶模块能够工作在写指令的模式，之后再使液晶能显示出使用者按下的英文字母让液晶工作在写数据的的模式下。具体指令已在上文阐述过，这里不再解释。显示程序流程图如图16所示。图8液晶显示程序流程图4.4初始化程序因为单片机内无论是寄存器还是还是定时器计数器都存在着默认值，如果对这些模块不进行赋值，按默认值来的话单片机有可能会产生混乱，达不到编写程序的目的，所以要加入初始化程序来增强系统的稳定性。液晶模块如果不进行初始化的话会一直显示上次输入的单词或者停留在上次掉电时的状态下。所以初始化程序必不可少。voidinit(){ wela=0; dula=0; temp=0; lcd_wcmd(0x38); //双行显示，指令5 delay(1); lcd_wcmd(0x0c); //开显示，无光标，指令4 delay(1); lcd_wcmd(0x06); //光标右移，指令3 delay(1); lcd_wcmd(0x01);//清屏，指令1 delay(1); EA=1; ET0=1; TR0=1;//启动定时器 }5.系统调试与分析5.1软件调试Keil是英国KeilSoftware生产的系列产品，同时内置STM32的HAL库，可以更为方便的实现控制系统的初始化配置，极大的降低开发成本，与单片机设计的C语言开发软件系统软件兼容。与选择相比，C语言在功能，结构，可读性和可伸缩性方面具有显着优势，因此易于理解。使用汇编器后，请使用C进行设计开发。该绘图软件的编译器使用uVision2c语言编译器。程序代码编写完后需要编译链接生成目标代码，然后进行硬件调试或模拟仿真，编译代码可以点击或键盘的快捷键F7。编译后的结果如图9所示。图9软件编译结果界面编译软件后，要对代码进行下载到STM32单片机中。这里选用的是FlyMcu下载软件，如图