《基于单片机的人体体温与心率的健康监视器设计》15000字

基于单片机的人体体温与心率的健康监视器设计目录TOC\o"1-2"\h\u22480摘要 120355第一章绪论 2168091.1课题的研究背景 2290971.2课题的研究意义 2224621.3国内外研究现状 326353第二章系统总体方案的确定 4189332.1人体健康监测器方案设计 4123502.2各部分电路模块选型 4194132.3系统整体方案设计 1022631第三章硬件设计 11298523.1主控芯片、传感器简介及其工作原理 11313443.1.3mpx2100压阻式压力传感器的结构简介以及它们的主要工作电路原理 14146083.2硬件电路设计 15119133.3电气原理接线图 205375第四章软件设计 21153994.1主程序流程图 22270104.2子程序流程图 2386184.3系统程序 2732376第五章系统仿真 28180305.1软件调试 28186555.2Proteus仿真 3046715.3系统仿真调试 30258455.4功能仿真 30157465.5遇到的问题及解决方案 33271985.6经济效益分析 331939总结 34摘要随着社会的发展，人们丰衣足食，衣食无忧，人们的身体健康成为了人们生活是否幸福的一项重要指标。有了一副健康的身躯，才能高效的完成我们要做的事情。尤其在2020年，新冠肺炎在国内肆虐，对于体温更加需要做到实时监控。所以十分需要一个可以随时随地监测我们体温的装置，一旦体温超过数据就可以实时报警。这次设计的主要控制芯片是Atc89C51单片机，用来负责数据的收集处置办理和传输的功能，用来测量人体体温用的是Ds18b20温度传输感应器，用来测量人体心率的是MpX2100压力传输感应器，并且用Lm016l液晶显示屏来展示我们的体温、心率大小，还可以报警。关键词：监测器ATC89C51单片机体温监测心率监测报警第一章绪论1.1课题的研究背景上世纪八十年代,外国学者发现了一种介于健康与非健康之间的状态，也就是我们所称谓的"亚健康状态",我们也常常称之为"灰色状态"。在目前我们国家,深圳某一家医疗公司自主研发的子一种多参数监护仪,可以准确快速地测出血压等多个人的参数,低功耗，费电少。可长时间待机使用，多用于急诊室和手术室。吉林大学自主研制了一套全新的穿戴式测量机器人体内部各种生理参数的测量系统,能够准确地测量出一个人体的多项生理参数，对监测的参数进行处理，处理后反馈给人们，提醒人们对潜在的心血管疾病进行早预防早治疗。国内高校也在人体多生理参数健康监测方面有了诸多研究成果。电子科技大学和南昌航空大学研发了一种织物形式的小型便携式生理信号监测设备，可监测呼吸、血氧、心电等多个生理信号。东南大学与中国移动共同研发了一种智能化的人体健康监测系统,可以实时监控人体健康状况。近几年来，人们的健康意识不断提升，更加注重保健和养生，希望可以实时监测自已的健康状况。通过实时监控自身的各种生理参数比如体温、心率、血压等了解自身的健康状况,对各种疾病进行防范和预防,在患者出现疾病初期就对症下药,抓住最佳的治疗时机,将自己的疾病狠狠地扼杀在了摇篮里。1.2课题的研究意义不断进步和发展的现代科学技术和越来越先进的现代化医疗技术水平,使得现代人的物质生活和精神生活都大大提高。人们变得更加健康，所谓“人生七十古来稀”也不再是现状了。但我们面对着不断下降的出生率，老龄化呈现不断加速的趋势。在目前国际上一般认为,我国将在十三五期间,即2016~2020年进入超级老龄化的社会"。国内外关于人体健康监控管理系统的科学研究成果很多,国外由于我国拥有先进的科学技术,其所制造的人体健康监控管理设备具有抗干扰性强、功能强大、稳定性好,80年代初期,美国marquette公司开发并推出了第一款自动化的数字心电图仪,使得心电图连续监控管理技术已经可以在我国进入到现代临床实际应用的新时期。美国vivometrics公司自行研发的一种新型穿戴式人体生理信号检测控制系统-生命衫(lifeshirt),是全世界首个可以进行连续、无创伤、可随时移动采集人体生理信号的健康检测装置[7]。苏黎世大学日前开发了一种新型的全可穿戴式地球人体健康参数监测电子设备,它不仅能够实时自动检测辐射到整个地球人体多种人的生理健康参数,比如一个人的体液血氧、血压等。目前我国的医学和卫生水平尚未是十分先进,如果我们的社会人们能够提早地察觉得自身的健康和指标在哪里有所改变,对其健康情况有一个合理的判断和评估,做到了早预防,早治疗,可以极大地提高这种疾病的诊断和治愈率,同时耗费最少的资源[6]，所以，对多参数人体健康监护系统的研究显得十分重要。基于以上情况和特点，本文设计了一款低功耗、体积小、使用方便、可同时监测体温和心率并实现超常报警的小型人体健康监护系统。1.3国内外研究现状一直以来，国家都把民生问题当做重中之重。俗话说得好,水能载舟亦可以覆舟,如果我们的民生问题还是得不到很好的解决,老百姓的愿望得不到实现。那谈再多的政治、经济、文化发展都是没用的，纸上谈兵而已。人才是根本，离开了人，发展只是一纸空谈，今时今日的中国，早已经强大到了令人惊叹的地步，各方面的实力都很强，让每一个中国人都感到骄傲。中国作为一个人口增长的大国,为了尽可能地减轻对全球人口总体数量的限制,实行了一系列的计划生育政策,并且已经取得了不错的进展。现在看来，我们国家的方方面面都在不断变好，人口增长速度减缓了，GDP逐年增加，腰板硬了，在国际上的地位越来越高。我们在为国家的这些变化欢欣鼓舞时,可能还是会忽略一些问题,那就是我们的人口老龄化问题,我们这些年轻人的身心健康需要引起高度关注。跟随他们的子女和生活在这座城市里的中国老人们,尤其对于那些有意思想尽孝却又不能及时完成人体健康尽孝的年轻人们,购买一个多功能的家庭人体健康监控检测仪器设备置放在家里老人身边,可供他们随时任意监测自己的人体血压、血糖等各种生理参数,让他们及时掌握和了解自己的情况和健康。有很多学者把这种大家所谓的"灰色状态"或者是"慢性疲劳综合征"的个人身体状态称作亚健康状态。亚健康状态是指在没有发生明显病理变化的情况下，人的生机体格功能退化，人们很难察觉到这种退化，久而久之，出现抵抗力下降、精神萎靡、生理功能下降的情况。另外自身容易缺乏自信，缺乏安全感。亚健康状态如果可以被人们及时发现，及时调理身体，有一个好的心态，那它可以转化为健康状态。如果对其嗤之以鼻置之不理,终将其转化成一种疾病高发状态,甚至还有可能直接引起严重心血管疾病、高血压,对整个人类的身体健康都是一个很大的威胁。目前对于这些亚健康皮肤问题的早期预防还只是缺少一种行之有效的治疗方法可以来得到解决，国际上也还从未制定一种评定方法，对亚健康状态进行客观量化评估。如果可以通过一些生理参数指标来进行评定，将有利于全面认识和解决亚健康问题。第二章系统总体方案的确定2.1人体健康监测器方案设计电压比较器单片机温度传感器压阻式传感器显示电路超限报警电路此监测系统的主控器使用aTc89C51单片机,一次性地进行两种主要的工作模式:监测人体的心率,监测人体的体温。要求设计产品可以使用户随时随地、方便快捷地展示对于心率、人体电压比较器单片机温度传感器压阻式传感器显示电路超限报警电路图2.1人体健康监测器原理框图2.2各部分电路模块选型由2.1的系统工作控制原理基本框图我们已经可以清楚地由此看出,本监控系统的硬件设计主要功能划分如下为5个控制模块,其中主要包括了一个基于单片机的自动主控控制、体温自动监视控制、心率监测、显示以及报警五大模块。2.2.1单片机主控模块本工程设计的主控制模块选择at89c51型单片机。该系列单片机主要负责为所有用户设备提供以下几种标准的硬件功能:4K个八字节的外部fLaSh一个闪电速度的数据存储器,128字节的内部的fRaM,叁拾贰个新的i/o口和连起来接起来的线,贰个16位定下时间/时刻计下数据的机器,壹个5向量双级数据中途断开网络结构,壹个完完整整的全二工串行数字依据通讯口,片内的一个振荡器以及一个8位时钟驱动控制电路。at89c51单片上电机还同时可以将一个输出工作频率从从减少一直到0hz的多种静态逻辑运算进行操作,并且同时支持两种不同的操作软件,即可同时选择多种软件节电和降低工作频率模式。虽然这种非常空闲的工作方式将可能会直接停止整个cpu的正常中断工作,但是仍然可以允许整个ram,定时/定位计数器,串行数据通讯口以及整个中断系统的接口继续正常工作。通过防止掉电的这种方式可以来清除保存在rramo其中的所有内容,但是这个振荡器可能会自动停止正常工作并且它们会自动禁止其它所有相关零部件的正常工作,直到它们接着停止下一个所有硬件的工作复位。2.2.2体温测量模块一直以来,传统的用于测量人体脉搏的手段主要有:①使用压力传感器在测量人体高血压时所能检测到的频率和幅度来精确地计算人体脉率;②从监视得到的心电信号中被获取;③采用光电容积方法。心跳的次数称为心率，健康的心率大致为60~100次/min，心跳次数与年龄、性别的不同有关。越是小孩子心跳越快。同样的岁数，女性比男性快。十八岁以后的人平稳时心率若超过100次/min，称为窦性心动过速;心率比60次/min少，称为窦性心动过缓。目前一些心率的检测方法虽然准确，但对使用者有一些限制，这些局限性可通过一种被称为Photoplethysmography的技术来克服，这种技术被归类为反射率或透光率。1.体温测量的三种方法及其工作原理体温的两种测定测量方式,按照其与人体面部皮肤的受热有无或是否接触情况来进行区分又可为非接触式的体温测量和接触式的体温测量;按照其的加工作用和原理用途来进行划分,可以将其分别细分为红外电子体温计、水银电子体温计和微型金属电子化学体温计。以下介绍三种体温计工作的基本原理。一、红外体温计红外线体温计安全方便，可记录多组数据，大屏幕显示，有些还具有语音播报功能，特别适合一些哭闹不肯测温的婴幼儿和视力模糊、听力衰退的老人。它使用大名鼎鼎的黑体辐射，在大自然之中，某东西的温度超出绝对高出的温度，这么壹个东西便会源源不断地从周边的空间里面辐射出更加多的红外光。东西的表面受光照射温度,与一个东西所辐射的红外能量依据光波长短分布、一个东西所辐射的红外光照能量大小等因素关系紧密。常用的几种体温计由耳温计、额温计、额温枪、热像仪等，以下简单介绍这几种红外体温计。1、耳温计耳温计，顾名思义，是在耳朵处测温，具体是测耳朵内鼓膜的温度，由于接触人体皮肤，是一种接触式的测量。由于人的鼓膜位置接近人体下丘脑的体温控制调节中枢,受此因素影响,鼓膜具有稳定的温度,因此在正确地使用人体耳温度设计时,将测得的人体鼓膜温度作为一个人体的总热量,具有科学意义。使用耳温计时要更换一层保护橡皮胶,可以避免耳温的细菌感染,但一般只适用于医院或家庭。2、额温计额温计是一种非接触式的红外光学体温计,测量的部位在额头,测量的时间不得小于1s,误差小于≤±0.3℃,拥有巨大的荧光灯和液晶显示,适用于各种肤色的人群。不仅能够用来测量皮肤的温度,还能够用来测量固体、液态的温度,不会对人体或者皮肤造成任何伤害,操作简便。3、额温枪额温温度枪(又称红外线温度测温仪)是它是专门为通过量化检测和分析测定一个人体的内部额内外温度作为基准而专门设计的,使用操作起来十分简单、方便。1秒内系统可准确的为您进行流感测温,不必再担心接触或受到任何伤害人体和您的皮肤,避免了流感交叉抗体传播导致感染,排查病毒防止感染流感。可以有广泛地可以应用于各类大型医院、学校、海关、机场等各种大型综合性的公共场所,还有些应用是目的可以为提供医疗诊所服务者在医疗诊所的规定时间里提供使用。4、热像仪红外热像科技在军民两方面都有应用，最开始起源于军用，逐渐转为民用。在民用中一般叫热像仪，主要用于研发或工业检测与设备维护中，在防火、夜视以及安防中也有广泛应用。通俗地讲热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。它在热图象上有多种颜色。二、水银温度计、水银人体温度计原理是一种利用化学水银热胀冷缩法的工作力学原理。水银式体温计具备着特别复杂的构造,在玻璃气泡和小型细管连接的位置,有一个很细微的伸缩缝。例如,当一个人把自己的体温表从口腔或腋下拿出来放开后,水银会遇到冰箱中的空气,遇冷会发生收缩,水银柱在收缩口的位置断开使用温度计时，首先要看清它的量程（测量范围），然后看清它的最小分度值，也就是每一小格所表示的值。要选择适当的温度计测量被测物体的温度。测量时温度计的液泡应与被测物体充分接触，且玻璃泡不能碰到被测物体的侧壁或底部；读数时，温度计不要离开被测物体，且眼睛的视线应与温度计内的液面相平。不允许使用温度超过该种温度计的最大刻度值的测量值。温度计有热惯性，应在温度计达到稳定状态后读数。读数时应在温度凸形弯月面的最高切线方向读取，目光直视。水银温度计应与被测工质流动方向相垂直或呈倾斜状。水银温度计常常发生水银柱断裂的情况，消除方法有：冷修法：将温度计的测温包插入干冰和酒精混合液中(温度不得超过-38℃)进行冷缩，使毛细管中的水银全部收缩到测温包中为止。热修法：将温度计缓慢插温度略高于测量上限的恒温槽中，使水银断裂部分与整个水银柱连接起来，再缓慢取出温度计，在空气中逐渐冷至室温。三、电子体温计热电阻传感器当温度上升时，某些金属化合物的电阻率呈现规律性的上升或下降，这种现象叫做热电阻效应。还有人们可以把温度系数的正负性区分差别划开分成为ptc正温度系数传输感应器和ntc负温度系数传输感应器。2、热敏电阻传感器半导体绝缘电阻不同于其他电子金属的绝缘电阻,当外界温度持续升高时,半导体的绝缘电阻值急剧温度降低或大幅减小,呈现非线性的反比关系。在进行检测后得到具体温度和交流电压发生变化的正常情况下,热敏介质电阻的具体阻抗数值和电压频率发生变化大约分别是普通热和铂热热敏电阻的10倍,通过对进行测量后得到热敏介质电阻阻抗的值和电压频率的检测变化。2.三种体温测量方法的优势和劣势一、红外体温计的优缺点红外光谱测温计大多数都是非接触式测量,不尚于人体内部发射任何放电性的光,仅以吸收人类辐射的红外线,测量部位是额头或者鼓膜,即使是接触,也只是轻微的接触,接触时间短,接触部位没,不会造成感染。另外不携带任何激光触碰到身体上的任何地方,也没有损坏或影响身体和心理健康;还可以自行设定报警温度。相比于传统的水银体温计,红外体温计并非是一种玻璃式的,它有坚硬而多变化的外壳,即使多搅拌几次也不会破坏,使用寿命长,但是测量的结果易受到多种环境因素的干扰。当被检测目标的辐射频率不完全确定时,很难准确地检测出其真实的温度;仪器本身较复杂,使用前需要经过一些训练才能保证正确的使用;价格相对较高,准确度较低。二、水银体温计的优缺点水银温度计是实验室中最常用的液体温度计,水银具有热导率大,比热容小,膨胀系数均匀,在相当大的温度范围内,体积随着温度的变化呈直线关系,同时不润湿玻璃、不透明而便于读数等优点,因而水银温度计是一种结构简单、使用方便、测量较准确并且测量范围大的温度计。三、电子体温计的优缺点电子体温计是利用了各种半导体电阻伴随温度的变化而发生变动的物理学特征,测量迅速。缺点是由于显示率的准确性受到了电子器件和锂离子电池的供电情况等多种因素影响,所以测量的稳定性比没有普通玻璃体温表好。3.本设计体温测量模块的选择本设计体温测量模块的选择要求是成本低、功耗小、便于携带和使用，可以实现动态测温，因此，选择水银温度计是不合理的由于红外体温计很容易接受到被测目标辐射速率、环境温度及其所测量的时间和距离等多种因素的干扰,测不准实际温度，也不被选择。所以，本设计选择电子体温测量方法，选用DS18B20温度传输感应器。4.体温测量模块本设计采用ds18b20温度传输感应器作为温度监测可视和检查测试的模块。它与我们曾经的热敏电阻做一个较好的比较,它可以依靠根据实际的要求,通过容易的编程,就是能够完成9~12位数字值的数字读取。因而采用该传感器将其设计成系统的结构变得更加简洁,具有较高的可靠性。它在测温时的精度、转移时的持续间隔、传输时的距离、分辨率等各个方面都较其他的传感器具有更大的优势,能给广大用户提供更便捷的使用和更好的效果。此方框图如图2.2所示。人体人体温度传感器DS18B20 AT89C51单片机图2.2体温测量模块方框图2.2.3脉搏心率测量模块1.脉搏心率的含义心率/脉搏是身体很重中之重的身体机理参数。想感知动脉的搏动就摸摸手腕，这就叫脉搏。健康的人在平稳的情况下每min自古以来我国中医学上就已经有"望闻问切"的一种说法,"切"是指切脉。脉搏信号是一种微弱信号，容易受到干扰。就算一直是同一个人，但也不会保持不变的脉搏。2.本设计脉搏心率检测模块的选择体温是鉴别人体健康水平的一个重要参数，非常直观地反映人体健康状态。本节介绍了体温测量的三种常用工具以及各自的工作原理，然后进行对比，说明每种工具的优势和劣势，为本文测温模块的硬件选型打下基础。压力精度传感器产品作为一种能够具有较高测量精度的压力检测测量仪器,在各种新型军事、航空、飞行和太空航天技术中的工业应用均对此具有其严格的质量要求,产品必须经过严格的质量测试后方能才可以实际生产应用,所以这种新型压力精度传感器的发展非常迅速。也正是因为它的发展迅速，因此也有各式各样的压力传感器供我们进行选择，选择面非常之广。与此同时，压力传感器具有工作可靠、性能稳定等优势。所以本设计选用压阻式压力传输感应器进行人体脉搏心率的检查测试。3.心率测量模块使用的正是压阻式的压力传输感应器MpX2100作为我们要用的心率/脉搏检查测试模块,该检查测试模块在采集了心率/脉搏信号后将其作为一种电压信号,计每10s的脉冲个数,将其×6就能够得到相应的心率,与此同时，在展示位置中设定了10s来重置一次,就果断得到这一刻整个人的心率。该模块的方框结构图如下图2.3所示。人体人体压阻式传感器MPX2100电压比较器AT89C51单片机图2.3心率测量模块方框图2.2.4显示模块在该系统正常进行和运行的整个过程中,必须使所检测到的心率和体温数据能够进行实时地显示,考虑了下列两个解决办法。方案一：将体温以及心率/脉搏值通过液晶显示屏显示出来。液晶显示屏（LCD）的优势：面积很小、耗电很少、不具有辐射、可视面积大、画面清晰。方案二：使用旧时代的产物——数码管。数码管的优势：耗能低、损耗低、拥有很长的使用寿命，维护起来十分简单，同时它的精度较高。但是它有一个致命的缺陷：无法同时显示心率、脉搏以及体温。所以按照题目的要求，最终选用LM016L液晶显示器。2.2.5超限报警模块使用发光二极管作为本系统的超限报警指示灯,以便于人们进行观察。我们正常的体温是36~37.5℃,正常的心率确实是每min60-100下,这就会出现如果我们监测的是平常体温和心率都不在了规定范围时,这时二极管就发光啦,立刻警示大家小心自己的身体。2.3系统整体方案设计本次设计主要是对于人体的身高、心率进行了监控、心跳指示灯和超常时间进行了报警。首先,要真正实现人体的身高和心率情况的监控,就需要通过一个传感器从摄像头中采集一个体温和心率的信号,然后把采集得到的信号直接转换成一个单片机能够进行处理的信号,再由一个显示电路展现出来,去实现这种监控功能。体温湿度测量系统是通过一个高频传感器的dS18B20来直接采集高频到测量人体的内部温度和湿湿等数字信号,这些数字信号在经过一个高频传感器之后也就变成了一个同时能够直接被一个单片硅电机处理的高频数字信号。心率脉冲测量方法主要是通过一个脉冲传感器mpx2100采集一个关于人体的脉冲心率测量信号,信号经过一个脉冲传感器后其电机输出的脉冲电压和其人体所受的脉冲压力之间可以形成精准的电压正比值函数关系,再通过一个脉冲电压比较器把其中所需要采集的电压信号转换成一个脉冲心率信号,进行一次脉冲心率测量并经计数后就可以精确得出一个人体心率的峰值大小。超常卫生报警参数控制管理系统的主要工作原理需要对整个人体卫生间的参数进行实现正确性的选择。人体健康的每个参数都应该是分别具有两个一定量和一个衡量标准的。我们监测系统的硬件想办法的方案最终用一个aT89C51的单片机,温度传递感应器采用Ds18b20,压阻式温度传递感应器采用MpX2100,显示屏是LM016L接下来我们将对所要设计采用的相关芯片、传感器元件及其相关硬件集成电路部分进行详细介绍。第三章硬件设计3.1主控芯片、传感器简介及其工作原理3.1.1AT89C51单片机的介绍①AT89C51引脚图如图3.1所示。图3.1AT89C51引脚图at51同时具备4k一个字节的无闪烁的功能可编程、实现了这种只读只写存储器的两大特点。它完全无需再考虑扩充外部应用程序处理存储器和内部的其他数据处理存储器。如此一来就大大幅度缩减了软硬件的一些部分。②管脚说明VCC：供电电压。GND：接地。p2口:p2口是作为内里上的向下拉稳定亚电阻的捌位两向电流i/o,p2电流缓向冲击器主要用于确保同一时刻来电流接收。在一个p2口的电源管脚不能作为电源输入时,p2的内里电力能源管脚被外面的电力能源引线电量压力拉低,将不能输出一定的输入电流。p3口：两个p3口径被写入"后,它们被内部上下推拉而成为一个新的高电平,并且被拿来用作音频输入。rst:通常用作一个信号复位器的输入。单片机的内部复位兼容电路主要是通过电源连接一个小的vcc(+5v时的电源),就是一个可以将瞬时单片机的内部加速充电瞬时内部的复位电容电源通过一个复位电阻器来进行复位充电。当此时rst(快速复位引脚)的一端会自动出现一个小的高电平,并且能够保持一定的充电时间,且这个充电的持续时间已经完全足够就可以能有效促进整个单片机的快速复位。/vpp:使用当i/ea端口被维护为高稳压电平时,作内部处理应用程序的数据存储器。当它的flash为可编程期时,该引脚也被广泛用来将它作为一个用于施加12v的半可编写程序稳定电压电源。XTAL2:反着方向高频率共振荡漾信号放大器的信号输入及内部驱使动员时钟器的工作控制电路。XTAL2：来自反着方向振荡器的输出。3.1.2DS18B20简介及其工作原理如图3.2所示。图3.2DS18B20封装图DS18B20内部结构内部结构如图3.3所示。图图3.3DS18B20内部结构图DS18B20的温度转化见表3.1：见表3.2：DS18B20使用中注意事项虽然ds18b20的测量温度把控限制系统相较容易、测量温度精度高、相连相接起来方便、所需的输出口线少,但是我们在实践使用时还是要特别注意一些问题。3.1.3mpx2100压阻式压力传感器的结构简介以及它们的主要工作电路原理压阻式的交流压力应变传感器主要用途是是指利用一种单晶硅的电流压阻扩散效应原理来设计制成的传感器件,即在单晶硅片的基片上用一种电流扩散式的方法被压制成4个相同频率等值交流电阻的压力应变传感元件后再组合而成所形成的一种惠斯费尔登压阻电桥。mpx2100是美国摩托罗拉公司自主研发和设计生产的一种新型采用带有绝对温度电压互换器和补偿数值的新型压阻式绝对压力温度传感器,它主要是通过设计采用先进的戴尔半导体和微微电子技术对压力传感器元件进行高度微细化的热处理和精加工,具有良好的线性化驱动强度,经过多次激光温度微调,温度自动补偿试尝等均已经基本达到了良好的性能特点我国少年儿童健康检查成人安静时的舒张收缩张力压力大约数值经过数据统计后如下面的表3.3所示。表3.3MPX2100工作参数3.2硬件电路设计此时钟电路的硬件设计主要部分包括体温总时钟控制电路、复位时钟电路、体温振动测定控制电路、心率振动检测控制电路、显示控制电路和各种超常振动报警控制电路,总时钟电路设计框图可参见本文中的附录及图ⅰ3.2.1时钟电路的设计操纵电子线路提出供给一种操控制造高频率单片机工作的频繁效率和工作时间差的标准。本设定谋计方法中高频率振荡机器的高频率操控制作电路基础设计如下表见图3.4,c2=c3=22pf。图3.4时钟电路3.2.2复位电路的设计由一个单片上电机中的rst引脚向控制主机接口提供外部信号复位控制信号的一个输入输出端口。复位有效信号首先要求的是高电平有效,同时要求高电平有效信号持续的每个工作周期时间至少要对应为2个月的机器人工作周期以上。图3.5为图示at51单片发电机所需要采用的上或下电复位控制模块工作控制电路。在一个阻容控制元件的图中参考值公式如图上下图中所示,即其中r12=10kω,c3=22μf。图3.5复位电路3.2.3体温检测电路的设计和误差分析①体温测量电路设计这种传输感应器直接与身体进行触碰就可以实现体温信号的采集,这个过程也就是对体温进行检测丈量的过程,在ds18b20内里实现了温度变化,就是能直白的输出壹个数学字符信号,并且是用单片机直白无接的进行数学字符信号处置料理。Ds18B20的放出信号也就是壹个数学字符信号,故此它就直截了当被单片机接收处理,也就是说它也方便与单片机进行直接连接。其中dq端与p3.7相连,电路框图的连接方式如图3.6所示。图3.6体温测量电路体温采集误差分析温度的采集操作过程不一定可能完全准确无误,错觉的温度有点可能是因为传感器和人体的接触不紧密,或者传感器的接触持续时间不足以达到一定的人体温度就已经进行了测量和读数,尽量在等待了一段时间后再开始进行测量,这样才可以减小误差。3.2.2心率脉搏测量电路设计以及误差分析因为使用DS18B20传感器测量体温，所以最终输出的是数字信号，单片机进行直接处理，非常简单。而心率/脉搏的测量比较复杂，需要一个模数相互转换的过程，下文对此进行一个介绍。心率脉搏测量电路的设计采用压阻式的功率压力脉搏传感器mmmpx2100来直接采集测量整个心率血管脉搏的各个脉冲运动信号,使这种压力式的传感器紧紧地或被粘贴地放在了整个人体上,当人们感觉感受到功率心跳加快时会直接使心率动脉的脉搏压力发生变化,通过直接采集脉搏电压和功率脉冲运动速度同时变化的脉冲信号数据来直接测量检测功率心跳。该心率传感器主要是通过采集输出电压值为的信号,输出电压信号为一个脉冲交流电压比较值,通过一个脉冲电压比较器与其信号进行一个脉冲交流电压比较值的计数比较,输出电压信号为一个人的脉冲电流信号,单片机根据这个电压比较值对其信号进行电压比较并然后所采集输出的脉冲电流对其进行计数,每10秒就有机会自动更新一次人的脉冲电流来从而实现自动测得一个人的心率自律脉搏。在这之中比较器需要设定的传递感应器就是壹个随便壹个电平比较器,采用Im324集合组成的运放方式来实施变现,就因为在仿真的来回中传递感应器的电力能源频率为5v,该设置此类比较器的电源压力阈值频率是2.5v,这之中比较器完全能起到一个模数转换的功效能量,将传递感应器所采到的输出电源压力信号转化成脉冲,而后经由单片机检查测验输出脉冲的计数过程测得心率的值。心率的脉搏测量控制部分与心动脉搏心率测量器的控制管路引脚p3.4相连,其中也应该设有心率脉搏的两个心跳讯息信号灯和指示灯,心脏每隔一下就应该会同时跳动一次,led的两个心跳讯息信号灯在指示灯上也应该同时闪烁一次,脉搏的心率测量控制部分与心率脉搏的控制管路引脚p3.5相连,心率的脉搏测量部分控制电路总体结构如软件图3.7所示。图3.7心率测量电路心率脉搏采集误差分析对于心率脉搏的测量也有一定的误差,其中传感器mpx2100有一定的温度误差,为0-85度,如果处于一个低温的环境下,很有可能就会导致对于传感器造成误差。误差的来源也有可能由于传感器和人类之间的接触并不是很严格,从而造成了对于电压信号的误差。因此,我们在设计和使用了一种新型的人体健康监控器。最好在一个非低温的环境下，同时保证与传感器的紧密接触。3.2.3显示电路设计显示控制电路部分主要模块采用一个lm017l8的液晶模块,此处的液晶模块主要部分采用lmhd44780控制器,具有简单而且多种操作控制功能较强的数字指令集,可以直接操作实现各种文本显示信号的快速移动,闪烁等多种操作控制功能,与其他单片机的数字通讯控制系统一样可以直接选择8位或4位接口进行实现并行通和数据信号传输两种通讯方式,本控制系统在硬件设计中主要采用了两个管脚和接口d7分别与放在单片机上的p1.0-1.7连接,图3.8即为一个数字显示控制电路。图3.8显示电路3.2.4报警电路设计报警电路由二极管和电阻连接,当体温监测范围不在36℃~37.5℃之间或者心率/脉搏监测范围不在60~100次/分,就需要进行报警。当一个单片机系统需要实时进行自动报警时二极管电路会自动关断发光,其中什么特殊情况下没有报警接口电路的就可以通过本文编写的应用程序软件来对它们实时进行自动控制,本文在软件设计过程中将一个报警接口电路和一个位于单片机上的p2.0管脚接口相连,图3.9即为控制该机的报警接口电路。图3.9报警电路3.3电气原理接线图确定好各个硬件模块的选型后，用中望CAD软件画出各个模块的电路，然后将所以电路图连接起来，形成一个总的接线图，总接线图见附录Ⅰ。第四章软件设计软件设计是用一种计算机可以接受到的形态将解决问题的方法和步骤进行描述。简单来讲,软件设定计划自己就是对一个电脑进行改写的程序。一个优秀的程序最开始应该完成所有规划定下的计划,而且它们还应该是层次清楚、易于理解和阅读,并尽权力地占下利用全部的内部储存,减少其行动的时间,却也不要一直地不懂事的光想着多用内部储存,减少其行动的时间。那么这样一种情况,非常会出现程序的可读性大幅下降的情况。跟着地球上最大规模、超级规格集成电子线路的雏形和变化,芯片的硬件内部储存的量也正在一直提升,电脑收到指示命令的时间就被大大的变小。程序的运用行动时间长短和实际的运行,不重要了,与此同时，通过提高程序的方便读的特殊性和加长了程序的运用行动开发周期,显得更加重要。还有,在较变态的应用程序设定计划中,就应该要有限度地考查顾虑到程序,它们都是我们衡量和判断程序设计质量与效果的重要指标。at51单片机设计是整个超微电子光学时钟器设计系统中最为重要核心的组成部分,各个核心模块都已经可以在超微单片机的精确控制下自动完成各个核心模块的设计工作。该显示系统的基本软件设计组成部分的软件设计主要内容包括了系统的主要应用程序、温度报警检测子应用程序、心率检测脉搏报警检测子应用程序、超限运动报警检测子程序以及各个显示系统模块的应用子程序,本章全书第一章节将我们着重详细阐述各个显示模块的子程序的基本软件设计工艺理念和具体工作原理流程。4.1主程序流程图主程序的具体工作原理流程程序设计首先主要是对系统和外部硬件连接的驱动芯片组件进行自动初始化,然后再来就是自动体温异常测量和自动心率异常检查等应用程序,再通过应用程序的自动控制,从aalcd视频输出输入到语音视频输入播放,最后再来就是自动报警控制系统等应用程序。主程序的工作流程管理框图结构如下文本图4.1所示。开始开始单片机初始化体温显示体温心率脉搏超常报警LCD初始化体温测量心率脉搏测量心率脉搏显示图4.1主程序流程图4.2子程序流程图温度自动测量子程序、心率自动测量子程序、超限报警时间自动报警模块子程序和自动显示警告模块的报警子程序全都也就是一个属于这些类的子程序,下文就为大家详细地简单介绍了各个类的子程序。4.2.1体温测量程序流程图想要真正能够达到一个硬件使用开销较小的这个目标,就必须得充分考虑至少使用一些相对繁琐的应用软件。就是因为Ds18B20与其他微处置理会器中主要工程作业是来过采用数据串行传输方式的来进行测温数字依据的信息传送,那么在对系统Ds18B20进行文件读取编写和数字依据编写程序时,一定严肃地需求确保其数字依据读取编写和编写程序计算算计的正确时序,不然将或许导致系统不能准时确切地及时读取测温的结果,体温通过电脑进行测试计量的系统子程序工作流程图主框图如下文的主框图4.2所示。开始开始DS18B20初始化跳过ROM结束接收温度变换指令将数据送入单片机两个连续单元数据处理送入显示模块图4.2体温测量子程序流程图4.2.2心率/脉搏测量子程序流程图开始开定时器计数开始开定时器计数判断计时是否到达10秒停止计数读取计数值否是图4.3心率脉搏测量子程序流程图采用中间断开完成心率/脉搏检查测验。①把存下储蓄的计数值定成0②对定下时间循环计算数据器的存下储蓄的值进行初始化③后来又开始计算数据④推算自己的存下储蓄值是不是已经计时至达10s,不到10s就方便继续遵循环绕计时,达到10s就可以停止计时还可以同时读取一个计算数字的值⑤再来遵循环绕计时。4.2.3报警程序流程图报警检测过程的工作流程设计框图具体设计方案如下:详见图4.4所示,首先报警需要开始检测一个人的心率体温波动状况脉搏是否出现超常,超过期限看见超出正常则对其再来一次进行心率/脉搏超常警告，然后重开进入检查测试心率的超出正常的检查测验,若不是很快看到心率超出正常则通过检查测试心率的超出正常,心率的超常脉搏是否超常重新进行脉搏检测也一样。开始开始判断体温是否超常判断心率/脉搏是否超常报警报警结束图4.4报警子程序流程图4.2.4显示子程序流程图将lcd进行初始化后,开始测量一次心率/脉搏,必须测量足够10秒。这样我们才可以计算出心率/脉搏的平均值。所以我们在将计算机显示器进行初始化后首先必须要准确地判断一次心率/脉搏的测量工作是否已经完成,未测量完成则会自动显示"wating",如果测量已经完成就会自动显示计算机测量的心率/脉搏数值,并且还会自动显示计算机测得的体温数值。该程序的操作流程框图设计如下表4.5所示。开始开始结束LM016L初始化显示“wating”判断心率/脉搏是否测出显示心率脉搏数值显示体温数值图4.5显示子程序流程图4.3系统程序见附录Ⅱ第五章系统仿真5.1软件调试随着通用嵌入式单片机的技术应用日益广泛,单片式主机软件的技术研究与应用开发越来越成熟。图5.1所示为一个keil##s的软件操作界面。目前正在投入研制和进行开发的51系列新型单片幅相机基本上都是在使用新的keil。keil为您自身提供了一个计算机语言编写翻译器、宏文件汇总编写、链路软件连接、库数据管理及一个功能强大的软件仿真和模拟调试器。有完整的系统开发软件解决系统方案,通过一个简单而相互集成的软件开发解决环境,它就等于可以对所有c编程语言的所有源程序可以进行自动编译,对其他汇编语言的所有源程序可以进行自动汇编,对旧的目标程序模块和新的数据库目标模块之间可以进行连续的链接以及更便于自动产生一个新的目标程序文件,生成cahex文件,对目标程序性能进行自动调试等。图5.1Keil软件界面软件设计主要仿真目的就是对所有软件仿真集成电路软件中的各种仿真模块都直接进行了系统编程,从而直接完成各种仿真模块的基本操作和应用功能,从整个软件毕设仿真任务过程中的仿真结果情况来看,软件的系统编程和软件调试两个工作就已经占了非常大的一部分。由于这个系统软件程序巨大,把整个操作系统软件划分开成为若干个主要功能模块,分别专门用来负责进行整个软件的程序编写和系统调试。软件的调试主要目标就是对所需要编写的应用程序进行各方面的翻译,测试它们有无语法错误,以及测试它们在应用中的操作是否正确。5.2Proteus仿真本次设计并未进行实物的制作，为了验证设计的可行性，必须进行仿真。为了方便调试，本系统在PROTEUS中进行仿真，仿真的过程中出现了很多问题，但通过一次次检查和验证，最终将问题全部解决了。5.3系统仿真调试用来进行相互间的联调。软件与使用protues进行联合制作进行了仿真调试,把使用程序人员制作的已完成的一个人员看见重点错误原因应该是软件延长时间的持续性不够,增大了延长时间的持续性后这个问题就解决了。5.4功能仿真当我们需要进行一个体温和一位心率的综合测量时,液晶电视显示器上所需要呈现的t和j可以代表一位心率,t和j的t分别可以代表三位体温,两者均匀的可以被同时显示并分成三位体温数字,其中每个三位体温数字都会显示有至少一位数的小数。直接模拟完成对于体温心率的自动测量,用一个谐波频率大约为1.5hz的心率脉冲信号来直接模拟一次人的心跳,刚开始仿真进行测量仿真时的体温心率测量并非一定就需要马上被自动测出,而是在测量模拟中常常需要不断继续反复等待10秒钟,此时在测量仿真过程中需要进行关于体温的心率测量持续时间几乎是完全可以直接进行显示的,心率则直接用的显示方式为"waiting",此时因人的身体已经缺乏了控制。详见如下图5.2所示。图5.2刚开始测量时的监测结果人体温度和心跳频率都健康的监测结果如图5.3所示。图5.3心率和周围体温监测平均值都为正常时的体温监控数据结果见图5.4所示。图5.4心率异常体温过高时的监控结果体温正常心率不正常。此时对于人的心率体温超常或者体温正