单片机毕业论文基于AVR及无线收发模块的脉搏监测系统.docx
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单片机毕业论文基于AVR及无线收发模块的脉搏监测系统
编号：
毕业设计（论文）任务书
课题：
基于AVR及无线收发模块
的脉搏监测系统设计
院（系）：
计算机
专业：
自动化
学生姓名：
学号：
指导教师：
职称：
高级实验师
题目类型：
理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发
2008年1月15日
注：
1、本任务书一式两份，一份院或系留存，一份发给学生，任务完成后附在
说明书内。
2、任务书均要求打印，打印字体和字号按照《本科生毕业设计（论文）统
一格式的规定》执行。
一、毕业设计（论文）的内容、要求
随着医疗事业的发展，脉搏和血压的测量已逐步由数字化的仪器替代传统的听诊器，并进入寻常百姓家成为健康、健身的测试仪器。
本课题要求应用AVR单片机及CC1100为核心芯片,设计能够远程监测人体脉搏信号的仪器,实现数据的采集与无线传输等功能。
要求进行总体方案设计、制作外围电路、单片机及显示电路及编写相关的程序软件。
系统的发射模块主要进行脉搏数据的采集和发射数据,接收机通过串口接口与PC机数据通信。
本课题的题意旨在将模拟电路和传感器检测技术、单片机技术等理论知识灵活运用到本课题中，使学生在硬件电路设计和软件编程及软硬件综合调试的能力上得到较为全面的培养。
要求：
1、具有通过各种先进手段查阅科技文献的能力；
2、掌握测量脉搏的有关知识，了解实现测量的几种方案和技术方法；
3、学习单片机Atmega芯片设计的原理，掌握硬件设计、软件设计技术；
4、要求能熟练应用硬件电路板的制板软件（PROTEL），设计并制作硬件电路板；
5、掌握常用的调试工具，如编程器、仿真器、示波器等的使用方法；
6、仪器能快速测量人体脉搏快慢、所检测到的数据用数码管显示（或液晶显示模块显示：
次／分）；
二、毕业设计（论文）应完成的工作
1、毕业设计开题报告一份；
2、英文翻译材料一份（包括不少于4万字符的英文原文和译文）；
3、毕业论文一份（二万汉字以上，附中英文摘要，其中英文摘要300～500单词）；
4、完成硬件电路的设计制作，提供设计图纸及样机；
5、设计相关的程序，给出程序清单。
三、应收集的资料及主要参考文献
[1］黄智伟，朱卫华.433MHz单片机射频收发芯片nRF401[J].世界电子元器件，2001
[2］李朝青.PC机及单片机数据通信技术[M].北京：
科学出版社,2003
[3]沙占友.集成化智能传感器原理及应用[M].北京：
北京航空航天大学出版社，2004.
[4]陈伟人.MCS-1系列单片机实用子程序集锦[M].北京：
清华大学出版社，1993.
[5]陈汝全，林永生等.实用微机与单片机控制技术[M].成都：
电子科技大学出版社，1998.
[6]赵负国.现代传感器集成电路[M].北京：
人民邮电出版社，2001.
[7]卢胜利．智能仪器设计与实现[M]．重庆：
重庆大学出版社，2003.
[8]徐爱钧．智能化测量控制仪表原理与设计[M]．北京：
北京航空航天大学出版社，1999.
[9]谢自美.电子线路设计、实验、测试[M].武汉：
华中科技大学出版社，2000.
[10]433MHzSingleChip RFTransceivernRF401.Nordic200
四、试验、测试、试制加工所需主要仪器设备
仪器设备:
计算机，单片机开发装置，示波器，直流电源、编程器、仿真器
计算机软件:
C51或M51汇编软件、Protel软件
进度计划表
序号
起止日期
计划完成内容
实际完成内容
检查日期
检查人签名
1
1周～3周
查资料写开题报告，学习相关知识，翻译英文资料
2
4周～5周
制定设计方案，翻译英文资料
3
6周～8周
查找元件的特性，做相关电路实验，并选择元器件
4
9周～10周
确定设计方案，设计电路原理图，进行理论运算
5
11周～12周
设计电路制板图，制作硬件电路，调试
6
13周～14周
调试单元电路，编写软件程序
7
15周～16周
软件硬件联调，
撰写毕业论文
任务下达时间：
2008年1月15日
编号：
毕业设计（论文）开题报告
课题：
基于AVR及无线收发模块
的脉搏监测系统设计
院（系）：
专业：
学生姓名：
学号：
指导教师单位：
计算机与控制学院
姓名：
职称：
高级实验师
题目类型：
理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发
2008年3月9日
开题报告填写要求
1．开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。
此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见审查后生效。
2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写，或按教务处统一设计的电子文档标准格式打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。
3．学生查阅资料的参考文献应在5篇及以上（不包括辞典、手册）。
4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。
如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。
1．毕业设计的主要内容、重点和难点等
内容：
应用AVR单片机及CC1100为核心芯片,设计能够远程监测人体脉搏信号的仪器,实现数据的采集与无线传输等功能。
要求进行总体方案、硬件电路和软件设计,系统的发射模块主要进行脉搏数据的采集和发射数据,接收机通过串口接口与PC机数据通信。
该仪器应包括传感器及外围电路、单片机及显示电路及相关的程序软件。
重点：
数据的采集，无线传输，发射模块以及信号的接收。
难点：
（1）选择传感器的类型以及与单片机的接口方案，
（2）单片机软件的编程方案，
（3）发射模块的使用，
（4）单片机与PC机的数据通信等。
2．准备情况（查阅过的文献资料及调研情况、现有设备、实验条件等）
[1］黄智伟，朱卫华.433MHz单片机射频收发芯片nRF401[J].世界电子元器件，
2001．
[2］李朝青.PC机及单片机数据通信技术[M].北京：
科学出版社,2003
[3]沙占友.集成化智能传感器原理及应用[M].北京：
北京航空航天大学出版
社，2004.
[4]陈伟人.MCS-1系列单片机实用子程序集锦[M].北京：
清华大学出版社，
1993.
[5]陈汝全，林永生等.实用微机与单片机控制技术[M].成都：
电子科技大学出
版社，1998.
[6]赵负国.现代传感器集成电路[M].北京：
人民邮电出版社，2001.
[7]卢胜利．智能仪器设计与实现[M]．重庆：
重庆大学出版社，2003.
[8]徐爱钧．智能化测量控制仪表原理与设计[M]．北京：
北京航空航天大学出
版社，1999.
[9]谢自美.电子线路设计、实验、测试[M].武汉：
华中科技大学出版社，2000.
仪器设备:
计算机，单片机开发装置，示波器，直流电源、编程器、仿真器
计算机软件:
C51或M51汇编软件、Protel软件
3、总体安排和进度计划
1周～3周：
查资料写开题报告，学习相关知识，翻译英文资料；
4周～5周：
制定设计方案，翻译英文资料；
6周～8周：
查找元件的特性，做相关电路实验，并选择元器件；
9周～10周：
确定设计方案，设计电路原理图，进行理论运算；
11周～12周：
设计电路制板图，制作硬件电路，调试；
13周～14周：
调试单元电路，编写软件程序；
15周～16周：
软件硬件联调，撰写毕业论文；
指导教师意见
指导教师（签字）：
2008年3月12日
开题小组意见
开题小组组长（签字）：
2008年3月13日
学院（系、部）意见
主管院长（系、部主任）签字：
2008年3月15日
毕业设计（论文）中期检查表（指导教师）
指导教师姓名：
李平 填表日期：
2008年5月8日
学生学号
0400320125
学生姓名
覃壮严
题目名称
基于AVR及无线收发模块的脉搏监测系统设计
已完成内容
1、翻译英文资料。
2、做相关电路实验并选择元器件，确定设计方案。
3、设计电路原理图，进行理论运算。
4、设计电路制板图。
检查日期：
5月6
完成情况
□全部完成
√按进度完成
□滞后进度安排
存在困难
1、整体电路复杂。
2、无线收发信号原理需要进一步理解和学习。
解决办法
模块化处理，多到图书馆以及网上查阅有关资料。
预期成绩
□优秀
√良好
□中等
□及格
□不及格
建
议
多用些精力和时间做毕业设计，多到实验室做实验。
教师签名：
教务处实践教学科制表
说明：
1、本表由检查毕业设计的指导教师如实填写；2、此表要放入毕业设计（论文）档案袋中；
3、各院（系）分类汇总后报教务处实践教学科备案。
摘要
随着人们生活的水平不断提高，生活方式、饮食结构不断改变，习惯的变化和高节奏的生活导致了高血压、冠心病等心血管疾病成为常见病与多发病。
要避免和减少高血压、冠心病这类心血管疾病给人类健康带来的严重危害，有效的旱期诊断治疗方法和设备，快速的发病后的救治手段都是非常重要的,这些也正是当前广大医学界专家正在共同努力研究的重点。
而脉搏是人体活动最重要、最灵敏和最可靠的信息源，是反映人体健康状况的重要窗口，而对脉搏的提取速度又快，因此利用脉搏信号快速的发现病因也是一个有效的方法。
本课题采用嵌入式与无线通讯技术，提出处理脉信号的新方案,即采集及处理与无线发送部分（前端系统）+无线接收与PC机显示部分（后端系统）。
前端系统主要负责脉搏信号的采集和初步处理并发送，能够单独工作；通过无线接收和串口接口连接到PC机上显示，后端系统主要负责跟踪显示由前端系统传递来的信号。
正是有了无线接收模块的作用，使得系统具备了远程监测的能力。
本文论述了课题研究的现状和意义以及设计方案；介绍了主要的芯片的原理和他们的使用方法；阐述了硬件设计与软件设计方案；说明了相应软件的流程和方法，并解说了相应硬件与软件的调试。
最后对所做的工作进行了分析和总结，指出了系统涵待改进和提高的地方，展望了系统今后的发展方向。
关键词:
嵌入式系统;无线收发模块;串口;传感器
Abstract
Withpeople'sliveshasimprovedcontinuously,lifestyle,thechangingstructureofdiet,habitschangeandthehightempooflifehasledtohypertension,coronaryheartdiseaseandothercardiovasculardiseasesbecamecommondiseasesandfrequently-occurringdisease.Topreventandreducehypertension,coronaryheartdiseasesuchcardiovasculardiseasetotheserioushumanhealthhazards,effectivediagnosisandtreatmentofthedrymethodandequipment,rapidonsetoftreatmentmethodsareveryimportant,thesearepreciselythecurrentThebroadmassesofmedicalexpertsareworkingtogetherthefocusofthestudy.Thepulseofhumanactivitiesisthemostimportantandmostsensitiveandmostreliablesourceofinformation,toreflectthehealthstatusofanimportantwindowonthepulseofthefastspeedofextraction,useofrapidpulsesignalsthatcauseisalsoaneffectivemethod.
Theissuewiththeuseofembeddedwirelesstechnology,networksignalprocessingbythenewprogramme,acquisitionandprocessingandwirelesstransmitterpart（front-endsystems）+wirelessreceiverandPCrevealedthatsomeof（back-endsystems）.Front-endsystemismainlyresponsibleforthesignalpulseofthecollectionandinitialprocessingandsendtoseparateworkandawirelessreceiverconnectedtotheserialinterfaceonaPC,back-endsystemismainlyresponsibleforthetrackingsystemshowsthatthefrontendtothetransmissionsignal.Itispreciselybecauseoftheroleofthewirelessreceivermodules,makingtheremotemonitoringsystemhastheability.
Thisarticlediscussestheissueofthestatusandsignificanceofresearchanddesignprogrammes;Onthemainchipandtheprincipleoftheuseoftheirmethodsonthedesignofhardwareandsoftwaredesign;notethecorrespondingsoftwareprocessesandmethodologiesandexplainthecorrespondinghardwareandsoftwaredebugging.Finally,theworkdonebyananalysisandconcludedthattheculvertsystemtobeimprovedandincreasedlocalandlookingforwardtothesystem'sfuturedevelopmentdirection.
Keywords:
Embeddedsystems;wirelesstransceivermodule;Serial;sensor
引言
当今在医学领域中，生物医学参数的测试研究是医学界和工程技术界都很关心的新兴学科。
运用近代传感器测试技术来解决临床诊断及实验室研究多种参数的计量检测，无论对于临床诊断与监护还是对于医学基础研究，都具有极其重要的价值和意义。
用传感器测试技术来对脉搏信息进行定量分析，是目前国内外医学专家普遍关注的课题之一。
人体脉搏系统是心血管系统的重要组成部分，它是人体输送养料、传递能量和传播各种生理病理信息的重要途径，脉搏包含有丰富的人体健康状况信息。
研究脉搏信息无论是在中医还是西医中都具有重要的临床诊断价值和实用意义。
计算机是现代先进的高速运算和控制工具，因此计算机技术在脉搏研究方面有着其内在的必然性。
利用计算机灵敏的反映、快速的计算、数据存储能力、以及高分辨率的显示设备等功能和优势，使得对脉搏的处理更加准确和有效。
因为脉搏检测是带有我国中医特色和独有的生物信号检测技术，因此开发研制这样的监测仪器，可以同时满足医、患两方面的需求。
根据对它的特点的分析，预计它的用途将是非常广泛的，特别是如果加有其他的措施之后，如加上自我分析能力部分，它就有着非常明显的社会效益与经济效益，主要体现在以下几个方面:
临床诊断、早期诊断、同步监测、指导用药、中医脉象原理的研究。
本课题结合理论研究和具体实践的基础上，对于嵌入式脉搏检测系统的硬、软件和算法作了一些有意义的研究和探讨，提出了一种新的脉搏检测和分析的系统方案。
即采用前端嵌入式+后端系统的结构，前端嵌入式系统负责脉搏信号的采集与初步处理，后端系统进行显示。
前端和后端系统通过无线收发模块CC1100进行通讯。
整个监控系统采用无线收发模块与最小系统，这样传递速度快，系统结构也简单。
被监控点实时采集的数据通过无线网络通信及时地传输给上位机的PC机，实时动态地反映被监测点的情况。
不要删除行尾的分节符，此行不会被打印
1课题现状及研究意义
1.1课题现状
现代社会，人们生活水平不断提高，生活方式、饮食结构不断改变，习惯的变化和高节奏的生活导致了高血压、冠心病等心血管疾病成为常见病与多发病。
据统计，目前我国城市人口中每5个成年人中就有1个不同程度的患有心血管方面的疾病。
源于心脏与循环系统的不健康而导致的心肌梗塞、脑卒中、碎死等恶性后果时有发生，而且发病率逐年提高，发病年龄也呈下降趋势。
中国每年有100万人死于脑卒中，并且有更多的人致残。
特别是在最近，中国、日本和新西兰研究人员发现高血压是东方人脑卒中的主要原因。
要避免和减少高血压、冠心病这类心血管疾病给人类健康带来的严重危害，有效的旱期诊断治疗方法和设备，快速的发病后的救治手段都是非常重要的，这些也正是当前广大医学界专家正在共同努力研究的重点。
医学领域中，生物医学参数的测试研究是医学界和工程技术界都很关心的新兴学科。
运用近代传感器测试技术来解决临床诊断及实验室研究多种参数的计量检测，无论对于临床诊断与监护还是对于医学基础研究，都具有极其重要的价值和意义。
用传感器测试技术来对脉搏信息进行定量分析，是目前国内外医学专家普遍关注的课题之一。
近年来日本、美国等国家的医生、学者在医学研究、针灸研究中设计了一些脉象客观描记仪器或装置，例。
这些仪器的主要功能是描记脉象波形，是用作临床观察脉象变化的工具。
但是这些仪器装置大多数没有形成产品，也没有见到广泛临床应用的报道。
其中比较有代表性的仪器有美国医学博士John.H.研制的一种针灸临床用的新型无创脉波记录仪，日本的田口贤辉发明的一种“压力、脉搏测定装置”、日本的代田文彦设计了一种“局部加压型可偿还脉装置”、日本Colin公司研制的一种CBM一3000/2000型挠动脉脉波检测仪以及日本Sony公司曾经推出的一种利用三个驻体微音器作为脉波传感元件的脉波检测仪等等。
而虽然目前己有的心血管诊疗仪器设备多种多样，例如:
比较成熟的技术有心电图检测.x光透视、CT扫描检查、核磁共振、静脉数字减影造影等，还有目前临床应用较多的:
超声心动图、放射性核素心血管造影（核素显像）、心电机械图、阻抗心动图和阻抗微分波图等，但这些手段要么操作复杂、费用昂贵，不容易反复进行检查，要么获得的诊断指标过少，对确诊疾病作用有限，特别是当要全面了解对病人诊断治疗非常重要的心脏血流动力学情况时，大部分体外检测仪器都无能为力了，目前临床只能采取体内插入式导管的检测方法，但这种方法对病人是有着非常大的创伤和风险的，而且要求实施的意愿有相当高的技术与设备条件等等问题。
1.2研究意义
脉搏是常见的生理现象，是心脏和血管状态等重要生理信息的外在反映;因此，脉搏检测不仅为血压测量、血流测量及其他生理检测提供了生理参考信息，而且脉搏波本身也能给出许多有诊断价值的信息。
中医脉象诊断技术就是脉搏测量技术在中医诊断上的卓有成效的应用。
采用传感器检测脉搏，可较客观地得到尽可能多的信息，更因为此法对人体无创伤，且使用方便，易于被人们接受。
此外，近百年来，现代医学科学充分利用基础学科及有关技术的进步而发展迅速，形成了现代科学的一部分。
而祖国医学由于历史的和社会的诸多原因，没有充分利用现代科学的种种条件，尽管有合理的内涵和丰富的经验却一直停留在古代的形势和方法上。
整个祖国医学如此，脉学当然亦不例外，所以，利用现代最新科学手段进行有关现代化的脉诊研究探索是一项必须的工作。
而脉诊的前提是能有效提出脉搏信号的情况下。
所以对脉搏的提取医疗工作的前提。
本课题采用光电传感器提取脉搏信号，用嵌入式处理脉搏信号，通过无线收发模块（CC1100）远距离传送,并在PC机上显示.这样就既能减少对人体的创伤的同时，也能远距离并可以在PC机上监视，形成能远程监测人体脉搏的系统，为医生的研究提供一个有效的数据基础。
2方案论证
2.1方案选择
要选择合理的方案，之前就应该知道要测量这个物体的特点，这样才能有准确的处理方案。
因此在选择方案之前就先来了解一下脉搏信号的特点。
脉搏信号具有如下具体特点:
信号弱、干扰强
由于脉搏信号属于主动信号，其信号源不可触及，一般来说，信号幅度很小，大约是微伏到毫伏的数量级范围。
因此，极容易引入干扰，这些干扰有来自50Hz的工频干扰，有来自肌体动作、精神紧张带来的假象信号等。
因为生物体的各部分是不可分割、相互影响的，因此，研究一个系统时，来自另一个系统的信号有可能成为噪声，而且这种噪声有时可能比所需的信号强得多。
频率低
人体脉搏信号频率较低，属次声波，其频谱主要分布在0-4Hz之间。
变异性
脉搏信号的变异性来自脉搏系统的变异性，这是由于人体生命过程具有一种借助自身内在的调节机制以适应环境变化的能力，因此，表现在不同的疾病会具有不同的脉搏信号（即脉象），相同的疾病在不同人身上也会表现出不同的脉象，同一个人的同一疾病在不同时期也会出现不同的脉象，同类脉象在不同病症之间也略有差异。
对于脉搏信号的特点，可以知道，选择测量传感器对脉搏信号的提取最为关键，以下是几种可测量脉搏信号的传感器：
1、压力传感器：
用压力传感器采集脉搏信号，原理是将脉搏跳动产生的力通过传感器转化为电信号。
他的特点是跳动的脉搏信号要强，如果跳动信号弱，那么传感器可能不能有效的反映出脉搏信号。
要么就提高传感器的精度，大家都知道提高一个器件的精度的代价是什么样，而且使用时要用东西把他固定住，这也使得使用起来比较麻烦。
2、光电传感器：
用光电传感器采集脉搏信号，原理是吸收红外线穿透血管时血液浓度的改变而导致红外线强度的改变使红外线吸收传感器产生电信号的变化来反映脉搏的变化。
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