人体健康监测器的设计Word下载.docx

1、显示模块 .52.2.5超限报警模块 .6第 3 章 硬件设计 .73.1主控芯片、传感器简介及其工作原理 .3.1.1AT89C51 单片机的介绍 .3.1.2DS18B20 简介及其工作原理 .93.1.3MPX2100 压阻式传感器简介及其工作原理 .123.2硬件电路设计 .3.2.1 时钟电路的设计 .133.2.2复位电路的设计 .3.2.3体温测量电路设计以及误差分析 .14心率测量电路设计以及误差分析 .153.2.4显示电路设计 .163.2.5 报警电路设计 .17第 4 章 软件设计 .184.1主程序流程图 .4.2子程序流程图 .204.2.1体温测量程序流程图 .4

2、.2.2心率测量子程序流程图 .214.2.3报警程序流程图 .4.2.4显示子程序流程图 .22第 5 章 系统调试过程与分析 .245.1软件调试 .5.2 Proteus仿真 .255.3系统仿真调试 .5.4功能实现 .5.5硬件调试 .285.5.1静态调试 .5.5.2动态调试 .29遇到的问题及解决方案 .第 6 章 社会经济效益分析 .31第7章总结.32致 谢 .34参考资料 .35附录电路原理图 .37附录程序清单 .38第1章 课题分析本课题的题目是人体健康监测器的设计， 传统的测量方法比较麻烦， 而且需要一定的专业知识以及相关的专业人士来测量，本设计利用 AT89C51

3、 单片机，通过编程对其加以控制，实现对人体基本体征的监测，方便实用，普通人群就可以使用，并且价格相对低廉。 此设计监测人体的心率以及体温， 此两项人体健康参数一旦超出正常人体健康范围就会报警，时刻保证人体的健康。1.1 课题来源随着社会的发展， 人类的健康不断受到威胁， 环境的污染带来了食物的污染， 人们的身体健康状况也随之受到威胁，此时人们开始注重如何实时的监测人们的健康，一旦发现异常状况， 可以及时进行控制， 甚至是必要的治疗， 为人们的健康提供可靠的保障。电子技术不断更新， 飞速发展，人体健康监测系统的组件丰富起来， 由最传统的人工测量到模拟产品再到数字化、 综合化转化， 并且不断的走向

4、人性化。 本设计充分发挥人性化性质，利用单片机 AT89C51 速度快、功耗成本低、调试便宜等特点，配合温度以及压力传感器， 实现对人体基本体征的监控， 并且有显示功能以及超限报警功能，及时提醒人们的健康状况，达到监测预警作用。1.2 功能分析本设计是人体健康监测器系统， 它可对人体体温和心率进行监测， 通过四位数字显示，其中第一位作为功能识别，其余三位显示数据，体温设置一位小数，同时要设置心跳指示灯， 能同步显示心跳情况。 最终要达到既能正确显示测量结果， 又能超常报警的目的。本设计是以 AT89C51 单片机为核心，辅以一些外围电路。对于体温监测，采用温度传感器采集体温信号并把数据放大再经

5、 AD 转换后送入单片机进行处理；对于心率监测， 采用压电传感器采集心率信号并把数据放大滤波后送入单片机进行处理。可以通过按键进行测量转换，操作方便快捷。该系统的研究，在很多方面都有着积极的意义。该系统主要是针对国内外该领域的研究现状， 立足我国实际情况， 应用计算机控制技术实现了对人体体温和心率等重要体征参数的智能化测量。 在对病人的治疗和监护管理工作中， 医护人员需要对病人的体温做定时的测量， 以便能够使医生及时了解病人的身体状况，对病情做出相应的判断，为制定治疗方案提供参考。本系统以 “患者为中心 ”，医护人员可以通过该系统实时提取患者相关信息，从而充分发挥个性化护理特点减轻医院护理人员

6、的劳动强度， 提高工作效率， 医疗临床操作过程也更加规范化，从而使医院护理工作迈上一个新台阶。综上所述，人体健康监测器系统系统的研究是市场激烈竞争的必然产物， 它基于满足人们日益增长的健康性的需求，适应我国工业发展的要求。1.3 方案分析该设计要完成对人体体温、心率的监测、心跳指示灯以及超常报警系统的设计。首先，要实现对人体体温以及心率的监测，需要利用传感器采集体温以及心率信号，然后将采集到的信号转换为单片机可以处理的信号， 再由显示电路显示出来， 来实现监测功能。体温测量通过传感器 DS18B20 采集人体温度信号，信号经过传感器后成为能够直接被单片机处理的数字信号。心率测量通过传感器 MP

7、X2100 采集人体心率信号，信号经过传感器后输出电压与所受压力成精确的正比关系， 再通过电压比较器将采集到的信号转换为脉冲信号， 进行脉冲计数得出心率大小。 超常报警系统需要正确的人体健康参数来完成。人体健康参数是有一定标准的，正常人体心率大约在60-100 次 /分，老年人可能会偏慢一些， 人体正常体温平均在 3637.5之间（腋窝），超出这个范围就是发热，本系统设置当监测出人体心率超出 60-100 次/分、体温超出3637.5时，进行报警，提醒人们注意自己的身体状况。第2章 方案论证本设计为人体健康监测器的设计， 下面是对该设计的基本方案、 各部分电路模块以及传感器的选择的介绍。2.1

8、 人体健康监测器的设计基本方案系统采用单片机 AT89C51 作为主控制器，同时进行两种工作方式：人体心率监测，人体体温监测。该方案可以有效、实时的显示心率、体温这些要求监测参数，能够达到系统设计的各项指标，设计方案是切实可行的，图 2.1 为人体健康监测器的工作原理框图。温度传感器 显示电路单DS18B20片压阻式传感器电压比超限报警MPX2100较器机电路图 2.1 人体健康监测器原理框图2.2 各部分电路模块基本设计原理由原理框图可以看出， 本设计大致分为 5 个主要模块，其中包括单片机主控模块、体温检测模块、心率检测模块、显示模块以及超限报警模块。2.2.1 单片机主控模块本设计主控模

9、块选用单片机 AT89C51。AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器（ FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器。 AT89C51 提供以下标准功能： 4k 字节 Flash 闪速存储器， 128 字节内部 RAM ，32 个 I/O 口线，两个 16 位定时 /计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许

10、RAM ，定时 /计数器，串行通信口及中断系统继续工作。 掉电方式保存 RAM 中的内容， 但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位 。2.2.2 体温测量模块体温检测模块使用 DS18B20 温度传感器，它一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比， 他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现 9 12 位的数字值读数方式并且从 DS18B20 读出的信息或写入 DS18B20 的信息仅需要一根口线（单线接口）读写 ,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的 DS18B20 供电，而无需额外电源。 因而使用 DS18B20 可使系统结构更趋简单

11、，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较其他传感器有了很大的优势， 给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。 体温测量模块方框图如图 2.2 所示。温度传感器 AT89C51单片人体DS18B20 机图 2.2 体温测量模块方框图2.2.3 心率测量模块心率检测模块采用压阻式压力传感器 MPX2100 ，其采集心跳信号输出为电压信号，然后经过电压比较器， 将采集的电压信号与阈值进行比较， 若采集的电压信号高于阈值则输出 1，否则输出 0，然后单片机计数器进行计数， 计数过程利用编程控制，计每 10 秒脉冲个数再乘以 6 即为心率，同时显示部分也设定为 10 秒钟更新显

12、示一次，即可得到人体此时心率大小。心率测量模块方框图如图 2.3 所示。压阻式传AT89C51人体 感器 电压比较器单片机图 2.3 心率测量模块方框图2.2.4 显示模块在系统运行过程中，需要对检测的心率以及体温值实时显示， 考虑一下两种方案。方案一：使用液晶显示体温以及心率值。液晶显示屏（ LCD ）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积打，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。 同时不只能显示数字还可以显示中文汉字及各种单位。方案二：使用传统的数码管显示。数码管具有低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高低温，对外界环境要求

13、低，易于维护，同时其精度比较高。但是同时要显示心率以及体温，数码管无法显示。根据题目要求，选择使用 LM016L 液晶显示器。LM016L 液晶模块采用 HD44780 控制器，hd44780具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动，闪烁等功能， LM016L 与单片机 MCU 通讯可采用 8 位或 4 位并行传输两种方式， hd44780 控制器由两个 8 位寄存器，指令寄存器（ IR）和数据寄存器（DR）忙标志（ BF），显示数 RAM （ DDRAM ），字符发生器 ROMA （CGOROM ）字符发生器 RAM （CGRAM ），地址计数器 RAM（AC） 。 IR 用于寄存指令码

14、，只能写入不能读出， DR 用于寄存数据，数据由内部操作自动写入 DDRAM 和 CGRAM, 或者暂存从 DDRAM 和 CGRAM 读出的数据， BF 为 1 时，液晶模块处于内部模式，不响应外部操作指令和接受数据， DDTAM 用来存储显示的字符，能存储 80 个字符码，CGROM 由 8 位字符码生成 5*7 点阵字符 160 中和 5*10 点阵字符 32 种.8 位字符编码和字符的对应关系，可以查看参考文献（ 30）中的表 4. CGRAM 是为用户编写特殊字符留用的，它的容量仅 64 字节，可以自定义 8 个 5*7 点阵字符或者 4 个 5*10点阵字符， AC 可以存储 DD

15、RAM 和 CGRAM 的地址。2.2.5 超限报警模块本系统采用发光二极管作为上下限超常报警指示灯， 方便人们观察。 当人体温度高于或低于一定的值时系统会发光报警。 同样，当心率值高于或者低于一定的值时系统会发光报警。人体正常体温范围为 3637.5，正常心率为 60-100 次/分，所以当测得的体温以及心率超出以上范围时， 发光二级管发光进行报警， 提示人们注意自己的身体状况。第3章 硬件设计人体健康监测器的硬件电路主要由以下几部分组成： 时钟电路、 复位电路、体温测量电路、心率测量电路、显示电路以及超常报警电路。 本设计采用单片机 AT89C51，温度传感器 DS18B20，压阻式传感器 MPX2100 ，LM016L 液晶显示模块。下面将对本设计中使用到的芯片、传感器以及硬件电路的设计进行介绍。3.1 主控芯片、传感器简介及其工作原理3.1.1 AT89C51 单片机的介