便攜式多功能實(shí)時(shí)生理參數監測儀的設計

前言
本文利用凌陽(yáng)單片機設計了便攜式多功能實(shí)時(shí)生理參數監測儀，具有播放mp3的功能，可達到提高身體鍛煉質(zhì)量的效果。

系統硬件設計

系統以單片機為核心，配置了各種集成傳感器，體積小巧。由于采用了微型封裝的芯片及元器件，使連線(xiàn)變短，減少了通信接口，從而提高了整機工作的可靠性。系統硬件結構如圖1所示。

spce061a單片機

spce061a單片機內部集成了adc、 dac、32kb的flash和2kb的sram,以及液晶驅動(dòng)?？?。利用該單片機作為處理芯片，使得模、數信號之間的轉換以及液晶驅動(dòng)可以通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現，避免了外界信號的干擾，提高了系統的穩定性及抗干擾能力。

ds18b20溫度傳感器

ds18b20溫度傳感器采用12位存儲溫度值對應的數字表示形式，理論精度可達到0.05℃ ，能實(shí)時(shí)、精確地檢測到人體溫度的變化，可通過(guò)單片機在液晶顯示器上顯示溫度。

ds18b20與單片機的

典型接口設計

可以采用外接電源與寄生電源(即從數據線(xiàn)上得到供電電源)兩種方式供電，如圖2所示。

使用ds18b20的注意事項

(1)ds18b20從測溫結束到將溫度值轉換成數字量需要一定的轉換時(shí)間，這是必須保證的，不然會(huì )導致轉換錯誤，使溫度輸出總是顯示85℃。

(2)在實(shí)際使用中發(fā)現，應使電源電壓保持在5v左右，若電源電壓過(guò)低，會(huì )使所測得的溫度與實(shí)際溫度出現偏高現象，經(jīng)過(guò)試驗發(fā)現，一般在5v左右。

(3)較小的硬件開(kāi)銷(xiāo)需要相對復雜的軟件進(jìn)行補償，由于ds18b20與單片機間采用串行方式傳送數據，因此，在對ds18b20進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí)，必須嚴格保證讀寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測溫結果。

(4)在ds18b20測溫程序設計中，向ds18b20發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待ds18b20的返回信號，一旦ds18b20接觸不好或斷線(xiàn)，當程序讀該ds18b20時(shí)，將沒(méi)有返回信號，程序進(jìn)入死循環(huán)，這一點(diǎn)在進(jìn)行ds18b20硬件連接和軟件設計時(shí)也要給予一定的重視。

zd-3微震動(dòng)傳感器

zd-3微震動(dòng)傳感器是一種有源的高靈敏度微功耗檢測元件，以正弦波形式輸出，可利用74ls14施密特觸發(fā)器將其轉換成脈沖波，輸入單片機檢測高電平，能實(shí)時(shí)記錄跑步者或鍛煉者的步數，進(jìn)而得到鍛煉者的能量損耗，以利于更有效地進(jìn)行鍛煉。

hk-2000a脈搏檢測傳感器

hk-2000a傳感器是一種主要用在運動(dòng)、健身器材上檢測脈搏的傳感器，以脈沖波的形式輸出。當脈搏波動(dòng)一次時(shí)輸出一正脈沖，可將其輸出信號輸入單片機，檢測高電平，記錄脈搏。

ocm4x8c液晶顯示模塊

ocm4x8c液晶顯示模塊采用128×64點(diǎn)陣的漢字圖形液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內置國標gb2312碼簡(jiǎn)體中文字庫(16×16點(diǎn)陣)、128個(gè)字符(8×16點(diǎn)陣)及64×256點(diǎn)陣的gdram繪圖區域?？膳ccpu直接接口，提供8位并行及串行連接方式連接微處理器。該液晶顯示模塊具有多種功能：光標顯示、畫(huà)面移位、睡眠模式等。配合1×4鍵盤(pán)可實(shí)現參數設置、瀏覽和修改分析結果，以及進(jìn)行各種人機對話(huà)，能實(shí)時(shí)顯示各種生理參數值。

報警模塊

利用凌陽(yáng)單片機內部的語(yǔ)音功能，采用軟件控制，當參數超過(guò)閾值時(shí)發(fā)出報警信號，同時(shí)輸出一高電平，用以驅動(dòng)發(fā)光二極管，這樣更容易提醒鍛煉者。
呼吸氣流溫度檢測模塊

為了減少熱惰性帶來(lái)的誤差，準確地測量呼吸氣流溫度的變化，要求熱敏元件熱容量越小越好，其位置位于呼吸道中氣流速度最大的地方。因此，在電路中選用blts101 pn結溫度傳感器(熱響應時(shí)間τ<0.2s)。恒流源向pn結提供100μa的恒定正向電流，則pn結的正向壓降僅隨溫度t的變化而變化，該電壓信號由前置放大器放大后，通過(guò)一個(gè)4.84hz低通濾波器，再變換為數字信號送入單片機。

系統軟件設計

軟件設計采用模塊化結構和菜單操作。利用c61(類(lèi)似于c語(yǔ)言的凌陽(yáng)單片機編程語(yǔ)言)及匯編語(yǔ)言編寫(xiě)軟件，在液晶顯示屏上實(shí)時(shí)顯示各種生理參數數據，數據存儲采用flash， 這樣，在更換儀器電池時(shí)不會(huì )丟失數據。所有測量參數均可設定上、下報警閾值，當任一參數超過(guò)閾值時(shí)都能發(fā)出聲、光報警。根據設計的需要，可以利用消聲鍵停止報警。儀器進(jìn)入工作狀態(tài)后，主程序首先完成對液晶顯示屏的初始化，然后進(jìn)入檢測狀態(tài)。由于呼吸阻抗信號具有基線(xiàn)漂移現象，因此，在軟件設計中采用一種變化中值檢測法對基線(xiàn)進(jìn)行校正，具體方法是把上一次呼吸周期內的中值點(diǎn)作為本次呼吸周期的檢測點(diǎn)，這樣即可克服在正常檢測電壓范圍內的基線(xiàn)漂移現象所帶來(lái)的漏檢情況?！?br>
數據采集部分

生理參數的實(shí)時(shí)數據采集主要通過(guò)傳感器進(jìn)行。在測量人體溫度時(shí)，由于體溫在鍛煉時(shí)的變化比較緩慢，因此，主要運用軟件定時(shí)中斷的方法進(jìn)行檢測。在檢測步數和脈搏等參數時(shí)，主要記錄的是頻率，只需采用軟件計數就可以，根據檢測到的高電平，計數器進(jìn)行自加運算，從而記錄頻率。

參數閾值設定

由于正常情況下人體溫度在36.5℃左右。因此，設定溫度閾值的初值為36.5℃，以0.25℃為步進(jìn)量，可以用上下鍵增減，每按一次按鍵，就遞增或遞減0.25℃，直到達到鍛煉者想要設定的閾值為止(在35℃～42℃之間)。其它參數的設定情況類(lèi)似。

液晶驅動(dòng)程序設計

系統顯示功能的實(shí)現，實(shí)際上就是對ocm4x8c液晶顯示模塊的驅動(dòng)編程。本文按照結構化的編程思想，利用c61語(yǔ)言將上翻、下翻、返回和確定等按鍵功能編成子函數，這樣便于主程序的調用。限于篇幅，液晶驅動(dòng)程序不在此詳述。

結語(yǔ)

本方案 輕便小巧，適合室內、室外鍛煉時(shí)使用。同時(shí)，如果能將藍牙?？旒傻皆搩x器中，可以實(shí)現這些生理參數的無(wú)線(xiàn)傳輸，實(shí)現對老人或病人的遠程看護。