人体健康监测器的设计.doc

目录第1章课题分析 11.1课题来源 11.2功能分析 11.3方案分析 2第2章方案论证 32.1人体健康监测器的设计基本方案 32.2各部分电路模块基本设计原理 3单片机主控模块 3体温测量模块 4心率测量模块 4显示模块 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 73.1.1 AT89C51单片机的介绍 73.1.2 DS18B20简介及其工作原理 93.1.3 MPX2100压阻式传感器简介及其工作原理 123.2硬件电路设计 12时钟电路的设计 12复位电路的设计 13体温测量电路设计以及误差分析 13心率测量电路设计以及误差分析 14324显示电路设计 15325报警电路设计 16第4章软件设计 174.1 主程序流程图 174.2 子程序流程图 19体温测量程序流程图 19心率测量子程序流程图 20报警程序流程图 20显示子程序流程图 21第5章 系统调试过程与分析 235.1软件调试 235.2 Proteus 仿真 245.3系统仿真调试 245.4功能实现 245.5硬件调试 27静态调试 27动态调试 285.5遇到的问题及解决方案 28第6章 社会经济效益分析 30第7章总结 31致谢 33参考资料 34附录I 电路原理图 35附录U 程序清单 36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 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的劳动强度，提高工作效率，医疗临床操作过程也更加规化， 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 MPX2100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36〜375C之间（腋窝）， 超出这个围就是发热，本系统设置当监测出人体心率超出 60-100次/分、体温超出36〜 37.5C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。

单片机主控模块本设计主控模块选用单片机 AT89C51O 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 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 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，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所示图2.2体温测量模块方框图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所示图2.3心率测量模块方框图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，只能写 入不能读出，DR用于寄存数据，数据由部操作自动写入 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DDRAM和CGRAM的地址。

225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围为 36〜37.5C，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单片机的介绍AT89C51引脚图如图3.1所示is34瓦18EAlVPPO.OPO.lZ1P0.2P0.3 PO .4X2RESETPD.5PO .6PO 7P2QP2 1TNTOP2 2TNT1P2 3TOP2 4T1P2 5P2.SFIR P1JP2.7Pl^RDP1HPl.4PEEKPldALE/PPl上T规PL7RXDA.T89C51383736353433322L22餡242525272S17166 29° 301110图3.1 AT89C51引脚图AT89C51是一种低电压、高性能CMOS 8位微处理器，它具有4K字节闪烁可编。