基于单片机控制的人体健康监测系统(文献综述+流程图+源程序)
基于单片机控制的人体健康监测系统(文献综述+流程图+源程序)
文献综述
本次毕业设计内容是人体基本健康监测器，随着社会的进步，物质生活水平的提高，人们越来越关注自身的健康问题，对于人体基本健康体征如心率、血压、体温进行全面、实时地监测，做到一个有效的健康管理就显得十分必要，人体基本健康监测器就能够很好的完成这一功能。基于单片机控制的人体基本健康监测器在国内外市场上已经非常普遍，在日常生活中的应用已经十分广泛，相关的研究已经日臻成熟，可用于多种环境下监测人体的基本健康体征，并逐步向低功耗、便携式、经济型发展。课题的主要技术参数如下：能监测人体的体温、心率、血压等，用4位小数显示，其中一位作为动做识别，其余三位显示数据，体温设一位小数，设置心跳指示灯，能够同步显示心跳情况，具有超常报警功能。关键性问题在于体温、心跳、血压如何检测传感以及转化为单片机可以识别的电信号完成处理。在做设计的过程中我们查阅参考了很多相关的资料，其中包括一些芯片、器件资料和相关的设计电路。下面将这些参考书目及参考内容介绍如下：
一、《MSC—51单片机应用设计》 作者：张刚毅 哈尔滨工业大学出版社
本书全面系统地阐述了基于MCS-51系列单片机应用系统设计。详细论述了MCS-51系列单片机的组成原理，应用系统的扩展技术，信息处理技术及常用算法，人机交互接口，D/A转换器及A/D转换器与单片机的接口设计，串行接口及通信,应用系统的抗干扰技术和实用技术及应用系统的设计等内容，并用大量实用的接口实例进行说明。从而使读者能够从初步了解单片机到真正的学以致用，并能设计单片机系统并加以应用的目的。我参考了其中的A/D转换器的应用部分。
二、《微型计算机接口技术及应用》 作者：徐仁贵 机械工业出版社
本书以IBM-pc微机及兼容机为主要对象，系统深入地阐述了微型计算机接口技术与总线技术的原理及应用。其主要内容包括I/O端口地址译码技术、定时/计数技术、DMA技术、中断技术、存储器接口、并行接口、人-机交互设备接口、串行接口、A/D与D/A转换器接口，系统资源软接口和总线技术及新型接口标准。本书内容全面，实例丰富，既有常用典型外设接口，也有新型外设接口；既有I/O设备的硬接口，也有I/O设备的软接口；既考虑了接口技术的共性，也考虑了各类接口的特点。
三、《检测与转换技术》 作者：常健生 机械工业出版社
主要内容是工业中常用传感器的工作原理、转换电路（或测量电路）及其应用。对检测技术的基本概念、弹性元件、抗干扰技术及微型计算机在检测系统中的应用等知识也作了简要介绍。我用到了其中陶瓷压电传感器的部分。
压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。 现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。 压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。压力信号转变成标准的0～10V或者4～20mA电信号，以便控制使用。压力和电信号的转化主要由各种压力传感器的核心部件完成。核心部件主要由压力检测体和放大电路组成。
四、参考自www.mcufan.com的数字温度传感器DS18B20在体温检测中的应用
韦 哲，程自峰
(兰州军区兰州总医院器械科，甘肃兰州 730050)
1DS18B20结构特点
DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO-92小体积封装形式；温度测量范围为-55～+125℃，可编程为9～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20适合于多点温度检测系统中。本系统将其引入人体温度检测。
(1)DS18B20的性能参数
(a)可用数据线供电，电压范围：3.0～5.5V；
(b)测温范围：-55～+125?℃，在-10～+85℃时精度为±0.5.℃；
(c)可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃；
(d)12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字；
(e)负压特性：电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
(2)DS18B20的外形及引脚说明
(3)DS18B20内部结构
(a)DS18B20的内部结构。
(b)DS18B20有4个主要的数据部件。
64位激光ROM。64位激光ROM从高位到低位依次为8位CRC、48位序列号和8位家庭代码(28H) 组成。
温度灵敏元件。
非易失性温度报警触发器TH和TL。可通过软件写及用户报警上下限值。
配置寄存器。配置寄存器为高速暂存存储器中的第五个字节。DS18B20在工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换成相应精度的数值，其各位定义。其中，TM：测试模式标志位，出厂时被写入0，不能改变；R0、R1：温度计分辨率设置位，其对应四种分辨率，出厂时R0、R1置为缺省值：R0=1，R1=1(即12位分辨率)，用户可根据需要改写配置寄存器以获得合适的分辨率。
(c)高速暂存存储器
高速暂存存储器由9个字节组成。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后。对应的温度计算：当符号位S=0时，直接将二进
制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。表2是对应的一部分温度值
(4)DS18B20工作原理
DS18B20的工作时序，包括读、写时序，复位脉冲和DS1820检测等，温度转换时的延时时间为750ms。
2DS18B20在体温检测中的应用
2.1体温检测系统要求
尽量减少功耗；因数据要求长期保存，故要求容量较大的存储器；要对数据进行分析且形成数据库，从而需要可靠的通讯接口。
2.2系统设计要求
(1)DS18B20采用三线制供电方式，传输线采用普通的三芯线。传感器用环氧树脂封装在导热性能良好的薄铝筒内，2个点顺序排列在一根三芯线上。
(2)多次测量并算出温度转换时的平均电流I1和时间T1及温度传感器和MCU均空闲时的平均电流I2。根据预定更换电池的时间T2得出采样次数N，然后根据电路总功能，选择适当容量的电池。P总=U［I1t1N+I2(t2-Nt1)］，U为系统电压。
(3)为减少功耗，不进行温度采集时，使单片机进入睡眠状态，采用程度定时中断，唤醒单片机进行温度转换操作。
(4)将2字节的温度数据转换为1字节的补码(小数部分四舍五入，此时精度为±1℃)，然后根据测点数n、时钟的年月日时占用的字节(4字节)、采样间隔时间t和要求保存数据的时间t′选取存储器容量NByte=(n+4)t′/t。
(5)在labview 7.0开发平台上编写PC机与单片机的串行通讯程序，用于完成修改单片机的采样间隔时间，成批读取单片机外部存储器中的温度数据并将接收到的数据转存入数据库，画各点的体温曲线。
3应用体会
在经实验室和临床应用中，发现了DS18B20的一些特点和使用中应注意的事项。
(1)温度转换时间为750ms，且灵敏度大为提高，在逐渐升温的水中与精度为±0.5℃的温度计几乎同步，且回复性很好；
(2)DS18B20的读写时序须经仔细调整，在反复的调试中找出合适的延时时间；
(3)在程序等待DS18B20发出的存在信号时，最好设置一有限的等待时间，否则一旦有温度计损坏时，程序将进入一等待的死循环中；
(4)体温检测系统硬件连接简单、可靠，体积小。
以上是在毕业设计中参考的主要书目和资料。经过三个月时间我们终于完成了本次设计任务，在近三个月的动手过程中，我觉得自己对单片机知识的掌握又进了一层。对单片机硬件结构的研究和软件编程的兴趣增加不少。学会了怎样查阅资料和利用工具书。如果想学一门知识，不能局限于一本书，应多看几本，既可以进行比较又增加了见识，知识会更加全面，应用起来也更有余地。另外平时课堂上所学习的知识大多比较陈旧，作为自动化专业的学生，由于专业特点自己更要积极查阅当前的最新电子资料。一个人不可能什么都学过，什么都懂，因此，当你在设计过程中需要用一些不曾学过的东西时，就要去有针对性地查找资料，然后加以吸收利用，以提高自己的应用能力，而且还能增长自己见识，补充最新的专业知识。1026
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