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1、人体生物信息检测仪目录一.引言- 3 -二.方案设计- 3 -2.1 硬件部分- 3 -2.1.1 主控器模块- 3 -2.1.2 脉搏采集传感器- 4 -2.1.3 温度采集传感器- 4 -2.1.4 语音播报电路- 5 -2.1.5 信号放大电路- 6 -2.1.6 显示模块- 6 -2.1.7 按键控制部分- 7 -2.2 软件部分- 7 -三.硬件设计- 8 -3.1 电源电路- 8 -3.2 LCD显示模块- 8 -3.3 单片机最小系统- 9 -3.4 脉搏采集部分- 9 -3.5 体表温度采集部分- 10 -3.6 信号处理部分- 11 -3.6.1 信号放大及整形电路- 11
2、-3.6.2 信号滤波及反向电路- 12 -3.7 声音告警系统- 13 -3.8 语音播报系统- 14 -3.9 按键控制部分- 14 -四.软件设计- 14 -4.1 主函数设计- 14 -4.2 脉搏测量子函数设计- 15 -4.3 体表温度测量子函数设计- 16 -五.功能测试部分- 16 -5.1 基本功能测试- 16 -5.1.1 基本功能（1）测试- 16 -5.1.2 基本功能（2）测试- 17 -5.1.3 基本功能（3）测试- 17 -5.1.4 基本功能（4）测试- 17 -5.2 发挥功能测试- 18 -5.2.1 发挥功能（1）测试- 18 -5.2.2 发挥功能（2
3、）测试- 18 -5.3 创新部分测试- 18 -六.总结- 19 -七.附录- 19 -八.参考文献- 37 -一、引言随着科技的不断发展，现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都呈几何倍数的增长，而如何准确而又迅速的获得这些参数则受制于现代信息基础的发展水平。在三大信息信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)中，传感器属于信息技术的前沿尖端产品，在我国各领域已经引用的非常广泛，可以说渗透到社会的每一个领域。与此同时，单片机在测控领域中具有十分广泛的应用，它既可以测量脉搏心率数，又可以用来测量温度等参数。由单片机构成的温度检测、温度控制系统广泛应用于我们生
4、活中的很多领域。根据题目要求本设计采用STC89C58RD+ 单片机开发板作为控制核心。系统主要包括脉搏采集传感器模块、信号调整电路、温度采集传感器模块、主控器模块、键盘控制模块、显示模块、声光报警电路、电源供电模块八个模块。在脉搏测量方面，用波长为600-1000nm的红外二极管照射指尖，光敏二极管接收信号进行转换，转换后的微弱电流信号经运放LM358转化为电压，电压信号经放大、整形、滤波后成为较为规则的方波，直流叠加后的信号被单片机进行采样，转化为相应的脉搏跳动值；在体表温度测量方面，通过DS18B20直接读取被测者体表温度值，送入单片机进行数据处理，最后二者的测量结果通过液晶显示出来。当
5、测量的脉搏跳动次数或测量的体表温度超过设定值时，单片机控制蜂鸣器报警。二、方案设计2.1硬件部分2.1.1主控器模块的方案论证与比较方案一：利用MC68HC05/08系列单片机对系统进行控制。其乘法和除法指令给编程带来了便利。但是其指令系统共有89条指令，不利于CPU的执行速度。方案二：采用MCS-51系列单片机对系统进行控制。MCS-51系列单片机采用哈佛体系结构，虽然其程序存储器和数据存储器独立编址，但它们与CPU之间传递信息必须共用同一条总线，且其指令系统共有111条指令，于是影响到CPU运行速度的进一步提高。方案三：采用STC89C58RD+系列单片机对系统进行控制。STC89C58R
6、D+是一种新型的51内核的单片机，它内部包含32Kflash ROM、1.2KRAM,具有超低功耗，正常工作模式下典型功耗为47mA，空闲模式下小于2mA。STC89C58RD+与传统的51单片机相比具有超强的抗干扰能力，每个I/O口对Vcc和GND均进行了二极管箝位保护，因此输入电压范围宽，不怕电源抖动。综上分析，主控器模块应选择方案三STC89C58RD+系列单片机。2.1.2脉搏采集传感器的方案论证与比较方案一：采用集成传感器。当前，市面上有很多类型的集成心电传感器，其灵敏度高，集成度高，直接就可以反映出心率的变化，且已包含了滤波等抗干扰电路，波形经过放大可以直接处理使用，但其价格非常昂
7、贵，购买也不是很方便。方案二：采用红外对管。采集信号经过放大，滤波，比较等处理便可以得到理想的信号。红外对管具有灵敏度高，易于操作，响应速度快，结构简单等优点，满足题目所需的要求。方案三：采用压电陶瓷片。压电陶瓷片可以将脉搏振动转化为电压信号，可以将压电陶瓷片测得的信号转换成脉冲并进行整形、计数和显示，从而实现实时监测脉搏次数的目的。但人体手腕的运动或颈部的运动如说话仍然会对信号采集产生影响。综上分析，脉搏采集传感器应选择方案二红外对管。2.1.3温度采集传感器的方案论证与比较方案一：采用热敏电阻。利用热敏电阻的感温效应，可满足40至90测量范围，但热敏电阻的精度、重复性、可靠性较差。而且在温
8、度测量系统中，采用单片温度传感器，但这些芯片输出的都是模拟信号，必须经过A/D转换后才能送给计算机，这样就使得测温装置的结构较复杂，一定程度上也增加的软件实现的难度。方案二：采用热敏温度传感器LM35。LM35是模拟温度传感器，因此需要相应的处理电路，但该电路设计复杂，对电源要求严格，而且容易受外界因素影响，成本也相对昂贵。方案三：采用数字温度芯片DS18B20测量温度。DS18B20输出信号全数字化，便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，线性较好，在0100时，最大线性偏差小于1。综上，综上分析，温度采集传感器应选择方案三温度芯片DS18B20。
9、2.1.4语音播报电路的方案论证与比较方案一：采用ISD1420语音录放电路完成系统的语音播报。电路内部由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。基本上不耗电信息存储。ISD1420语音录放电路体积大，功能不完善、需要另加语音放大电路。方案二：采用SYN6288中文语音合成芯片完成系统的语音播报。SYN6288中文语音合成芯片硬件接口简单、低功耗、音色清亮圆润并且具有极高的性价比。其最终产品提供SSOP贴片封装形式，体积小；芯片各项指标均满足室外严酷环境下的应用。除此之外，SYN6288芯片识别文本、数字、字符串更智能、更准确，语音合成自然度更好、可懂
10、度更高、并且通过串口直接发送数据。控制简单。还支持GB2312、GBK、BIG5和UNICODE内码格式文本；每次合成的文本量最多可达200字节。方案三：通过A/D转换器、单片机，存储器，D/A转换器实现声音信号的采样、处理、存储和实现。首先将声音信号放大，通过A/D转换器采样将语音模拟信号转换成数字信号，并由单片机和处理存放到存储器中，实现录音操作。在录、放音过程中由单片机控制D/A转换器，将存储器中的数据转化成声音信号。此方案安装调试复杂，集成度低综上分析，语音播报电路应选择方案二SYN6288中文语音合成芯片。2.1.5信号放大电路的方案论证与比较方案一：采用由CD4069组成放大电路，
11、脉搏传感器出来的电压信号较弱，需要对其进行放大。将脉搏传感器出来的信号进行放大，使之成为一个幅值适当的信号，便于后续电路的处理。脉冲信号经低通放大器放大，放大器进一步放大后，送给施密特触发器整形后输出。最将整形后的信号放大并传给单片机进行处理,但其电路复杂而且不够稳定，使用起来极其不便。方案二：采用由MAX494组成的放大电路，放大的信号比较稳定，MAX494的供电电压比较低，输入阻抗高，具有高精度、低功耗等的特点，但出于锻炼自己能力的目的，不予采用方案三：采用LM358和LM393自主设计一个放大电路，不但能根据实际情况进行调整，更能锻炼自己的能力和思维。综上所述，信号放大电路应选择方案三，
12、采用LM358和LM393自主设计一个放大电路。2.1.6显示模块的方案论证与比较方案一：使用液晶屏LCD12864显示。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强的特点。方案二：在使用传统的数码管显示。数码管对外界环境要求低，易于维护，同时其精度高，称量快，精确可靠，操作简单。但其信息量小，占用资源较多，且不能显示汉字及英文字母。方案三：采用LCD 1602A液晶显示。LCD液晶因具有功耗低、显示内容丰富、清晰，显示信息量大，显示速度较快，但其可视面积过小，无法满足题目显示要求。综上所述，显示模
13、块应选择方案一SYN6288液晶屏LCD12864。2.1.7 按键控制部分的方案论证与比较方案一：不用任何芯片连接键盘矩阵，直接与单片机的I/O连接，将占用单片机的8个I/O接口，对其他功能的扩展造成了负担。所以应用一个扩展I/O的芯片完成与单片机的连接。方案二：用8255作为单片机的I/O接口的扩展芯片，因为是并行接口，所以需要占用8255的8个I/O口，并且8255内部不包含地址锁存器来锁存单片机送来的端口地址和RAM地址，所以还需要一个8位地址锁存器与单片机连接。这样就增加了该系统的成本，带来了不必要的麻烦。方案三：采用普通按键，电路简单，操作方便，功耗低，价格低廉，且符合题目中所需按
14、键较少的情况。综上所述，按键控制部分应选择方案三普通按键。2.2软件部分方案一：采用VC编程。Microsoft Visual C+是Microsoft公司推出的开发Win32环境程序，面向对象的可视化集成编程系统。它不但具有程序框架自动生成、灵活方便的类管理、代码编写和界面设计集成交互操作、可开发多种程序等优点它以拥有“语法高亮”，IntelliSense（自动编译功能）以及高级除错功能而著称。方案二： 采用VB进行编程。VB 的中心思想就是要便于程序员使用，无论是新手或者专家。VB使用了可以简单建立应用程序的 GUI 系统，但是又可以开发相当复杂的程序。VB 的程序是一种基于窗体的可视化组
15、件安排的联合，并且增加代码来指定组件的属性和方法。因为默认的属性和方法已经有一部分定义在了组件内，所以程序员不用写多少代码就可以完成一个简单的程序。但是由于是面向过程的，所以功能有所欠缺， 而且在在底层功能和指针的支持没有VC好。方案三：采用汇编语言进行编程。汇编语言是面向机器的低级语言，通常是为特定的计算机或系列计算机专门设计的，保持了机器语言的优点，具有直接和简洁的特点，可有效地访问、控制计算机的各种硬件设备。但编写的代码非常难懂，不好维护，只能针对特定的体系结构和处理器进行优化，开发效率低。综上所述，软件应选择方案一VC。三、硬件设计3.1电源电路在本测量系统中，STC89C58RD+单片机供电电压范围是3.3V5.5V，语音播报模块供电电压为2.1V5.1V,红外对管也可用5V供电，故采用7805稳压芯片作为系统的电源。电源模块电路原理图见下图1所示。3.2 LCD显示模块采用LCD12864作为显示模块，其可以显示汉字及图形信息。为了降低功耗，设置了跳线，可根据实际应用随时将背景灯关闭。LCD显示模块接口电路原理
