3.4 脉搏血压检测

　　3.4.1 光电采集

　　采集脉搏波的方法为红外光电法它主要是通过发光二极管所发出的红外光线照射到手腕上，之后再由二极管把手腕的组织和动脉血液吸收并经过一段时间的衰减后的信号进行接收，之后再把光电信号转化为电信号输出。因为随着心脏周期性的搏动，手腕的动脉血在血液循环过程中也会呈周期性变化，进而它对红外光信号的吸收和衰减也会呈相应的周期性变化，最后心跳周期的变化也会使二极管接收到的输出信号发生变化。按照光的接收方式光电转换可以分为两种形式: 反射式与透射式。首先反射式的光电转换的发射器和接收器在手腕的同一侧，通过接收器接收的光信号是漫反射的;而透射式光电转换的发射器与接收器与同反射式的不同它是对称的安放在手腕的两侧，它的原理是由发射器发出的光信号穿透过皮肤组织，除了被组织、血液等反射和吸收的外，剩余的部分可透射过去直接到达接收器。这种方法可适用于人体脉搏的测量，并可以较好地指示心律与时间之间的关系。因此多功能身体健康监测仪测脉搏是选用透射式的光电采集方法。如图3.7所示。

　　图3.7 光电采集的电路图

　　D5为红外发射端的二极管，其釆用型号为TSAL6200，波长为940nm; D4为红外接收端的二极管，其采用的型号为PT334B，波长也为940nm。手腕在D4与D5之间。

　　3.4.2 初级放大器

　　初级放大器是一个隔直低通的反向放大器，直流电压通过隔直去除的方法，对高频率信号以及50Hz工作频率的干扰进行初步过滤的同时也对信号进行了放大处理。在电路设计中我们要考虑到脉搏信号会非常的微弱的这个因素，因为其所转换成的电信号是非常微弱的，进而如果初级放大电路的放大增益过大，就会直接影响到后面电路的稳定性。所以在不影响直流稳定性且又有效获取脉搏信号的情况下，我们使用放大倍数为10放大器进行设置，其频率的截止范围为0 Hz ~20Hz之间。放大倍数N=R3/R2=10，(选取R3=lMΩ，R2=100KΩ)。根据Y= l/2RC，(由于R2=100KΩ)，选取C1=luF，我们设置低通截止的频率为20Hz，由于R3=lMΩ，所以选取C2=6800pF。如图3.8所示为初级放大器的电路图。

　　图3.8 初级放大器电路图

　　3.4.3 低通滤波

　　低通滤波器是采用三阶的巴特沃斯低通滤波器来得到相应的脉搏波信号，其工作的电路图如图3.9所示。由于我们所测量的脉搏波信号的截止频率在0.1Hz~15Hz之间，所以我们就可以选取一个中间数设定此低通滤波器的截止频率为10Hz，按照归一化的方法进行査表可以选择Rl=R2=R3=l00KΩ，C1=0.033uF，C2=0.022uF，C3=0.56uF。高频输出信号以及50Hz工作频率干扰通过该滤波器时都有很好的滤波效果，因为它实现了脉搏波信号完整性，能够适合许多硬性实验的要求。

　　图3.9 低通滤波器电路图

　　3.4.4 后级放大

　　可变增益放大电路是后级放大电路所采用的。如果反向放大器的输入阻抗增大，就会导致整个电路的增益变得很小。所以为了避免这种限制，本工作系统采用了可变化增益的反向放大电路，既可以取得足够的增益又有较高的输入阻抗。后极放大电路与初级放大电路有很多相似的地方，不同点是后极放大电路增益可调，它的放大增益可近似为:A=(R3/R2)(l+R7/Rl)。选取R3=lMΩ，R2=100KΩ，R7为量程为l0KΩ的电位器，R1=lKΩ。根据上述表达式，增益可调范围是11~110倍。如图3.10所示为其电路图。

　　图3.10 后级放大器电路图

　　3.5 LCD液晶显示模块

　　液晶显示模块是一种集成度比较高的显示组件，其英文名称为LCD Module，可以简称为LCM。液晶显示模块将液晶显示器件、控制器、PCB电路板、背光源和外部连接端口等组装在一起，可以方便地用于需要液晶显示的场合。在现代的电子设计中，液晶显示模块的应用也越来越多。

　　在多功能身体健康监测仪的设计中，液晶显示起到了非常大的作用，整个监测仪的各个物理量参数和数据，都是通过液晶显示器呈现出来的。所以液晶显示的优良直接影响监测仪本身的性能。如图3.11所示，为SMG240128液晶显示电路，是240×128点阵型液晶系显示模块，可以显示各种字符及图形，能够与CPU处理器直接连接。

　　图3.11 LCD显示模块电路图

　　3.6 GMS短信通知模块

　　GMS短信通知模块可以直接驱动8路的继电器，用短信遥控或振铃遥控的方法可以控制8路继电器的驱动过程。其具有短信遥控结果回传的功能，当模块在收到遥控短信后，可以把控制结果再以短信的形式进行回传。模块的设计思路主要以人性化为本，短信的遥控指令和报警短信内容都是通过直观的中文进行显示的，并且用户可以自定义其模式。整个模块内可以预先存入15条到25条报警短信内容还可以发送手机号码，可以在悠闲或无线传感器的触发下对应发送。因为多功能身体健康监测仪多适用老人，有了短信通知模块在老人外出时也可以随时随地了解老人的健康状态。如图3.12为GMS短信通知模块的电路原理图。

　　图3.12 GMS短信模块电路图

　　3.7 GPS模块

　　NE0-6M型GPS模块连同外部设备的通信接口采用UART(串口)方式，输出的GPS定位数据是采用NMEA-0183协议，控制协议为UBX协议(该协议介绍u-blox6_ReceiverDescriptionProtocolSpec_GPS。G6-SW-10018-C。pdf这个文档)。模块自带高性能无源陶瓷天线，并自带可充电后备电池(以支持温启动或热启动，后备电池在主电源断电后，可以维持半小时左右的 GPS 接收数据保存)。GPS具有实时定位、智能防盗、报警求助、语音提醒。这些功能是使用监测仪不可缺少的部分。如图3.12所示为NE0-6M型GPS模块电路原理图。

　　图3.12 GPS模块电路图

　　3.8 USB串口通信模块

　　MAX232芯片是美信(MAXIM)公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，其使用+5V直流电源进行供电。所以器件特别适合电池供电系统，也是由于其低功耗关断模式可以将功耗减小到5uW以内。当用单片机和PC机通过串口进行通信时，尽管单片机有串行通信的功能，但单片机提供的信号电平和RS-232提供的标准不一样，因此我们还是选择用MAX 232这种串口通信芯片来进行电平的转换。

　　其主要特点：

　　(1) 符合所有的RS-232C技术标准

　　(2) 只需要单一 的+5V直流电源供电

　　(3) 芯片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10V和-10V的电压

　　(4) 其功耗低，典型供电电流为5mA

　　(5) 内部集成了2个RS-232C驱动器

　　(6) 同时内部又集成了两个RS-232C接收器。如图3.13所示为USB串口通信的电路图。

　　图3.13 USB串口通信MAX232型电路图

　　3.9 按键模块

　　按键监控模块由五个开关组成，分别接至单片机的P2.0~P2.3还有P3.7五个并行口，其电路图如图3.14所示。

　　图3.14 键盘模块电路图

　　第4章 系统软件电路设计

　　4.1 系统主程序流程的设计

　　系统软件设计是设计的核心部分，同时也是设计的重点和难点部分。控制系统软件设计的优良直接影响到控制系统的功能，因此，要想更加完善的完成设计，一个好的系统软件是不可缺少的。

　　主程序设计的流程图事实上就是对程序设计总体思路的一个具体阐述。每一个程序的执行都是从主程序开始的，所以主程序在所有子程序中起到一个领导的作用。多功能身体健康监测仪设计的系统主程序流程图如图4.1所示，各个模块之间的联系和工作方式都在该系统中体现出来了。

　　图4.1 系统主程序流程图

　　4.2 心电监测的流程

　　心电监测是使用者在监测仪进行监测的重要过程。设备通电后，首先要进行程序的初始化。整个初始化的过程包含了采样频率、CPU 工作频率、SPI 模块、A/D 模块和I2C模块的等设置。在系统没有开启电源时使用者可以通过整个管理界面对系统进行相应的数据管理。在需要进行心电数据的采集时，我们再打开相对应的电路模块，通过这种方式可以大幅度的降低系统功能的消耗。如图4.2 所示为整个心电监测程序的流程图。

　　图4.2 心电监测模块流程图

　　4.2.1 A/D转换模块

　　在心电采集、HMS红外传感以及脉搏血压监测中都充分利用了A/D转换模块，A/D转换是系统不可缺少的重要组成部分。其转换模块的程序流程图如图4.2所示。

　　图4.3 A/D转换流程图

　　A/DC0804驱动参考程序如下：

　　ORG 0000H

　　LJMP MAIN

　　ORG 0003H

　　LJMP INT0S

　　MAIN: SETB IT0 ;设置中断下降沿触发方式

　　SETB EX0 ;允许外部中断

　　SETB EA ;允许总中断

　　MOV DPTR， #7FFFFH ;ADC0804总线

　　MOVX @DPTR， A ;启动A/D转换，仅需要选 片

与信号，累加器A 的 的数据任意

　　LOOP: 。。。。。。 ;执行其他程序

　　LJMP LOOP ;循环

　　INT0S: PUSH ACC ;ADC入堆栈

　　MOVX A @DPTR ;读取ADC0804的转换 的 结果

　　MOV R7， A ;保存转换结果到R7中

　　MOVX @DPTR， A ;再次启动转换

　　ENDINT POP ACC ;ACC出堆栈

　　RET1 ;中断返回

　　4.3 LCD液晶显示流程的设计

　　LCD液晶显示是多功能身体健康监测仪不可缺少的重要组成部分，它能准确而又实时显示各个测量后的数据。其工作的流程比较简单，但是它的作用不可忽视，如果缺少了它，我们将不会知道各个测量值的结果，进而也使监测仪失去了意义。如图4.4 为LCD液晶显示的流程图。

　　图4.4 LCD液晶显示流程图

　　第5章 总 结

　　本次毕业设计课题是特殊人群健康安全监测系统设计，它是一种监测人体多种生理状态的仪器。它是以STC12C5A60S2作为主控芯片，通过此单片机来实现各个模块之间的存储和转换功能。本次设计的是一种携带方便、便于操作、功能比较齐全的腕式多功能身体健康监测系统。此监测系统设计可以实时监测心电、体温、脉搏、血压等多种人体重要生理参数。系统的心电检测信号、HMS红外传感测温信号、脉搏血压检测信号经过主控芯片STC12C5A60S2单片机进行信号处理后通过LCD液晶显示器将各个检测数据显示出来。由于此监测仪多适用于老人或者行动不便的人使用所以还添加了GPS跟踪定位模块和GMS短信通知模块，GMS短信通知模块内预先存有20条报警求助短信和手机号码，当使用者发生危险时需要求助时可以通过数字按键给预先储存手机号码的亲人或朋友发送相应的短信，在通过GPS跟踪定位功能找到使用者的具体位置。多功能身体健康监测仪，其人性化的设计理念，大大降低了人体的健康趋于严重化的危害。设计选用了一些精度相对较高、监测比较灵敏的器件但是由于经费的原因未能作出实物，除此之外我感觉还是有很多不足之处，比如仪器佩在带手腕上，一些测量数据避免不了会有一定的误差。

　　现今社会人们生活水平不断提高的同时，对身体健康的问题也越来越重视。在科技发展迅速的今天，监测人体健康的仪器也不断地升级不断地完善，我相信在不久的将来可以在人体植入芯片来监测身体健康状态。