基于C8051F330便攜式生理參數監(jiān)測儀設計
隨著人們生活水平的提高， 越來越多的人希望通過簡便的方式了解身體基本狀況。因此人體生理監(jiān)護儀開始出現并呈不斷增多的趨勢， 已經由過去的單一測試儀發(fā)展為現在的多參數監(jiān)護儀。
在實際生活中， 生理參數監(jiān)測儀多是基于PC 機平臺的多參數測量、價格昂貴、體積龐大、不便于移動?，F在多數生理參數監(jiān)測儀無法準確的實時測量人體運動時的生理參數， 導致有些人特別是老年人運動強度過大， 對身體造成較大傷害。而教練員因無法準確掌握運動員運動時生理參數變化， 而不能 因材施教!， 有針對性的制定訓練方案， 所以運動員訓練方式都是大眾化訓練。綜上所述， 開發(fā)一種體積小、價格低， 基于嵌入式系統(tǒng)的便攜式生理參數監(jiān)測儀就具有重要的意義。
1 系統(tǒng)方案
本系統(tǒng)采用C8051F330 作為該系統(tǒng)的單片機。系統(tǒng)整體硬件電路包括電源電路， 脈搏傳感器電路，溫度傳感器電路， 計步電路， 聲光報警電路和LED數碼管顯示電路等， 如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)總體方案
脈搏傳感器采用HK- 2000A， 輔以電平拉高電路使輸出脈搏信號滿足單片機I/O口的輸入高低電平要求，計數通過單片機外部中斷0。溫度傳感器采用DS18B20，傳感器使用VCC供電。計步模塊使用HA35DE， 傳感器采用VCC供電， 步伐計數通過單片機外部中斷1， 路程、卡路里等計算通過公式換算。LED數碼管采用4位共陰極連體數碼管， 數碼管驅動芯片采用周立功公司的ZLG7289B; 系統(tǒng)電源采用單電源3.3 V。
2 系統(tǒng)的硬件設計
2.1 脈搏與溫度測量電路設計
本系統(tǒng)采用壓力型集成脈搏傳感器HK - 2000測量人體脈搏， 直接將脈搏信號轉換成數字型脈沖信號輸出， 其硬件電路如圖2 ( a)所示。脈搏傳感器輸出的脈沖信號高電平為VCC = - 1.5 V， 不足以使單片機識別為邏輯高電平， 采用分壓式電壓提升電路， 產生單片機可識別到脈沖信號。
本系統(tǒng)采用DS18B20 數字型溫度傳感器， 測量結果輸出為2 Byte 數字信號， 測量分辨率為0.1 °C 。溫度測量硬件電路如圖2 ( b ) 所示。[!--empirenews.page--]
DS18B20采用VCC = 3.3 V 供電， 使I /O 線上不需要加強上拉， 在轉換期間能允許在單線總線上進行其他數據交換。
圖2 脈搏測量電路與測溫電路
2.2 計步測量電路設計
本系統(tǒng)采用非電量電測法來實現檢測步數， 當人行走時， 腳、腿、腰部、手臂會產生相應的加速度。
通過腳的加速度對步數的檢測最準確， 本設計要求攜帶方便， 故選擇利用腰部運動來檢測步數。人體運動示意如圖3所示， 行走過程中， 通過腰部上下的垂直運動， 選取每次邁步時的加速度， 利用對加速度的峰值檢測得到行走的步數。
本系統(tǒng)采用3D加速度傳感器為核心來感應人體運動， 采用HA35DE 計步模塊測量人體運動步數，計步測量的電路如圖4 所示。HA35DE 采用VCC =3.3 V供電， 2腳計步信號輸出為單步脈沖信號， 連接到單片機外部中斷口。
圖3 人體運動示意圖[!--empirenews.page--]
圖4 計步測量電路
3 系統(tǒng)軟件設計
3.1 總體軟件結構
本系統(tǒng)采用C8051F020單片機進行處理分析， 設置相應的生理參數閾值并對采集信號進行實時顯示，還可對超標信號報警， 系統(tǒng)的軟件總體流程圖如圖5所示。
圖5 系統(tǒng)總體軟件流圖[!--empirenews.page--]
3.2 脈搏與計步測量軟件設計
脈搏計數通過單片機外部中斷0來實現， 外部中斷口0工作方式為上升沿觸發(fā)方式。當單片機檢測到有效脈沖時， 計數器加1， 到達測量時間時， 判斷脈搏數是否超過閾值， 并判斷是否進行報警。其軟件流程圖如圖6所示。
圖6 脈搏測量流程圖
步伐計數通過單片機外部中斷1實現， 外部中斷口1工作方式為上升沿觸發(fā)方式， 當單片機檢測到有效脈沖時， 計數器加1。本系統(tǒng)的計步功能塊可實現運動步數測量， 運動距離測量， 運動消耗的能量計算， 通過按鍵切換實現。計步測量流程圖如圖7所示。
圖7 計步測量流程圖
4 結束語
本系統(tǒng)所設計的便攜式生理參數監(jiān)測儀能檢測人的體表溫度、脈搏、運動步數、消耗能量等參數， 具有實時測量及顯示的功能， 可將測得的數據與設定的閾值進行比較， 當超過閾值時就進行聲光報警提醒。本設計輕便小巧， 適合居家、鍛煉等使用。
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