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[導(dǎo)讀]設(shè)計了一款便攜式生理參數(shù)監(jiān)測儀,可對人體基本生理參數(shù)及消耗能量進(jìn)行實時監(jiān)測。該設(shè)計以C8051F330單片機(jī)為核心,配以DS18B20溫度傳感器、HA35DE加速度計步模塊和HK-2000A脈搏傳感器,使得該儀器具有實時監(jiān)測及顯示人體脈搏和體表溫度及運(yùn)動耗能等功能。

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(hù)儀開始出現(xiàn)并呈不斷增多的趨勢,已經(jīng)由過去的單一測試儀發(fā)展為現(xiàn)在的多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀。
    在實際生活中,生理參數(shù)監(jiān)測儀多是基于PC機(jī)平臺的多參數(shù)測量、價格昂貴、體積龐大、不便于移動。現(xiàn)在多數(shù)生理參數(shù)監(jiān)測儀無法準(zhǔn)確的實時測量人體運(yùn)動時的生理參數(shù),導(dǎo)致有些人特別是老年人運(yùn)動強(qiáng)度過大,對身體造成較大傷害。而教練員因無法準(zhǔn)確掌握運(yùn)動員運(yùn)動時生理參數(shù)變化,而不能“因材施教”,有針對性的制定訓(xùn)練方案,所以運(yùn)動員訓(xùn)練方式都是大眾化訓(xùn)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(shù)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(jī)。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(shù)碼管顯示電路等,如圖1所示。


    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(jī)I/O口的輸入高低電平要求,計數(shù)通過單片機(jī)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(shù)通過單片機(jī)外部中斷1,路程、卡路里等計算通過公式換算。LED數(shù)碼管采用4位共陰極連體數(shù)碼管,數(shù)碼管驅(qū)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(shè)計
2.1 脈搏與溫度測量電路設(shè)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(zhuǎn)換成數(shù)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(jī)識別為邏輯高電平,采用分壓式電壓提升電路,產(chǎn)生單片機(jī)可識別到脈沖信號。


    本系統(tǒng)采用DS18B20數(shù)字型溫度傳感器,測量結(jié)果輸出為2 Byte數(shù)字信號,測量分辨率為0.1℃。溫度測量硬件電路如圖2(b)所示。DS1-8B20采用Vcc=3.3 V供電,使I/O線上不需要加強(qiáng)上拉,在轉(zhuǎn)換期間能允許在單線總線上進(jìn)行其他數(shù)據(jù)交換。
2.2 計步測量電路設(shè)計
   
本系統(tǒng)采用非電量電測法來實現(xiàn)檢測步數(shù),當(dāng)人行走時,腳、腿、腰部、手臂會產(chǎn)生相應(yīng)的加速度。通過腳的加速度對步數(shù)的檢測最準(zhǔn)確,本設(shè)計要求攜帶方便,故選擇利用腰部運(yùn)動來檢測步數(shù)。人體運(yùn)動示意如圖3所示,行走過程中,通過腰部上下的垂直運(yùn)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(shù)。


    本系統(tǒng)采用3D加速度傳感器為核心來感應(yīng)人體運(yùn)動,采用HA35DE計步模塊測量人體運(yùn)動步數(shù),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(jī)外部中斷口。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
3.1 總體軟件結(jié)構(gòu)

    本系統(tǒng)采用C8051F020單片機(jī)進(jìn)行處理分析,設(shè)置相應(yīng)的生理參數(shù)閾值并對采集信號進(jìn)行實時顯示,還可對超標(biāo)信號報警,系統(tǒng)的軟件總體流程圖如圖5所示。


3.2 脈搏與計步測量軟件設(shè)計
   
脈搏計數(shù)通過單片機(jī)外部中斷0來實現(xiàn),外部中斷口0工作方式為上升沿觸發(fā)方式。當(dāng)單片機(jī)檢測到有效脈沖時,計數(shù)器加1,到達(dá)測量時間時,判斷脈搏數(shù)是否超過閾值,并判斷是否進(jìn)行報警。其軟件流程圖如圖6所示。


    步伐計數(shù)通過單片機(jī)外部中斷1實現(xiàn),外部中斷口1工作方式為上升沿觸發(fā)方式,當(dāng)單片機(jī)檢測到有效脈沖時,計數(shù)器加1。本系統(tǒng)的計步功能塊可實現(xiàn)運(yùn)動步數(shù)測量,運(yùn)動距離測量,運(yùn)動消耗的能量計算,通過按鍵切換實現(xiàn)。計步測量流程圖如圖7所示。



4 結(jié)束語
   
本系統(tǒng)所設(shè)計的便攜式生理參數(shù)監(jiān)測儀能檢測人的體表溫度、脈搏、運(yùn)動步數(shù)、消耗能量等參數(shù),具有實時測量及顯示的功能,可將測得的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較,當(dāng)超過閾值時就進(jìn)行聲光報警提醒。本設(shè)計輕便小巧,適合居家、鍛煉等使用。

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