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[導(dǎo)讀]前言  本文利用凌陽單片機設(shè)計了便攜式多功能實時生理參數(shù)監(jiān)測儀,具有播放MP3的功能,可達到提高身體鍛煉質(zhì)量的效果。 系統(tǒng)硬件設(shè)計  系統(tǒng)以單片機為核心,配置了各種集成傳感器,體積小巧。由于采用了微型封

前言

  本文利用凌陽單片機設(shè)計了便攜式多功能實時生理參數(shù)監(jiān)測儀,具有播放MP3的功能,可達到提高身體鍛煉質(zhì)量的效果。
系統(tǒng)硬件設(shè)計

  系統(tǒng)以單片機為核心,配置了各種集成傳感器,體積小巧。由于采用了微型封裝的芯片及元器件,使連線變短,減少了通信接口,從而提高了整機工作的可靠性。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

  SPCE061A單片機

  SPCE061A單片機內(nèi)部集成了ADC、 DAC、32KB的Flash和2KB的SRAM,以及液晶驅(qū)動??臁@迷搯纹瑱C作為處理芯片,使得模、數(shù)信號之間的轉(zhuǎn)換以及液晶驅(qū)動可以通過軟件來實現(xiàn),避免了外界信號的干擾,提高了系統(tǒng)的 
穩(wěn)定性及抗干擾能力。

                        

                                            圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

  DS18B20溫度傳感器

  DS18B20溫度傳感器采用12位存儲溫度值對應(yīng)的數(shù)字表示形式,理論精度可達到0.05℃ ,能實時、精確地檢測到人體溫度的變化,可通過單片機在液晶顯示器上顯示溫度。

  DS18B20與單片機的典型接口設(shè)計

  可以采用外接電源與寄生電源(即從數(shù)據(jù)線上得到供電電源)兩種方式供電,如圖2所示。

  使用DS18B20的注意事項

  (1)DS18B20從測溫結(jié)束到將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一定的轉(zhuǎn)換時間,這是必須保證的,不然會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換錯誤,使溫度輸出總是顯示85℃。

  (2)在實際使用中發(fā)現(xiàn),應(yīng)使電源電壓保持在5V左右,若電源電壓過低,會使所測得的溫度與實際溫度出現(xiàn)偏高現(xiàn)象,經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn),一般在5V左右。

  (3)較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行補償,由于DS18B20與單片機間采用串行方式傳送數(shù)據(jù),因此,在對DS18B20進行讀寫編程時,必須嚴格保證讀寫時序,否則將無法讀取測溫結(jié)果。

  (4)在DS18B20測溫程序設(shè)計中,向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后,程序總要等待DS18B20的返回信號,一旦DS18B20接觸不好或斷線,當程序讀該DS18B20時,將沒有返回信號,程序進入死循環(huán),這一點在進行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予一定的重視。

  ZD-3微震動傳感器

  ZD-3微震動傳感器是一種有源的高靈敏度微功耗檢測元件,以正弦波形式輸出,可利用74LS14施密特觸發(fā)器將其轉(zhuǎn)換成脈沖波,輸入單片機檢測高電平,能實時記錄跑步者或鍛煉者的步數(shù),進而得到鍛煉者的能量損耗,以利于更有效地進行鍛煉。

  HK-2000A脈搏檢測傳感器

  HK-2000A傳感器是一種主要用在運動、健身器材上檢測脈搏的傳感器,以脈沖波的形式輸出。當脈搏波動一次時輸出一正脈沖,可將其輸出信號輸入單片機,檢測高電平,記錄脈搏。

  OCM4X8C液晶顯示模塊

  OCM4X8C液晶顯示模塊采用128×64點陣的漢字圖形液晶顯示模塊,可顯示漢字及圖形,內(nèi)置國標GB2312碼簡體中文字庫(16×16點陣)、128個字符(8×16點陣)及64×256點陣的GDRAM繪圖區(qū)域。可與CPU直接接口,提供8位并行及串行連接方式連接微處理器。該液晶顯示模塊具有多種功能:光標顯示、畫面移位、睡眠模式等。配合1×4鍵盤可實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、瀏覽和修改分析結(jié)果,以及進行各種人機對話,能實時顯示 
各種生理參數(shù)值。

             

                             

;                              圖 2 寄生電源供電 報警模塊
利用凌陽單片機內(nèi)部的語音功能,采用軟件控制,當參數(shù)超過閾值時發(fā)出報警信號,同時輸出一高電平,用以驅(qū)動發(fā)光二極管,這樣更容易提醒鍛煉者。

  呼吸氣流溫度檢測模塊

  為了減少熱惰性帶來的誤差,準確地測量呼吸氣流溫度的變化,要求熱敏元件熱容量越小越好,其位置位于呼吸道中氣流速度最大的地方。因此,在電路中選用BLTS101 PN結(jié)溫度傳感器(熱響應(yīng)時間τ<0.2s)。恒流源向PN結(jié)提供100μA的恒定正向電流,則PN結(jié)的正向壓降僅隨溫度T的變化而變化,該電壓信號由前置放大器放大后,通過一個4.84Hz低通濾波器,再變換為數(shù)字信號送入單片機。

  系統(tǒng)軟件設(shè)計

  軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)

 
構(gòu)和菜單操作。利用C61(類似于C語言的凌陽單片機編程語言)及匯編語言編寫軟件,在液晶顯示屏上實時顯示各種生理參數(shù)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)存儲采用Flash, 這樣,在更換儀器電池時不會丟失數(shù)據(jù)。所有測量參數(shù)均可設(shè)定上、下報警閾值,當任一參數(shù)超過閾值時都能發(fā)出聲、光報警。根據(jù)設(shè)計的需要,可以利用消聲鍵停止報警。儀器進入工作狀態(tài)后,主程序首先完成對液晶顯示屏的初始化,然后進入檢測狀態(tài)。由于呼吸阻抗信號具有基線漂移現(xiàn)象,因此,在軟件設(shè)計中采用一種變化中值檢測法對基線進行校正,具體方法是把上一次呼吸周期內(nèi)的中值點作為本次呼吸周期的檢測點,這樣即可克服在正常檢測電壓范圍內(nèi)的基線漂移現(xiàn)象所帶來的漏檢情況。 

  數(shù)據(jù)采集部分

  生理參數(shù)的實時數(shù)據(jù)采集主要通過傳感器進行。在測量人體溫度時,由于體溫在鍛煉時的變化比較緩慢,因此,主要運用軟件定時中斷的方法進行檢測。在檢測步數(shù)和脈搏等參數(shù)時,主要記錄的是頻率,只需采用軟件計數(shù)就可以,根據(jù)檢測到的高電平,計數(shù)器進行自加運算,從而記錄頻率。

  參數(shù)閾值設(shè)定

  
        由于正常情況下人體溫度在36.5℃左右。因此,設(shè)定溫度閾值的初值為36.5℃,以0.25℃為步進量,可以用上下鍵增減,每按一次按鍵,就遞增或遞減0.25℃,直到達到鍛煉者想要設(shè)定的閾值為止(在35℃~42℃之間)。其它參數(shù)的設(shè)定情況類似。

  液晶驅(qū)動程序設(shè)計

  系統(tǒng)顯示功能的實現(xiàn),實際上就是對OCM4X8C液晶顯示模塊的驅(qū)動編程。本文按照結(jié)構(gòu)化的編程思想,利用C61語言將上翻、下翻、返回和確定等按鍵功能編成子函數(shù),這樣便于主程序的調(diào)用。限于篇幅,液晶驅(qū)動程序不在此詳述。

  結(jié)語

  本方案 輕便小巧,適合室內(nèi)、室外鍛煉時使用。同時,如果能將藍牙??旒傻皆搩x器中,可以實現(xiàn)這些生理參數(shù)的無線傳輸,實現(xiàn)對老人或病人的遠程看護。

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