1、 2014 届毕业生毕业设计说明书题 目: 便携式人体生理指标智能检测系统 院系名称： 电气工程学院 专业班级： 测控 1002 学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 副教授 2014 年 5 月 9 日I摘要目前，由于中国的老龄化速度加快，中国老年人的数量越来越大，对于老年人来说，身体状况是第一大需要关心的问题，而目前最大的问题就是老年人不能实时地知晓自己的身体各项生理指标，主要是隔一段时间去医院体检一次，但是随着年龄的增长，一些疾病的发作是非常快的，对于某些突发的疾病，并不能做到一出现状况马上通知家人或者医院，以至于造成严重的后果。例如，老年人在运动时，由于运动量过大导致心率突变，
2、接着导致心脏病突发等等。针对以上情况，本文设计了一款便携式人体生理指标检测器，可以实时地检测人体的脉搏、体温，并对使用者的运动量进行大致估计，使使用者对自己的身体状况有大致的了解。本设计分为两部分：第一部分为基于单片机的人体指标检测系统.该检测系统采用层次化、模块化设计。传感器采集数据，采集的数据送给单片机进行分析处理，通过软件编程设定各项指标的阈值，用字符型 TC1604 液晶显示所测的各项数值。并且可以制作 PCB 板使模块体积尽可能小，系统集成度高、工作稳定、电路简单、检测精度高、调试方便，非常具有实用价值。另一部分是通过 SIM900A 的 GPRS 模块进行通信，即传感器检测到人体参
3、数异常，此时单片机控制 SIM900A 发送预置短信或者拨打预置电话，以便及时通知家人或者医院，对患者进行救治。实现了检测与处理的功能。关键词：人体生理指标；DS18B20；HK-2000A；AT1604；GPRS；ND-3IIIIITitle Portable physiological index detector AbstractCurrently, due to China s accelerated aging , the number of China s old people becoming more and more large , for the elderly, the
4、needs of health care is the biggest problem , but now the most important problem is that the elderly can not know in real time the bodys own physiological indicators ,usually once in a while to a medical hospital,But with the increasing of age,the onset of some diseases are very fast,for some diseas
5、es occured in a very short of time,we can not notice the family or the hospital timely,then there wil be a serious consequences.for example,when the elder people doing some exercise,due to excessive movement mutations cause heart disease.For the above situations,This paper designed a portable physio
6、logical index detector system,The detection system uses a hierarchical, modular design.the sensors collect the dates,then microcontroller analysis the date,Set thresholds of the indicators by software programming,useing the LCD1604 to display the numbers,and we can use PCB to make the volume as smal
7、l as possible.System is highly integrated, stable, simple circuit, high precision, easy debugging,the systemhas highly practical value,The other part is to communicate via GPRS module SIM900A.the sensors detact the unnormal date,the the MCU orderd SIM900A to call the proset phone number or send the
8、text message to notice the family or the hospital timely and then treat the patients.achieve the function of detect and control.Key words: Physiological indicators；DS18B20 ；HK-2000A；AT1604；GPRSND-3IV目 录摘 要 .错误!未定义书签。Abstract .II1 绪论 .11.1 选题背景 .11.2 选题的现实意义 .21.3 国内外相关研究现状 .21.4 设计内容 .22 系统设计 .32.1
9、系统的软件设计 .32.2 硬件设计 .32.2.1 方案设计 .32.2.2 电路设计 .52.2.3 版图设计 .122.3 系统仿真 .132.3.1 protues 仿真软件介绍 .132.3.2 protues 仿真绘图步骤 .142.3.3 仿真版图设计与运行 .143 硬件实现 .163.1 实物搭建 .163.1.2 集成式脉搏传感器 HK-2000A.183.1.3 温度传感器 DS18B20.193.1.4 微震动传感器 ND-3.203.1.5 SIM900A 无线通信模块 .203.1.7 LCD 显示 .213.1.8 完整实物 .213.2 测试结果及分析 .21结
10、论 .22致谢 .23参考文献 .2411 绪论1.1 选题背景 随着中国人口老龄化的加快，老年人的数量越来越大，照顾好这些老年人成了一个非常重要的问题。但是目前许多老年人的身边并无子女陪伴，通常都是和老伴生活在一起，身体检查也只是隔段时间去一次医院，并不能随时知道自己的生体状况，随着年龄的增大，这些老年人的身体日益衰弱，对于某些突发性疾病，可能自己根本来不及处理，要等到被人发现才能得到救治，这样就会延误最佳治疗时期，进而造成严重的后果。在人体各项生理指标中，体温、脉搏是最容易测量的，许多疾病的发生都伴随着这两种指标的变化，人体舌下正常的温度为 36.337.2，腋下的正常温度为3637，一般
11、测量体温都是用腋下温度。体温作为身体是否健康的晴雨表，关系着人的生理机能的正常运作，是一个非常重要的参数，对体温的测量是本设计中一个相当重要的环节。脉搏可以反映出人体的某些变化，例如脉搏的频率和人的心肺功能有非常重要的联系，老年人的脉搏不能过快，否则会使心脏和肺部的负担增加，脉搏的不正常很有可能诱发某些突发疾病，如心肌梗塞，突发性心脏病等，所以时常保持稳定的脉搏，对保持身体健康又很大的意义。设计中采用的是 HK-2000A 集成式脉搏传感器，传感器部分只有一块钱硬币大小，并且其后续 A/D 转换电路，放大电路，滤波电路已经集成，输出的信号可以直接接入单片机，可靠性强，佩戴非常方便，能够很好地满
12、足本设计的要求。ND-3 微振动传感器在本设计中是作为对老年人运动量的估计模块而存在，其输出为标准正弦波，因为体积非常小，所以没能集成模数转换电路，需要外加转换电路。该传感器可以检测使用者在某一时间段内所行走的步数，乘以每步的间距，老年人的休闲一般以散步为主，用这款装置就能估计使用者每天的行走路程了。后续处理采用 SIM900A 的 GPRS 通信模块，通过软件控制的方法，将电话号码预置到模块中，一旦传感器检测到某个参数超出正常值，并且一定时间后没有恢复到正常值，则模块向预置号码发出警告短信或直接拨打电话给预置号码。21.2 选题的现实意义本设计所选择的 DS18B20、HK-2000A 传感
13、器体积小，高稳定性，高抗干扰能力，响应快，功耗低，并且可以直接和一个 8 位高性能单片机连接，使之成为该设计的最佳选择。在市场上的众多单片机中，本设计选择 AT89S52 单片机作为处理器，其特点是高性能，低功耗，低成本，广泛应用于许多嵌入式的设计当中。本设计具有成本低，便于携带的特点，并且针对老年人对电子产品了解不多的情况，仅仅设计了复位、开机、报警这几个必须按键，操作十分简单。使用者佩戴上该仪器过后，完全可以进行正常地工作，基本不会影响正常的日常生活，1.3 国内外相关研究现状目前在市场上已经有许多款简单的生理指标检测仪在销售，例如 Jawbone 公司于今年发布的 UP 24 手环，佩戴
14、极其方便，但是其生理检测功能只能检测步数，大致计算卡路里的消耗，而且必须和手机客户端配套使用，生理检测功能单一，受众面比较窄。三星最近几年一直在更新一款智能手表，Galaxy Gear 智能腕表，可以拨打电话，发送短信，还能简单上网，但是其功能上也只有检测步数这一项，不能满足现在人们的需求。苹果公司将要推出一款智能手表 iwatch，苹果公司为其专门配置了医疗团队，一般的生理指标检测完全能够实现，并且可以打电话，发短信，上网，同时具有报警功能，功能非常强大，在未来的智能手表领域这款手表应该是作为领军者存在的。1.4 设计内容本设计以以体温脉搏检测为核心思想，用温度传感器 DS18B20 和 H
15、K-2000A 脉搏传感器检测体温和脉搏，将模拟信号转换为数字信号，再将数据分别送给单片机和计算机进行处理和显示，最后通过 GPRS 模块来进行通信报警工作。根据人体正常生理参数的范围设定体温脉搏上限值，使用液晶显示屏显示各项参数，并且能够发送警示短信和拨打警示电话，只要发现所测得的参数超过设定的值，可以即刻报警。由于考虑到在实际用的过程中，电子器件不可能百分之百可靠，可能人体某项指标已经超出正常值，但是传感器却没有检测出来；或者其他某项生理参数已经超标，使用者已经3感觉到身体状况不对，但是却不知道是哪里不正常，并且已经丧失自救能力。针对这种情况，本文设置了一个报警按钮，只要按下该按钮，GPR
16、S 模块立即拨打指定电话号码。2 系统设计2.1 系统的软件设计系统软件设计主要用到 Altium designer、Keil、protues 仿真这几款软件，首先写出程序流程图，再根据流程图用 keil 这款 C 语言编程软件写出程序，编译并调试程序，看是否有错误，待程序调试正确后，再用 protues 画出仿真图，将程序导入仿真图中，验证电路、程序是否正确。其软件流程图如图 2.1 所示。便携式人体生理指标检测仪软件设计生理参数检测L C D 显示设计G P R S 电话报警设计D S 1 8 B 2 0 程序设计H K 2 0 0 0 A 脉搏检测程序设计N D - 3 计步程序设计单片
17、机串行口通信L C D 指令描述A T 指令调试G P R S 相关程序编写L C D 相关程序编写图 2.1：软件设计流程图2.2 硬件设计2.2.1 方案设计1、体温检测方案设计体温的测量必须做到尽可能准确，通常我们测量体温时都是测量的腋下温度，人4体腋下的正常温度范围是 36.0-37.0，其测量允许的误差范围是0.2,针对此情况,在设计时设计了以下两种测量方案.方案一：以 AT89S52 单片机为主控组件，采用 MLX90614 数字型传感器佩戴在身上，测得值送入单片机中进行处理，然后由 LCD1604 进行显示测得的体温数值，通过比较测得值和预设值的大小，即可体温是否超出限定值。若超
18、出限定值，则单片机发出控报警声，若体温超过警戒值，则控制 GPRS 模块拨打电话或者发送短信，以便及时通知使用者家人。使用者还可以通过按键系统改变单片机内预设的体温值，以使系统适应不同地区和不同环境的温度变化。然后通过 LCD1604 显示器显示出检测值。此方案可以完成体温的测量，但是在实际的使用中 MLX90614 传感器有一个致命的缺点，这款传感器的非医用型测量的是其视场范围内所有物体的平均温，这样所得到的体温数值误差将会很大，虽然可以将其放置于贴身的地方来进行测量，但是这样就带来了使用上的不方便。而医用型价格昂贵，不适用于本设计。方案二：体温数据采集可以通过探头式温度传感器 DS18B2
19、0 来采集，该传感器使用探头式结构，将传感器放置于探头内部，外面用导热性良好的材料包裹，需要使用时直接将探头置于腋下即可，测量精度高，使用方便，并且不同的人使用时不用将装置取下来再进行佩戴，直接将探头放入需要测温的地方即可。采集到的数据送入80S52 单片机中，再通过 1604 液晶显示出来，单片机比较测量结果后，对结果做出相应的判断，控制 CPRS 模块进行发送短信或者拨打电话。实现了实时监控。如有需要，使用者还可根据自身实际情况通过键盘或者旋钮来手动设定片内存储的预定阈值。通过对整个控制系统的核心部分的设计，完成体温指标监控的目标。该方案简单实用，在操作上属于“傻瓜式操作”，克服了方案一中测量精度不高的问题，并且成本低廉，有很高的实用价值。2、 脉搏检测的方案设计传统的医学检测脉搏主要有两种方法，一种是中医使用的切诊，另一种为西医使用的听诊法，对于切诊来说，需要医师有着丰富的经验，能依据脉搏跳动的频率以及跳动力度的大小来判断就诊者身体是否有恙，但是这项工作一般人是无法完成的。西医所使用的听诊，一般人最多能听到心跳的声音，但是并不能根据心率来判断该心率是否正常。针对这样的情况，在设计时就必须考虑到涉及到所设计出的实物使用上的简便性，最好能做到“傻瓜式”操作，基于此，本文设计了以下两种方案。
