基于单片机的人体生理信号采集电路设计
基于STM32 单片机的人体称系统设计
2020年第9期Course Education Research 课程教育研究1.系统硬件设计1.1系统硬件设计总体框架系统硬件主要包含:单片机最小系统,采用STM32单片机作为控制核心;压力传感器模块,将重力转换成电压信号输出;放大器和A/D 转换模块,采用ADC-CS1237模块,将采集的模拟信号转换为单片机能接收处理的数字信号;液晶显示模块,采用LCD1602显示体重信息;复位电路,设置多个功能按键对系统进行操作;蓝牙模块,将体重信息传送到手机上。
其整体框架如图1所示。
图1系统硬件框架1.2压力传感器模块压力传感器内部有一个贴片式电阻应变片粘贴在悬梁臂一端,当悬梁臂受力时,电阻应变片的阻值随之改变,使得传感器输出电压发生改变;悬梁臂不受力时传感器输出电压为0。
压力传感器的等效电路如图2所示。
1.3放大器与A/D 转换模块ADC-CS1237模块采用CS1237作为转换芯片,用于把微小电压信号转换为具有24位精度的数字信号。
同时CS1237提供了一个低噪声、低漂移的放大器与桥式传感器差分输出连接,其基本结构如图3所示。
图3放大器基本结构ADC-CS1237模块的原理图如图4所示。
图4ADC-CS1237模块原理图基于STM32单片机的人体称系统设计邝光鸿万在红钟大林孙慧蓉邱悦(南昌航空大学信息工程学院江西南昌330000)【摘要】把压力传感器作为系统的研究对象,以STM32单片机为系统核心,设计了一个新型的智能人体称,目的在于方便快捷地测量人体体重。
该人体秤系统利用STM32单片机、压力传感器、ADC-CS1237和液晶显示器实现了人体体重信息的实时显示,并且可以通过蓝牙将体重信息传输到手机上,长时间不工作时自动关机。
该系统可以让用户保存自己的称重记录,客观又直接地观察自身的体重变化,能给用户生活带来方便。
【关键词】STM32单片机压力传感器蓝牙【Abstract 】Taking pressure sensor as the research object of the system and STM32single chip computer as the core of the system,a new type of intelligent human body scale is designed to measure body weight conveniently and quickly.The system uses STM32,pressure sensor,ADC⁃CS1237and LCD to realize the real⁃time display of human body weight information.It can also transmit the weight information to the mobile phone through Bluetooth,and shut down automatically without working for a long time.The system allows users to keep their own weighing records and observe their weight changes objectively and directly,which can bring convenience to users’life.【Keywords 】STM32MCU;pressure sensor;Bluetooth 【基金项目】南昌航空大学创新实践训练。
基于51单片机心率测量电路设计
基于51单片机心率测量电路设计作者：蒋铁生来源：《科学导报·学术》2019年第10期1.1选题背景心率是人的重要的可被测量的生理指标。
在现代社会，随着人类社会生活水平的提高，人们的生活方式和饮食结构的改变，高血压，冠心病等心脏方面的疾病渐渐成为人们的常见病。
由有关数据显示，中国城市人口每五个成年人中就有一个人患有不同程度的心血管方面的疾病。
由于心脏不健康而导致的心肌梗塞，猝死等事件时有发生，并且心脏疾病方面发病率逐年提升，发病年龄也是下降趋势。
要减小心血管疾病给人们带来的健康危害，早期有效的测量設备与判断方法是十分重要的。
心率是人体十分重要有效的信息，是可以被检测的生物信号，它是反映心脏是否正常工作的一个重要参数，可以根据心率值判断一个人是否患有心率过速，早搏等几种常见的心脏病。
因此，设计一种简单，能显示心率的仪器十分有必要。
1.2 主要内容本心率测量电路设计是一个硬软件相结合的设计类题目。
要求设计一个基于51单片机的心率的检测电路。
可以实现与心率检测功能，整个系统电路的设计功能包括：1、使用MAX30102心率传感器模块进行心率采集；2、使用STC89C52芯片为控制核心；3、使用OLED液晶进行显示。
2 总体方案设计2.1整体设计思路本设计采用的是STC89C52芯片，通过STC89C52最小系统，心率模块、液晶屏，实现心率的测量与现实。
实时的心率显示在OLED液晶上。
由于STC89C52有较多的引脚数，能实现OLED液晶驱动以及实时心率测量等这些功能。
电源部分是通过USB线来外接可移动电源或电池供电。
2.2心率测量模块光电式传感器。
光电式传感器测量方法灵活多样，可测量参数较多，具有非接触，高精度，高分辨率，高可靠性，反映快等特点。
适合用来测量心率。
测量原理：随着心脏的跳动，人体组织半透明随之改变，当血液到达人体组织时，组织班透明度减小，当血液回流心脏时，组织的半透明度加大。
这种现象在人体组织较薄的地方比较明显，例如手指尖，耳垂部位。
便携式心率采集系统设计
便携式心率采集系统设计学生：学号：指导教师：助理指导教师：专业：摘要随着生物医学工程技术的开展, 医学信号测量仪器日新月异。
生物医学测量与临床医学和保健医疗的联系日益严密。
通过对人体各种生理信号的检测，能更好的认识人体的生命现象，这其中脉搏信号包含丰富的人体健康状况信息,从中提取的心率值对人体健康有着重要的参考作用。
本文采用光电反射式传感器, 设计了一套便携式可穿戴的获取和保存脉搏信号的系统。
本设计主要是基于STM32L低功耗单片机，利用光电传感器产生脉冲信号，经过放大整形滤波后，输入单片机内AD进展采样并将数字化后的脉搏信号和计算出的心率值保存在SD卡中。
后期通过上位机软件可以观测脉搏信号，对人体健康进展评估，因此该系统适用于保健中心、医院和家庭等场所。
本设计所设计的基于单片机的便携式心率采集系统对推进脉诊技术客观化和HRV研究具有积极的促进作用。
关键词：脉搏，单片机，光电传感器，脉冲信号，便携式ABSTRACTWith the development of the biomedical engineering technology, the medical signal measuring instrument is changing everyday. Biomedical measurement and clinical medicine and health care increasingly close ties. We could better understand the phenomenon of human. life through various physiological signal detection of the human body. Pulse inclusions rich state of the health information, By using optical sensors, With the high development of electronics and puter nowadays, the pulse diagnosing technology should be objective and quantitive. this text access to the pulse signal design methods. This paper mainly introduces the concrete realization method for digital pulse counter, which uses photoelectric sensors to generate pulse signal. The pulse signal is amplified and regenerated to input into MCU to carry out corresponding control, as a result the pulse number per a minute is measured. The use of the pulse counter is quick and convenient. Through observing the pulse signal, human health can be inspected, it is usually used in health care centers and the hospitals. In my design, Portable heart rate measuring instrument based on MCU has a positive role in promoting the objective of the pulse technology.Key words：Pulse, MCU, Photoelectric Sensor, Pulse Signal, Portable目录摘要IABSTRACTIII1 绪论11242 整体系统结构62.1 脉搏测量模块772.1.2 光电式脉搏传感器711131319213 系统软件设计233.1功能配置：233.2硬件相关配置：243.3文件系统配置：24325．总结33参考文献341 绪论随着人们生活水平的提高，地球环境遭到破坏，多种疾病威胁着人们的生命,而心脏病的发作又是人们难以预防的突发致命疾病。
人体生理指标监测系统设计研究
人体生理指标监测系统设计研究一、引言人体生理指标监测系统是一种关键的医疗设备，可以对患者的生理指标进行长期监测，为医生提供详细数据分析，帮助诊断和治疗。
本文将从硬件设计和软件实现两个方面，探讨人体生理指标监测系统的设计和研究。
二、硬件设计1.选型在硬件设计中，首先需要选型。
根据监测指标不同，需要选择不同的传感器，如心率、体温、血压等。
另外还需要选取一种微控制器，并配合一块适合的开发板，如Arduino、Raspberry Pi等。
2.传感器设计传感器设计是硬件系统中最关键的部分之一，表现了监测系统的稳定性和精确度。
具体实现上，可以使用贴片电阻、电容、二极管等基本元件构成传感器，或通过购买专业的传感器模块，减少设计难度。
建议采用接口标准化的传感器模块，方便各模块的连接和操作。
3.电路设计电路设计包括传感器与微控制器之间的连接电路和供电电路。
在处理时，需要首先判定传感器输出信号的幅值范围及其调整方式。
如果信号幅值太小，可以增加模拟电路的放大倍数；如果太大，可以通过减小稳压电阻的耐受增大跌压功率或者增加负载量等方式来调整。
在供电电路方面，建议采用锂电池供电，或者外接交流电源或直流电源，以满足更长时间的监测需求。
三、软件实现1.数据采集监测系统软件的第一部分是数据采集，即监测系统与传感器之间的链接。
主要分为红外遥控器、手动分析程序以及自动化程序。
通过红外遥控器触发采集，较为便捷。
但是，人为误操作难以避免。
手动分析程序对操作人员的技术和知识水平有较高要求，自动化程序在易操作性和稳定性上具有优势。
2.数据分析当监测系统采集到数据时，需要对其进行分析处理。
对于一些短期数据，可以选择手动分析方法；而对于长时间的数据，则需要使用自动化数据分析程序。
在数据分析中，需要结合人体生理指标的特点进行特定处理，如心率和血压随时间变化的规律性、不同体温段的对照等等。
3.输出反馈最后，监测系统需要将处理和分析结果输出给操作人员或者医生。
多参数监护系统
Physiology information detecting
目 录
前 言
随着现代医学技术的发展，尤其是电子技术、计算机技术、数字信号处理技术的不断发展，监护仪作为各级各类医院中一种常用设备，得到了广泛应用。现代医学监护仪是一种以测量和控制病人生理参数，并可与已知设定参数进行比较，出现超差而发出报警的一种装置或系统。
关键字：监护仪，单片机，C8051F020,OEM模块，生理信息采集
Abstract
Electrocardiogram (ECG), blood pressure (BP), sphagnum and blood oxygen saturation (SpO2) are the most fundamental bio-indicators of human beings. It's helpful for doctors to measure these biology signals in the first-aid outside the hospital. However, most of the existing monitor systems are inconvenient to be carried and controlled. Therefore, an intillage-timed, portable, low dissipation multi-parametersmonitor system is presented in this paper.
图1－1心电图
随着心脏的搏动，心电图上出现一组特征性的波形(P,QRS,T及U),这些波形对应着心脏的基本电活动。图1-1所示是一个正常状况下的典型的完整心电波形。心电图的各个波、段和间期都有其特殊的生理意义，可作为临床分析心脏疾病的重要参考资料:
基于stm32的人体健康检测设计报告
基于stm32的人体健康检测设计报告一、引言人体健康是我们关注的重要议题之一。
随着科技的进步，人们对于健康的监测需求也越来越高。
本文将探讨基于stm32的人体健康检测设计，介绍其原理、功能和应用。
二、stm32介绍stm32是意法半导体（STMicroelectronics）推出的一款32位微控制器产品系列。
它具有高性能、低功耗和丰富的外设资源等特点，非常适合用于嵌入式系统设计。
stm32在物联网、工业控制和医疗设备等领域都有广泛的应用。
三、人体健康检测系统设计原理人体健康检测系统主要通过采集人体各项生理参数，如心率、血压、体温等，进行分析和监测。
基于stm32的人体健康检测设计需要以下几个主要组成部分：1. 传感器模块人体健康检测需要使用各种传感器进行生理参数的采集。
常见的传感器包括心率传感器、血压传感器和体温传感器等。
这些传感器能够将生理参数转化为电信号，并通过与stm32连接来实现数据传输。
2. 数据采集和处理模块stm32作为微控制器，能够实现数据采集和处理功能。
通过与传感器连接，stm32可以获取传感器产生的生理参数数据，并进行实时处理。
例如，可以计算心率的平均值、血压的变化趋势等。
3. 显示与通信模块人体健康检测系统需要将采集到的数据进行显示或传输。
基于stm32的设计中，可以使用LCD屏幕来显示人体健康相关的数据，如心率、血压和体温等。
同时，stm32还可以与其他设备进行通信，如蓝牙模块或Wi-Fi模块，将数据传输到手机或电脑上，实现远程监测。
4. 软件开发基于stm32的人体健康检测系统需要进行软件开发，包括编写数据采集和处理的程序以及用户界面的设计。
stm32可以使用各种编程语言进行开发，如C语言或嵌入式Python。
四、基于stm32的人体健康检测系统功能基于stm32的人体健康检测系统可以实现以下几个功能：1. 实时监测系统能够实时监测人体的生理参数，并将数据实时显示在LCD屏幕上。
基于单片机智能健康监护仪设计报告
基于单片机智能健康监护仪设计一、研究意义随着生活水平的不断提高，人们对健康保健和常规检查越来越重视。
而且社会老龄化的不断加剧，老年人健康问题也成为了深受社会关注的问题。
但是目前的医疗设施水平还远远不能满足社会需求。
因此，研究一种新的医疗设备势在必行。
智能健康监护仪就成为解决上述问题的有效途径。
本文研究的智能健康监护仪可以实现对病人血压、体温、心电、心音、脉搏等参数的实时监护，具有良好的可扩展性和灵活性。
本智能健康监护仪可对多项人体生理参数（体温、血压、脉搏、心电、心音）进行采集和分析，从中得到关于用户健康状况的信息。
同时，本系统还可通过多种接口将信息传送至PC，并可以通过3G网络将信息发送至手机等移动式设备。
本产品扩展性强、便携、易用，在个人保健等方面有较好的发展前景。
二、研究内容在参阅大量相关文献的基础上，研制一款便携式的智能健康监护仪。
该智能健康监护仪能对患者进行实时监护，包括对心电、心音、脉搏、体温等生理信号的采集、显示、分析处理、网络传输等。
该监护仪能通过因特网实时的将数据传输到监护中心，以实现远程实时监护，监护中心端软件实现包括对各病人生理信号数据的接收、显示、管理、分析处理等。
本项目研究包括心电、血压、脉搏、体温、呼吸、脑电等生命指征信号提取、识别及传输方法；研制人体生命指征信号检测处理模块；开发基于远程医疗信息交互系统。
本项目采用3G技术，设计一种创新型的网络式监护装置，是一种创新型的智能健康监护仪。
智能健康监护仪由专用传感器构成，传感器对所需要监测的人体生理指标比如血压、脉搏、体温、心电、心音等数据进行采集。
通过Internet网络可以将数据传输至远程医疗监护中心，由专业医疗人员对数据进行统计观察，提供必要的信息反馈和咨询服务，实现智能健康监护。
此款智能健康监护仪具有外观精致，小巧玲珑，便于携带，操作方便、简单，检测准确，性价比高等特点。
它使得被监护人能够拥有较多的自由活动空间，在获得较准确的测量指标的同时，免除人们在家庭与医院之间奔波的劳苦。
基于单片机的便携式多功能实时生理参数监测仪
基于单片机的便携式多功能实时生理参数监测仪摘要：本设计是在PROTEUS环境下完成的，以单总线数字温度传感器DS18B20、AT89C51单片机、HK-2000A集成化脉搏传感器、ND-3微振动传感器、LM041L字符型显示器构成的多功能实时生理参数监测仪系统的硬件电路及软件系统的设计。
本文介绍了PROTEUS和KEIL软件，DS18B20单线数字温度传感器、AT89C51单片机和LM041L字符型显示器的结构、性能特点以及工作原理，以及HK-2000A集成化脉搏传感器和ND-3微振动传感器的性能参数。
该系统可以完成对温度、心率、步数等参数的采集、处理和显示，并且能在这些参数超过设定的阈值时，进行报警提示。
关键词：单片机；DS18B20；LCD；PROTEUS；KEILPortable multi-function physiological parametersreal time monitor which is based on MCUAbstract：My design is depend on PROTEUS, using the extensively used single-bus digital temperature sensor DS18B20, AT89C51 MCU, HK-2000A integrated pulse sensor, ND-3 micro-vibration sensor, LM041L character display design a multi-functional real-time physiological parameters monitor,s hardware circuits and software system.PROTEUS and KEIL software, DS18B20 single-wire digital temperature sensor, AT89C51 MCU andLM041L character display structure, performance characteristics and working principles, as well as the HK-2000A integrated pulse sensors and ND-3 micro-vibration sensor performance parameters is introduced in this paper. This system can be completed on collect, processing and display the parameters the temperature, heart rate, paces, and more than these parameters in the threshold that we set for alarm.Key words：MCU; DS18B20; LCD; PROTEUS; KEIL目录引言 (1)1 系统设计简介 (2)2 元器件选择 (3)2.1 AT89C51单片机 (3)2.1.1 主要特性 (4)2.1.2 管脚说明 (5)2.1.3 振荡器特性 (6)2.1.4 芯片擦除 (7)2.2 LCD芯片 (7)2.2.1 LCD接口 (7)2.2.2 指令描述 (7)2.2.3 接口时序说明 (11)2.3 DS18B20智能温度控制器 (12)2.3.1 DS18B20的内部结构 (12)2.3.2 DS18B20温度传感器的存储器 (14)2.3.3 DS18B20使用中注意事项 (16)2.4 HK-2000A集成化脉搏传感器 (17)2.5 ND-3微振动传感器 (18)3 系统硬件电路设计 (19)3.1 Proteus软件的介绍 (19)3.1.1 Proteus软件的介绍 (19)3.1.2 proteus 的工作过程 (19)3.1.3 Proteus 软件所提供的调试手段 (20)3.1.4 Proteus和Keil uVision的联调 (20)3.2模块的说明 (21)3.2.1 复位电路部分 (21)3.2.2 晶振电路部分 (22)3.2.3 数据采集部分 (22)3.2.4 LCD显示部分 (22)3.2.5 报警电路部分 (23)3.3 整体电路图 (23)4 系统软件设计 (25)4.1 Keil uVision软件介绍 (25)4.2 程序的编写和调试 (25)4.2.1 DS18B20的工作过程 (25)4.2.2 中断服务程序 (28)4.2.3 LCD显示子程序 (29)4.2.4 系统主程序 (29)5仿真与调试 (30)6总结 (34)参考文献 (35)附录1 程序清单引言随着国民经济的不断发展，人们生活水平不断提高和完善，健康已成了人们关注的焦点和追求的目标。
基于单片机的人体健康检测系统课程设计
基于单片机的人体健康检测系统1. 任务背景随着社会发展和人们生活水平的提高，对健康的重视程度也越来越高。
人们意识到健康的重要性，并希望能够时刻关注自己的身体状况。
基于单片机的人体健康检测系统就应运而生，它可以帮助人们实时监测自己的身体健康情况，提前预防和控制疾病。
2. 设计目标基于单片机的人体健康检测系统的设计目标如下：•实时监测关键生理指标，例如心率、血压、血氧饱和度等；•提供便捷的数据显示和分析，使用户能够直观了解自己的身体状态；•高精度的测量和可靠的数据传输；•可以定时提醒用户进行身体健康管理。
3. 系统组成基于单片机的人体健康检测系统主要由以下几个部分组成：3.1 单片机模块单片机模块是整个系统的核心，它负责采集和处理各种生理指标的数据。
常用的单片机包括Arduino和树莓派等，它们具有易于编程和丰富的扩展性。
3.2 传感器模块传感器模块用于采集人体的生理信号，例如心电图传感器、血压传感器和血氧传感器等。
传感器模块需要将采集到的信号转换成数字信号，然后传输给单片机进行处理。
3.3 显示模块显示模块用于展示测量结果和提醒用户。
常见的显示模块包括液晶显示屏和LED灯等。
3.4 数据传输模块数据传输模块将测量结果传输给用户终端设备，例如手机或电脑等。
常用的数据传输方式有蓝牙和Wi-Fi等。
4. 系统工作流程基于单片机的人体健康检测系统的工作流程如下：1.传感器模块采集人体的生理信号，并将信号转换成数字信号。
2.单片机模块接收传感器模块传输的数据，进行处理和分析。
3.单片机将处理后的数据显示在显示模块上，供用户查看。
4.数据传输模块将测量结果传输给用户终端设备，例如手机或电脑等。
5.用户可以通过终端设备查看历史数据、设置提醒和进行数据分析等。
5. 系统优势基于单片机的人体健康检测系统相比传统的人体健康检测设备有以下优势：•体积小巧、便携性好，可随时随地使用；•低功耗设计，长时间使用无需频繁更换电池；•高精度的测量结果，可靠性高；•数据传输方便快捷，用户可以随时查看自己的健康状况。
人体脉搏信号采集实验
1000
500 0 1 29 57 85 113 141 169 197 225 253 281 309 337 365 393 421 449 477 505
图 10-脉搏信号波形 8．数据采集和单片机系统 系统中采用 Atmel 公司出品的 8 位 AVR 单片机 ATMEGA32 实现对脉搏信号的采集和对 系统的控制。该单片机内集成了 10 位多通道逐次比较型 A/D 转换器，可用于脉搏信号的采 集。通过检测脉搏的幅值，自动调整电路增益，以达到最佳采集效果。系统工作时，采用定 时器 0 每 4ms 产生一次中断， 中端服务线程负责读取 A/D 转换器采集数据， 从而保证 250Hz 的采样率，保证信号不失真 。采样过程中，每采样 500 个点（2s）统计一次峰值与谷值， 并判断是否有必要调整增益，之所以定为每 2 秒统计一次，是为了保证在极端情况下（心律
������5 ������5 +������4
1
× 5 = 1.2������
(6)
综合式(4)、(5)和(6)，计算解出 R4、R5，并选取标准阻值：R4=1.3MΩ ；R5=470KΩ 。 7．低通滤波电路 人体脉搏信号的得频率集中在 40Hz 以下频段，采集脉搏信号时，应当滤掉 40Hz 以上 高频干扰。本系统中，低通滤波电路采用了集成 8 阶巴特沃思开关电容低通滤波器 MAX291 芯片。这样能在减少外围器件的同时获得较好的滤波效果。开关电容滤波器工作时，需要外 接时钟信号，设计电路时，滤波器的转折频率由外接的时钟信号决定。对于 MAX291 芯片， 其时钟/转折频率比为 100：1。即，如果需要转折频率为 40Hz 的低通滤波器，则需要输入 4KHz 的时钟信号。MAX291 芯片要求输入的时钟信号为 TTL 电平占空比 50%±10%的方波信 号，该信号可由单片机的定时器产生。MAX291 芯片引脚定义见图 8。
基于单片机的脉搏心率测量仪的开发与设计毕业论文
毕业设计(论文) 题目：基于单片机的脉搏测量仪的研究与设计摘要在传统的医疗检测中，脉象检测一直都起着非常重要的作用，人体的脉象包含着大量的人体的生理和病理方面的信息。
脉诊一直是医生诊断疾病的重要手段之一，但受人为因素的影响很大。
经医学观察研究表明，人体手指末端含有丰富的毛细血管和小动脉，这些动脉和人体其他地方的动脉一样，含有丰富的生理信息。
由于光电脉搏检测技术具有很高的绝缘性，且抗电磁等干扰能力强，可以对人体进行无损伤检测。
本文设计通过光电法对人体指尖的脉搏进行测量，并将测量信息送入单片机进行处理，最后通过数码管将测量结果显示出来。
将对脉搏信号的检测模块，脉搏信息的处理模块，单片机，数码管显示模块等电路集成在一块电路板上，形成一个简易的脉搏测量仪。
这种测量仪具有精确度高，体积小，价格便宜，易于操作等特点，特别适合于个人使用和家庭使用，给我们的生活带来极大方便，让我们第一时间对自己的身体状况有进一步的了解。
矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
关键词：脉搏；光电传感器；单片机；数码管AbstractIn the traditional medical testing，the pulse condition detection has been playing a very important role．The pulse condition of the human body contains a large number of physiology information and pathology information，the pulse examination has been being one of the important means for the doctor to diagnosis the illness．But the man-made factors influence it very much，the medical observation research shows．The end of the finger contains rich capillaries and small arteries．These arteries and the other arteries of the body hold rich physiologic information．The Photoelectric pulse detecting technology can test the body without damage owing to its high insulation and strong ability to resist the electromagnetic interference．This design in the text can survey the pulse of the finger tip through photoelectric method and transport the information to the microcontroller to do with it．At last，the result is showed by the digital tube．When the electric circuit such as the detection module of the pulse signal，the processing module of the pulse information，SCM，digital tube are integrated in the board of electric circuit，it formed an simple pulse measuring instrument，this instrument has high accuracy，small, cheap，and easy to operate．It is especially suitable for personal use and family use．It brings great convenience to our life，so we can have a further understanding of our body condition．聞創沟燴鐺險爱氇谴净。
基于STM32_的人体体质监测系统设计与实现
第18期2023年9月无线互联科技Wireless Internet TechnologyNo.18September,2023基金项目:2023年度河北省体育科技研究项目;项目名称:基于云计算的国民体质监测系统的研究;项目编号:2023QT15㊂项目名称:新业态背景下我省电竞产业发展对策研究;项目编号:2023CY13㊂2019年张家口市科技局科研项目;项目名称:基于大数据的智能交通控制系统;项目编号:1911002B ㊂作者简介:杨凯(1987 ),男,湖北黄冈人,助教,硕士;研究方向:电子信息㊂∗通信作者:吉高卿(1987 ),男,河北张家口人,讲师,硕士;研究方向:大数据㊂基于STM32的人体体质监测系统设计与实现杨㊀凯1,王润修2,倪笑宇2,吉高卿2∗(1.江西财经职业学院,江西九江332000;2.河北建筑工程学院,河北张家口075000)摘要:由于人们生活节奏的加快和生活压力的增大,人体体质健康越来越受到重视㊂为了使人们更为直观地关注自身的体质健康,文章设计了一款基于STM32单片机的人体体质监测系统㊂系统以STM32单片机作为主控制模块,通过血氧传感器模块㊁脉搏心率测量模块㊁体温测量模块,分别对心率㊁血氧㊁体温等人体体质参数进行监测,并通过蓝牙模块实现无线传输功能,将测量的数据传送到手机上㊂利用该系统,用户既可以在液晶显示屏上查看体质数据,也可以在手机App 上了解到自身的体质参数㊂经实验测试,该系统运行平稳㊁工作正常,符合设计要求㊂关键词:人体体质;STM32;传感模块;血氧中图分类号:TP31㊀㊀文献标志码:A 0㊀引言㊀㊀目前,我国经济快速发展,但人口老龄化问题化日趋严重[1]㊂在我国人民生活水平不断提升的同时,生活压力也变得越来越大,由于错误的饮食习惯和较少的运动,导致人们的健康问题与日俱增[2]㊂在现实生活中,还存在医疗资源匮乏㊁少部分人支付不起昂贵的医疗费用㊁就医不及时等一系列问题[3]㊂人体体质监测是医疗健康领域的一个新兴研究方向,随着社会对健康生活的重视和人民对疾病预防意识的提高,越来越多的人开始关注自身的体质与潜在健康风险,以上因素推动了体质监测技术的快速发展[4]㊂人体体质监测系统可以实现关键生理参数的实时采集与数据分析,对个体体质特征及疾病发病风险进行评估,能够有效帮助人们做到早发现㊁早预防㊁早治疗[5]㊂1㊀系统硬件设计㊀㊀本文设计的人体体质监测系统硬件组成,如图1所示㊂系统主要由主控制器㊁温度采集模块㊁心率与血氧采集模块㊁显示模块㊁蓝牙模块等构成,不仅可以实现对体温㊁心率㊁血氧等数据的实时监测,还可以将数据通过蓝牙模块发送到手机等设备㊂本文设计的人体体质监测系统中,主控制器的作用是对系统各个组成模块进行总体控制;温度采集模块的作用是利用温度传感器,对人体体温等数据进行采集;心率和血氧采集模块的作用是利用相关传感器,对人体心率和血氧等体质数据进行采集;蓝牙模块的作用是利用蓝牙芯片,对已经获得的人体体质数据进行发送,使用户在手机端也可以查看自身的体质数据㊂图1㊀系统硬件构成1.1㊀主控制器模块㊀㊀系统采用STM32F103c8t6作为主控制器,它是ST 公司STM32系列32位ARM Cortex -M3内核微控制器的一款产品,属于STM32主流系列入门级产品,芯片采用高性能的ARM 内核,内置丰富的外设和接口,拥有软硬件资源丰富的生态系统[6]㊂该芯片内置了64KB 闪存㊁20KB SRAM 以及多个通信接口,如USART㊁SPI㊁I2C 和CAN 等,还有丰富的外围设备,如ADC /DAC㊁定时器和PWM 等㊂此外,它还支持多种电源模式,包括低功耗㊁停机㊁待机和休眠等,适用于多种应用领域,如工业控制㊁汽车电子㊁家电控制等[7]㊂1.2㊀温度采集模块㊀㊀系统选用DS18B20作为温度传感器,DS18B20数字温度传感器由Dallas半导体公司(现Maxim Integrated)开发制造[8]㊂芯片采用单总线接口,通信方式简单,连接方便,只需要一条数据线即可与微控制器连接实现温度数据的读取㊂DS18B20具有以下特点:(1)测量结果精度较高㊂DS18B20提供的温度测量范围是-10~85ħ精度为ʃ0.5ħ㊂这使得它非常适合需要准确温度测量的应用㊂(2)芯片采用单线连接㊂DS18B20传感器使用单一的数据线进行通信,这使得它在布线和连接方面非常方便,只需使用一个引脚就可以进行数据传输和供电㊂(3)芯片的功耗较低㊂DS18B20在进行温度测量和通信时消耗的功率非常低,这使得它非常适合用于低功耗和电池供电的应用场景㊂(4)芯片采用多种封装形式㊂DS18B20传感器提供了不同的封装选项,包括TO-92㊁TO-220㊁SOT-223等,以适应不同的应用需求㊂1.3㊀心率与血氧采集模块㊀㊀心率与血氧数据的采集模块采用的是MAX30102芯片㊂该芯片是Maxim Integrated公司推出的一款可穿戴生物传感器㊂它是一种集成了红外(IR)和可见光(Visible Light)LED发光器㊁光电传感器和数字信号处理电路的高度集成脉搏氧合仪和心率监测模块㊂芯片利用反射式光谱测量技术,通过测量光线在皮肤上的反射率和吸收率,来获取血氧饱和度(SpO2)和心率等人体体质数据㊂该芯片的主要特点和功能:(1)芯片采用双波长测量㊂MAX30102集成了红外(IR)和可见光(Visible Light)LED发光器,可同时进行双波长的光谱测量㊂这使得它能够有效地消除来自皮肤颜色和环境光的影响,确保血氧饱和度和心率测量的准确度㊂(2)芯片具有灵敏的光电传感器㊂MAX30102内置高灵敏度的光电传感器,能够检测微弱的光信号,并将其转换为电信号进行处理㊂(3)芯片具有灵活的数据接口㊂MAX30102通过I2C(Inter-Integrated Circuit)总线接口与主控制器进行通信㊂它提供了多个配置寄存器,可以调整采样速率㊁工作模式㊁阈值设置等参数,以满足不同应用的需求㊂(4)洗牌具有低功耗模式㊂AX30102支持多个低功耗模式,可以在不同的功耗和性能需求之间进行权衡,以延长电池寿命㊂1.4㊀显示模块㊀㊀本文的显示模块采用的是LCD1602芯片㊂LCD1602是一种基于液晶技术的字符显示模块,性能稳定,使用方便,价格低廉㊂它由两行,每行16个字符的显示区域组成,每个字符由5ˑ8点阵组成㊂LCD1602具有广泛的应用领域,包括电子设备㊁嵌入式系统㊁工业控制以及教育实验等㊂通过与控制器的连接,可以向LCD1602发送指令和数据,以控制显示内容㊁位置和外观等㊂用户可以在LCD1602上显示自定义的文本㊁数字㊁符号和图形,以满足各种应用的需求㊂1.5㊀蓝牙模块㊀㊀本文通过JDY-30蓝牙模块与手机软件连接,可以将测量得到的数据发送到手机上,人们通过手机便可以清楚地观察到自身体质数据㊂JDY-30是一种基于SPP(串口蓝牙传输协议)蓝牙模块,是一种小型且易于使用的无线通信模块,常用于与蓝牙设备进行串口通信㊂JDY-30模块配置方式简便,用户可以通过发送AT指令来配置模块的参数,如蓝牙名称㊁波特率等;JDY-30模块可工作在主从模式或仅从模式㊂主从模式可实现双向数据传输,而仅从模式只能接收数据㊂另外,JDY-30模块采用低功耗设计,适合于对电源功耗有要求的场景,带有蓝牙连接状态的指示灯,可以方便地了解蓝牙连接状态㊂STM32主控模块与手机端App之间采用JDY-30蓝牙模块进行通信㊂该模块体积小巧㊁使用灵活,用户可根据需要设置波特率,通信距离可达10m㊂该蓝牙芯片非常适合在人体体质监测系统中使用㊂2 系统软件设计㊀㊀本系统的程序设计以模块化为设计原则,将每个模块封装为函数,每个模块完成特定的功能㊂使用模块化开发,可以将代码耦合度降低,模块化的意义在于最大化的设计重用,以最少的模块㊁零部件,更快速地满足更多的个性化需求,提高系统程序的可维护性和可测试性㊂此外,如果需要对程序进行升级优化及功能扩展,可在不影响程序原有功能的情况下,加入相应模块的代码即可实现,提高开发效率和降低开发成本㊂本系统中,程序设计模块包括以下几种:脉搏波传感模块㊁蓝牙通信模块㊁LCD屏幕显示模块㊁存储模块㊁时钟及辅助模块等㊂系统主程序可以控制单片机系统按预定的操作方式运行㊂它是单片机系统程序的框架㊂系统上电后,需对系统进行初始化㊂初始化程序主要完成对单片机内专用寄存器㊁定时器工作方式及各端口的工作状态的设定㊂在系统初始化之后,进行按键扫描㊁液晶显示等工作㊂系统主流程,如图2所示㊂图2㊀系统主流程3 测试及结论㊀㊀在完成系统的硬件设计和软件设计后,可进行人体体质监测系统的工作性能测试㊂当系统接通电源后,系统便开始正常工作㊂在监测人体体质时,系统不仅可以通过LED显示屏显示被监测人的体质信息,还可以将数据通过蓝牙发送到手机端㊂LCD显示屏上显示的信息包括:当前测得的心率(HR)㊁血氧(SpO2)㊁体温(HeartRate)㊂经测试,本文所设计系统㊀㊀可以稳定㊁正常的工作㊂参考文献[1]张金榜,吴荣春,何骞,等.可穿戴的生理监测系统设计[J].微型机与应用,2013(20):29-31. [2]管培培,丁宁炜,汤强,等.三维加速度counts估算不同步速能量消耗应用初探[J].山东体育科技,2018 (1):72-75.[3]叶宏,彦秉军,高晓飞,等.单片机温度自动控制系统[J].黑龙江电子技术,2017(3):25-28. [4]刘会忠,程煜.Flash存储管理在嵌入式系统中的实现[J].计算机工程,2010(8):88-90.[5]李冰冰,俞帅东,杨象校,等.基于可穿戴的运动强度监测系统[J].计算机系统应用,2015(5):32-39.[6]龙晓庆,陈忠平.基于51单片机的小型分配性冷库温控系统[J].中国科技信息,2019(8):89-92. [7]钱钧,惠王伟,高莹,等.RC滤波电路实验设计与研究[J].大学物理实验,2017(5):116-119.[8]仝兆景,时俊岭,李月,等.基于无线通讯技术脉搏检测仪的设计与实现[J].计算机测量与控制,2017 (1):13-16.(编辑㊀姚㊀鑫)Design and implementation of a human physical fitness monitoring system based on STM32Yang Kai1Wang Runxiu2Ni Xiaoyu2Ji Gaoqing2∗1.Jiangxi Vocational College of Finance and Economics Jiujiang332000 China2.Hebei University of Architecture Zhangjiakou075000 ChinaAbstract Due to the acceleration of people s pace of life and the increase in life pressure the physical health of the human body is increasingly valued.In order to make people pay more intuitive attention to their physical health the article designs a human physique monitoring system based on the STM32microcontroller.The system uses the STM32 microcontroller as the main control module and monitors human physical parameters such as heart rate blood oxygen and body temperature through the blood oxygen sensor module pulse heart rate measurement module and body temperature measurement module.The wireless transmission function is achieved through the Bluetooth module and the measured data is transmitted to the mobile phone.With this system users can view their physical fitness data on the LCD screen and also learn about their physical fitness parameters on the mobile App.After experimental testing the system runs smoothly and operates normally meeting the design requirements.Key words human constitution STM32 sensing module blood oxygen。
基于STM32单片机的人体称系统设计
基于STM32单片机的人体称系统设计作者：邝光鸿万在红钟大林孙慧蓉邱悦来源：《课程教育研究》2020年第09期【摘要】把压力传感器作为系统的研究对象，以STM32单片机为系统核心，设计了一个新型的智能人体称，目的在于方便快捷地测量人体体重。
该人体秤系统利用STM32单片机、压力传感器、ADC-CS1237和液晶显示器实现了人体体重信息的实时显示，并且可以通过蓝牙将体重信息传输到手机上，长时间不工作时自动关机。
该系统可以让用户保存自己的称重记录，客观又直接地观察自身的体重变化，能给用户生活带来方便。
【关键词】STM32单片机 ;压力传感器 ;蓝牙【Abstract】Taking pressure sensor as the research object of the system and STM32 single chip computer as the core of the system， a new type of intelligent human body scale is designed to measure body weight conveniently and quickly. The system uses STM32， pressure sensor， ADC？鄄CS1237 and LCD to realize the real？鄄time display of human body weight information. It can also transmit the weight information to the mobile phone through Bluetooth， and shut down automatically without working for a long time. The system allows users to keep their own weighing records and observe their weight changes objectively and directly， which can bring convenience to users？蒺 life.【Keywords】STM32 MCU; pressure sensor; Bluetooth【基金项目】南昌航空大学创新实践训练。
推荐-基于单片机的人体脉搏检测系统设计 精品
基于单片机的人体脉搏检测系统设计摘要脉搏波所呈现出来的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，能反映出人体心血管系统中许多生理疾病的血流特征。
本课题是人体脉搏测量仪的设计。
由于脉搏信号的特殊性，在设计时必须要注意实现测量的准确。
该系统的重点就在于要求实现测量的简便化和精确化。
系统测量出人体一分钟的脉搏，并且保证误差在2次以内。
本系统以89S51单片机作为中心，通过使用单片机来实现系统最核心的计算脉搏功能。
在信号的前端处理上，使用压电陶瓷片采集人体脉搏信号，然后经过AD620放大，施密特触发器整形，低通滤波器滤波等一系列操作，将脉搏信号转换为同频率的脉冲信号输入到单片机内，并利用单片机对其进行计数。
计数的方法是利用单片机的计时器，然后由该周期计算出频率，继而就可以求出一分钟的脉搏数。
计数结果将最终送至液晶屏1602来进行显示。
虽然压电陶瓷片的性能并非很好，在信号的采集上不能实现非常精确的采集，但是它的价格低廉，并且在经过系统的信号调理电路后，也能比较满意的实现我们所要实现的目标。
系统运行中能显示脉搏次数和时间，系统停止运行时，能够显示总的脉搏次数和时间。
本文首先描述本设计的整体思路，然后介绍各个部分设计中的细节问题，最后提出一些完善本设计的改进意见。
关键字：脉搏测量；压电陶瓷片；液晶显示屏；单片机THE DESIGN OF HUMAN PLUSE DETECTION SYSTEMBASED ON MCUABSTRACTThe shape, intensity, speed, and rhythm of pulse signals mostly reflect the physical and pathological characters of heart-blood system in human bodies. This topic is a design of body pulse measuring instrument. Because of the specificity of the pulse signal, the design must pay attention to achieve an accurate measurement.The point of this design is the simple and precise of the measurement.We need to measure the pulse of the human body in one minute,and to ensure that the error in less than 2 times..The whole system is center on single-chip microputer 89s51,using the signle-chip to achieve the system core function of counting pulse.In the front-end of the signal, we use piezoelectric ceramics to collect the signal of the human body pulse.And then,after after amplification of the AD620, shaping of the 555, filtering of the low-pass filter and other operations,the signal will be converted to the pulse signal with the same frequency,and this signal will be input to the single-ship.The single-ship will count to this.The method of counting is using the timer of the single-ship,and then use the cycle,get the frequency,by the frequency,we can get the number of the one-minute pulse. The final result of the count will display in the 1602 LCD screen.Although the performance of the piezoelectric ceramics is not very good,in the signal collection.it can’t do it very precise.But its price is very low,and after the signal conditioning circuit of the system,the signal can be quite satisfactory to achieve our objectives. At the beginning of the paper, the integral notion of the device design is brought out. Afterwards, the detail information of each part is narrated. At last part, some suggestions for improving the device are provided.Key words:Pulse measurement; piezoelectric ceramics; LCD; single-ship目录附件附件A开题报告附件B译文及原文影印件1 绪论1.1课题背景及目的脉搏是临床检查和生理研究中常见的生理现象[1]，包含了反映心脏和血管状态的重要生理信息。
基于单片机的脉象信号采集系统设计
05
系统测试与验证
测试方案设计
测试目的：验 证脉象信号采 集系统的性能
和稳定性
测试环境：实 验室和临床应
用环境
测试方法：对 比实验、模拟 实验和实际应
用测试
测试步骤：搭 建测试平台、 采集数据、分 析结果、优化
系统
测试环境搭建
硬件设备：单片机的脉象信号采集系统、信号放大器、数据采集卡等 软件环境：单片机开发环境、信号处理软件等 测试步骤：连接硬件设备、编写测试程序、运行测试程序、记录测试结果等 测试结果分析：对测试结果进行数据分析和处理，评估系统的性能和可靠性
技术发展将推动医疗设备行 业的创新与变革
感谢观看
汇报人：XX
脉象信号采集模块
信号处理：对采集到的电信 号进行放大、滤波等处理
采集电路：将脉象信号转换 为电信号
A/D转换：将处理后的模拟 信号转换为数字信号
传输接口：将数字信号传输 到单片机进行处理
信号处理模块
信号采集：使用传感器采集脉象信号 信号调理：对采集的信号进行放大、滤波等处理 A/D转换：将模拟信号转换为数字信号 数据传输：将处理后的数据传输至上位机进行显示或存储
程序功能：实 现脉象信号的 采集、处理和
显示
程序流程：启 动程序、信号 采集、信号处 理、数据显示
程序语言：C 语言或汇编语
言
程序模块：信 号采集模块、 信号处理模块、 数据显示模块
信号处理算法
信号采集：使 用单片机对脉 象信号进行采
集
信号预处理： 对采集到的信 号进行滤波、 放大等操作， 提高信号质量
系统扩展性探讨
硬件扩展：支持多种类型的传感器和设备连接 软件扩展：可定制和升级，满足不同需求和场景 通信协议：遵循标准协议，方便与其他系统集成 兼容性：可与多种操作系统和软件平台无缝对接
基于51单片机的心率体温检测系统设计
目录摘要 (I)Abstract (II)引言 (1)1 控制系统设计 (2)1.1 主控系统方案设计 (2)1.2 脉搏传感器方案设计 (3)1.3 系统工作原理 (5)2 硬件设计 (6)2.1 主电路 (6)2.1.1 单片机的选择 (6)2.1.2 STC89C51的主要功能及性能参数 (6)2.1.3 STC89C51单片机引脚说明 (6)2.2 驱动电路 (8)2.2.1 比较器的介绍 (8)2.3放大电路 (8)2.4最小系统 (11)3 软件设计 (13)3.1编程语言的选择 (13)3.2 Keil程序开发环境 (13)3.3 STC-ISP程序烧录软件介绍 (14)3.4 CH340串口程序烧写模块介绍 (14)4 系统调试 (16)4.1 系统硬件调试 (16)4.2 系统软件调试 (16)结论 (17)参考文献 (18)附录1 总体原理图设计 (20)附录2 源程序清单 (21)致谢 (25)摘要随着日新月异科技发展，在心率体温测量方面，我们取得了迅速的发展，就近日而言，脉搏测量仪已经在多个领域大展身手，除了在医学领域有所建树，在人们的日常生活方面的应用也不断拓展，如检疫中心的额温枪都用到了技术先进的脉搏测量仪。
在今年的疫情爆发的同时，我们可以积极应对，利用所学的知识，方便高效地检测出人体有无异常体温，在上学签到时，我们可以利用此来检测温度，预防集体性感染事件。
为了在心率测量仪的精准性和便携性方面做出重大改变，我计划设计一种以51单片机为核心的心率体温测量仪。
我们的心率体温检测系统以STC89C51单片机为核心，借用单片机系统的内部计时器计算时间。
其大致的步骤为通过ST188光电传感器感应生成脉冲，心跳次数由单片机累计所得，其对应的时间根据定时器获取。
本设计使用的时候可以展现脉搏心率次数以及时间长短，当其终止使用的时候可以展示总的脉搏心率次数以及时间长短。
经过我的个人测试，系统成功运行，符合设计要求。
基于51单片机的心率计设计
基于51单片机的心率计设计心率计是一种用于测量人体心率的设备，以帮助人们掌握自己的健康状况。
本文将介绍基于51单片机的心率计的设计思路和实现方法。
首先，我们需要了解心率的原理和测量方法。
心率是指心脏在单位时间内跳动的次数，用每分钟跳动次数表示。
常见的心率测量方法包括心电图、脉搏计和光电传感器等。
在本设计中，我们将使用光电传感器来测量心率。
光电传感器是一种通过光电效应测量光强变化的传感器。
在心率测量中，光电传感器可以用于检测人体指尖的血液流动情况，从而间接地测量心脏收缩的频率和心率。
具体实现时，我们可以将光电传感器连接到51单片机的输入引脚上。
同时，我们需要使用一个合适的光源，如红外线发光二极管，以提供光线来照射到指尖。
当心脏收缩时，血液的流动速度会增加，导致光线的吸收量发生变化。
通过检测光电传感器输出的电压信号的变化，我们可以得到心率的测量结果。
在程序设计上，我们可以使用51单片机的定时器来控制心率测量的时间间隔。
通过定时器中断，在固定的时间间隔内取样光电传感器的输出，并计算心率的值。
我们可以根据光电传感器输出的模拟电压信号，使用ADC转换将其转为数字信号，然后通过一系列算法处理得到心率的结果。
此外，为了方便用户查看心率结果，我们可以连接一个LCD显示屏到51单片机的输出引脚上。
通过LCD显示屏，用户可以即时地看到自己的心率数值，并据此对自己的身体状况进行判断和调整。
总结起来，基于51单片机的心率计设计涉及硬件电路的搭建和软件程序的编写。
硬件方面，我们需要使用光电传感器、光源和LCD显示屏等元件，并将它们与51单片机连接起来。
软件方面，我们需要编写定时器中断程序、ADC转换程序和心率计算程序等。
通过这两方面的协作，我们可以实现一个简单而实用的基于51单片机的心率计。
综上所述，本设计通过光电传感器、LCD显示屏和51单片机等元件的结合，实现了一种基于51单片机的心率计。
以此为基础，我们可以进一步完善该设计，加入更多的功能和特性，以满足用户的需要。
基于STM32的多功能心电信号监测系统设计
电子产品世界基于STM32的多功能心电信号监测系统设计Design of multifunctional ECG signal monitoring system based on STM32冯 蓉1，杨建华2，赵 妤2，吴 桐2（1.西安工商学院信息与工程学院；2.西安工业大学电子信息工程学院，西安 710000）摘 要：为了检测人体心电、运动姿态以及体温生理信息，设计实现了一种基于STM32系列MCU的多功能心电信号监测系统，系统包含心电信号采集模块、体表温度采集模块、运动信息测量模块、无线数据传输模块、系统控制模块。
实现对人体心电信号、体表温度信息、走路运动信息的实时采集、计算、显示与无线传输。
实验测试可得心率测量相对误差在3%以内，体表温度测量误差绝对值小于0.3 ℃，运动步数记录相对误差小于1%，运动距离记录相对误差小于5%，实验结果表明该设计具有较高的实用价值。
关键词：心电信号；STM32；无线传输；运动信息0 引言随着人们物质生活水平的提高，人们对身体健康问题越来越关注，而人体的生理信号作为临床诊断和健康监护的重要参考依据，对现代医疗和人体保健有着重要意义[1]，因此人们对便携式、智能化、穿戴式电信号采集系统的需求日益增加，然而，医院的心电监护仪等仪器设备虽然精度高、功能全，但是一般价格昂贵，体积庞大，不适合作为日常健康保健监测装备。
许多学者对相关理论和应用技术不断进行研究探索，刘恒等设计基于单导联的实时心电监测系统，应用了数字卡尔曼滤波和迭代滤波方法，克服了心电检测信号的基线漂移和低频噪声干扰等问题[2]，王睿等设计了低成本高精度单导联心电信号采集电路[3]，江涛设计了一种基于MSP430单片机的心率测量仪，充分利用了MSP430处理器低功耗的特点[4]。
梁嘉琪等设计了家用心电信号检测系统设计，用LabVIEW软件实现上位机的实时存储、显示等功能[5]。
也有学者基于Android平台设计多生理参数监测系统，实现将智能手机与人体生理参数监测相结合[6]。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基于单片机的人体生理信号采集电路设计
【摘要】本设计了一款人体生理信号采集电路，包括体温采集，心率采集，呼吸间隔采集等，并能够显示其测量结果。
测量采用全自动的方式，通过对各项参数设定门限，可以在测量后对超出门限的参数自动给出相关说明。
体温模块采用了DS18B20温度传感器，心率模块采用了驻极体话筒来进行心音测量并计数，呼吸模块采用压电陶瓷片产生的电信号来实现呼吸的测量。
显示模块采用了12864LCD液晶显示。
【关键词】单片机；人体生理信号；信号采集
1.引言
随着人们生活水平的提高，越来越多的人希望通过简便的方式了解身体基本状况。
因此人体生理监护仪开始出现并呈不断增多的趋势，已经由过去的单一测试仪发展为现在的多参数监护仪。
在实际生活中，生理参数监测仪多是基于PC机平台的多参数测量、价格昂贵、体积庞大、不便于移动。
现在多数生理参数监测仪无法准确的实时测量人体运动时的生理参数，导致有些人特别是老年人运动强度过大，对身体造成较大伤害。
而教练员因无法准确掌握运动员运动时生理参数变化，而不能因材施教，有针对性的制定训练方案，所以运动员训练方式都是大众化训练。
开发一种体积小、价格低，基于单片机系统的便携式生理参数监测仪就具有重要的意义。
2.硬件电路设计
本设计硬件电路由STC89C51单片机、DS18B20温度传感器、压电陶瓷片620、驻极体话筒、LCD显示器、AD620运放、高低通滤波电路等部分组成，系统组成模块如图1所示。
2.1 压电陶瓷片
2.1.1压电陶瓷片工作原理
压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。
当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。
当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。
相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。
如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差。
如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。
而高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号（机
械震动），这就是我们平常所说的超声波信号。
也就是说，压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能。
2.1.2 压电陶瓷片应用设计
当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变化产生机械变形。
另一方面，当振动压电陶瓷时，则会产生一个电荷。
利用这一原理，当给由两片压电陶瓷或一片压电陶瓷和一个金属片构成的振动器，所谓双压电晶片元件，施加一个电信号时，就会因弯曲振动发射出超声波。
相反，当向双压电晶片元件发生形变时，就会产生一个电信号，所以我们利用人呼吸时胸部的扩张使压电陶瓷片发生形变，从而得到变化的电信号，然后经过整形放大，送入单片机中，单片机根据算法即可得到人呼吸的情况。
压电陶瓷片620的接线图如图2所示。
2.2 驻极体话筒
2.2.1驻极体话筒工作原理
驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两部分组成。
声电转换的关键元件是驻极体振动膜。
它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上涂了一层纯金薄膜。
然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。
膜片的涂金面向外，与金属外壳相连通。
膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开。
这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。
当驻极体膜片遇到声波振动时，声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时；改变了电容两极板之间的距离，从而引起电容的容量发生变化，由于驻极体上的电荷数始终保持恒定，根据公式：Q=CU可知当C 变化时必然引起电容器两端电压U的变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压，实现声—电的变换。
驻极体膜片与金属极板之间的电容量比较小，一般为几十pF。
因而它的输出阻抗值很高，约几十兆欧以上。
这样高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。
所以在话筒内接入一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。
场效应管的特点是输入阻抗极高、噪声系数低。
普通场效应管有源极（S）、栅极（G）和漏极（D）三个极。
这里使用的是在内部源极和栅极间再复合一只二极管的专用场效应管。
接二极管的目的是在场效应管受强信号冲击时起保护作用。
场效应管的栅极接金属极板。
这样，驻极体话筒的输出线便有两根。
即源极S，一般用蓝色塑线，漏极D，一般用红色塑料线和连接金属外壳的编织屏蔽线。
2.2.2驻极体话筒连接使用
驻极体话筒与电路的接法有两种：
源极输出：源极输出类似晶体三极管的射极输出。
需用三根引出线。
漏极D 接电源正极。
源极S与地之间接一电阻Rs来提供源极电压，信号由源极经电容C输出。
编织线接地起屏蔽作用。
源极输出的输出阻抗小于2k，电路比较稳定，动态范围大，但输出信号比漏极输出小。
漏极输出：漏极输出类似晶体三极管的共发射极放入。
只需两根引出线。
漏极D与电源正极间接一漏极电阻RD，信号由漏极D经电容C输出。
源极S与编织线一起接地。
漏极输出有电压增益，因而话筒灵敏度比源极输出时要高，但电路动态范围略小。
驻极体话筒的内部电路原理如图3所示。
Rs和RD的大小要根据电源电压大小来决定。
一般可在2.2～5.1k间选用。
例如电源电压为6V时，Rs为4.7k，RD为2.2k。
若电源为正极接地时，只须将D、S对换一下，仍可成为源、漏极输出。
不管是源极输出或漏极输出，驻极体话筒必须提供直流电压才能工作。
2.3 温度传感器
DS18B20是DALLAS公司生产的一种“单总线”温度传感器，它采用独特的单线接口方式，仅需一个端口引脚来发送或接收信息；每个DS18B20 都有一个唯一的ROM序列号，所以可以将多个DS18B20同时连在一根单总线上，进行简单的多点分布应用。