摘 要

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2技术发展现状 1

1.3任务分析与实现 4

1.4论文结构安排 4

第二章 心率体温检测的系统设计 6

2.1系统总体方案的设计 6

2.2 各模块方案选择 7

2.2.1 主控芯片选择 7

2.2.2 显示芯片选择 7

2.2.3脉搏传感器的选型和论证 8

2.2.4温度传感器的选择 8

2.2.5键盘选择 9

第三章 系统硬件设计 10

3.1 单片机最小系统设计 10

3.2 液晶显示模块电路设计 11

3.2.1 电路设计 11

3.2.1 工作原理 12

3.3温度采集电路设计 14

3.4心率采集电路设计 16

3.4.1传感器简介 16

3.3.2滤波电路 17

3.3.3放大整形电路 17

3.4 按键模块电路设计 18

3.5 蜂鸣器报警电路设计 19

第四章 软件设计 20

4.1 程序主体设计流程 20

4.2程序设计原理 21

4.3模块子程序设计 22

4.3.1按键子程序设计 22

4.3.2脉搏测量子程序设计 24

4.3.3测温子程序设计 26

4.3.4液晶显示子程序设计 28

第五章 系统调试 32

5.1软件调试 32

5.2硬件调试 32

5.3调试结果 32

5.4误差分析 33

第六章 总 结 35

致 谢 37

附录一、仿真图 38

附录二、原理图 39

基于单片机的心率体温监测系统

摘要

科学技术的发展是人们前进的动力源泉，科学界将生命科学和信息科学相互结合，并进行深入的科学研究。因此市场上开始出现各式各样的功能强大的脉搏测量仪，尤其是电子脉搏仪的成功研发，使脉搏测量的精度得到提升。

本文首先对市场上脉搏测量仪的技术发展现状进行了综述，并给出了设计所采用的框架以及各个模块的方案选择。用于人体脉搏体温测量的实现，系统已ST89C52单片机为主控制芯片，以红外光电传感器探测脉搏情况，使用单片机内部的定时器来计时，用光电传感器检测产生脉冲，单片机使用内部计数器统计感应到的脉搏跳动次数，时间从定时器处获取，本设计能够测量人体当前的心率，还可以设置测量值的上下界，当检测到的心率数超出初始设置的测量范围时就启动蜂鸣器报警告知使用者。该系统以DS18B20芯片探测人体体表温度，最终将检测到的心率数和温度值一起在LCD1602显示屏上显示出来。

关键词：单片机 红外光电传感器 定时器 脉搏测量仪

Heart rate temperature monitoring system based on

single chip microcomputer

ABSTRACT

With the continuous improvement of the development of science and technology, the combination of life science and information science is becoming more and more closely, there has been a variety of

novel pulse measuring instrument, especially the emergence of electronic pulse meter,the pulse measurement becomes very convenient.

Firstly, this paper summarizes the development of the technology of the pulse measuring instrument on the market, and gives the framework of the design and the choice of each module. Pulse measuring instrument design, system has MCU st89c52 as the core, to infrared photoelectric

sensor using MCU internal timer to calculate the time, by the photoelectric sensor generated signal, micro-controller through the signal accumulation, get the frequency of the pulse, time by the timer timing, the system can for users to measure when the pulse of the times, but also can set the frequency of upper limit and lower limit, when the measurement range over the set of drive buzzer alarm; in addition to the temperature sensor to obtain human body temperature. As a result, can be to the collected pulse signal and temperature signal in the LCD1602 display.

系统以STC89C52单片机为核心，以光电传感器利用单片机系统内部定时器来计算时间，由光电传感器感应产生信号，单片机通过对信号累加得到脉搏跳动次数，时间由定时器定时而得。脉搏测量在有脉搏时遮挡光线，无脉搏时透光强，所采用的传感器是红外接收二极管和红外发射二极管。系统运行中可以通过观察指示灯闪烁，若均匀闪烁说明测量值准确

Keywords:micro-controller photoelectric sensor timer Pulse measuring instrument

1. 绪论

1.1引言

在这个科学技术快速发展的社会，人们开始不仅要满足物质需要，珍惜生命，关爱健康也已成为人们关注的焦点。其中，心脑血管疾病是损害人类生命健康，侵犯人类生存权益的一把利剑。据统计，人类社会每年因为心脑血管疾病而遭受死亡危机的人居高不下，正因如此医疗用品的损耗非常之高，给家庭和社会带来了很大的负担。近年来，伴随着生活条件的提高，人们不合理的饮食习惯和快速加快的生活节奏，人们的心脑血管疾病的发病率也在急剧攀升，给人们的正常生活带来了一定的干扰。因此，如何科学有效地降低心脑血管疾病的发生率和死亡率，及心脑血管疾病患者的家庭负担已成为社会关注的重中之重。

如今，人们的生活质量有所提高，不仅仅满足于物质追求，生命健康已然成为人们最为关心的问题之一。因此，生命科学和信息学之间的联系变的十分密切，产生了种类繁多、五花八门的各品牌脉搏测量仪，电子脉冲仪投放市场之后，对脉冲信号的测量统计变的非常简单易行。2600多年前，古人便已经掌握了切脉诊病之法，脉诊是古老的中华医术的重要方式，随着时代的进步，技术的革新，医生在使用古老的人工切脉法和听诊器计数法之外还可以借助电子仪器得到更为精确的数值。人体的脉搏心率情况是人体健康状况的晴雨表，这一观点也逐渐被西方医学所接受，使脉搏测量变得更加方便精准是医学界的共同愿景。新的世纪，电子行业快速发展，电子测量仪器也在向更高的自动化程度、更精确的测量结果、更方便快捷的使用体验的方向发展。

综上所述本课题的研究，对于人们现实生活脉搏测量对人体健康的重要意义以及价值，通过脉搏测量检测人体健康状况将会产生积极的发展作用。

1.2技术发展现状

伴随着人们对科学技术孜孜不倦地追求，各个领域都在依靠先进的科学技术在飞速发展。对脉搏测量仪的研究也是如此，因此对脉搏的测量精度要求也成为主要的研究目标。目前，国内外对于心率测量仪的研究也有进一步的发展，人们不再仅仅使用传统的方法测量心率，现代电子技术的应用可以使得心率的测量值更为精确。因为脉象是人体健康状况的晴雨表，这对于医学方面的研究也提供了一定的帮助，为医生的脉诊带来了极大的便利。在现代电子迅猛发展的大潮下，电子测量仪器也在向数字化和自动化的方向迈进。

如今脉搏测量仪的发展趋势主要体现在以下几个方面：

1.数字化技术

(1)基于Android技术

随着时间的推移，智能手机的使用群体越来越广，不光光是当代年轻人的“宠物”，老人，小孩对于智能手机的需求也日益增长。因此图像处理技术的发展甚嚣尘上，这为在手机上实时非接触测量心率提供了便利的条件。在Android智能机上使用APP测量心率给使用者带来更加舒适、方便、快捷的体验。所以本设计的非接触心率测量仪器在使用现代先进科技、花费较低成本的情况下达到了操作简单，使用灵活的目标。本设计的研究方向也将成为现代移动线上医疗行业的风向标。

(2)基于人脸视频测量

利用光电容积脉搏波描记法（PPG）和独立成分分析（ICA）模型，以通过分析人脸视频的方式实现非接触式测量脉搏。该方法可以在正常环境下，通过摄像头获取一段人脸的彩色是视频，对人脸区域进行RGB通道分离和ICA处理后，找到与人体脉搏波最为接近的一组分量作为测量结果。

(3)基于视频实时持续心率检测

作为监测心血管疾病的重要生理参数，脉搏测量数据在体现人体生理健康方面有着不可或缺的作用。其中人脸部毛细血管中富含的氧合血红蛋白量是可以作为衡量脉搏信号强弱的重要指标，它会随着心脏的收缩状况而发生变化。然而氧合血红蛋白对光线的吸收又是可以影响这一参数的变化，氧合血红蛋白对光线的吸收会引起皮肤颜色发生微弱变化，而这种微弱变化仅仅裸视是无法识别出来的。

2.脉搏采集应用现状

目前所研发出的脉搏测量仪，仅仅用于脉搏测量这一单一功能而使用的已经很少见，一般都具有体温测量，血压测量，心电图绘制等多项辅助功能。在以后高速发展的人类社会中，脉搏测量仪必将能够实现更多符合人类需求的的功能。人体脉搏测试仪是用于测量人体心脏跳动频率，也是用于心电图测量的重要现代电子仪器。人体心率测量值记为人体每分钟测得的心脏跳动次数。数显式脉搏测量仪测得的心率值误差小，操作简单便捷，显示结果醒目易读。提供以下两种脉搏采集：

(1)基于单片机的心音、脉搏信号采集

能够反应人体生理健康和病理状况的指标有很多，心音和脉搏心音和脉搏是最为重要的两项指标,脉搏则是临床诊断的主要依据。经过对这方面发展状况的调查研究，发现现在使用中的仪器一般只能单独的采集心音或者测量脉搏，无法对这两者的检测结果相关联而得出结论，因而有人提出了设计一种可以同时采集心音、测量脉搏的仪器的设想，基于单片机设计。并取得一定成果，成功同时获取到人体的心音和脉搏信号。

(2)基于CC2530的多点无线脉搏采集

多点无线脉搏采集是以CC2530为核心，利用ZigBee无线传输协议和Lab VIEW软件,成功实现人体心率的检测与多点无线传输，并由PC机上的虚拟仪器显示脉搏波的波形及特征值参数。此项技术可以实现多个病人脉搏数据了解其病理状况，并由无线传输并显示在计算机上。此项功能对医学研究与治疗具有重要使用价值。

1.3任务分析与实现

本文中，系统设计用到的元器件有STC89C52RC单片机、红外光电传感器、DS18B20、LCD1602液晶显示屏、独立按键等，电路包含时钟模块、运算放大电路等模块等。三个独立按键是用来设定心率测量值的上下临界值的，在当前检测心率值超过设定范围时，驱动蜂鸣器报警提醒使用者当前心率测量值超出测量范在使用脉搏测量仪时，只需把手指放在感应器的表面即可，人体心脏在跳动时，会引起人体血液的透光性产生差异继而引起传感器感应到的信号强弱程度不同，继而人体脉搏信号会被传回，然后通过运算放大电路对信号进行放大、整形后送入单片机内部进行数据处理，单片机使用计数器对外部中断进行计数，最后得出被测者的心率值，使用DS18B20感应温度，最后二者同时显示在液晶屏上。

1.4论文结构安排

第一章，介绍本设计的研究背景，阐述脉搏测量仪的技术发展，并详细罗列在当前技术下，针对脉搏测量设计的几种拓展功能。

第二章，介绍系统总体架构，针对本次设计中运用的各个模块做出相关方案，对比优劣并做出选择。

第三章，介绍本设计的硬件电路，详细阐述各模块的设计思路，及具体工作流程。

第四章，介绍本设计的软件程序，根据各个子函数流程图，阐述工作状态下各模块软硬件交互过程。

第五章，分别介绍软硬件调试方法，论述在设计过程中遇到的相关问题及解决方式。

第六章，对本次设计做出总结。

第二章 心率体温检测的系统设计

2.1系统系统架构设计

根据系统功能实现目标，其架构设计可分为：心率测量模块、信号放大与整形电路、温度测量模块、键盘模块、显示模块、电源模块等构成，并与蜂鸣器相连构成报警系统。系统基于单片机最小系统模块为控制中心，协调各模块间的有序工作。具体系统框图如2-1所示：

温度测量模块

图 2-1 系统框图

1. 单片机最小系统模块：总系统的主控单元，主要实现数据采集、信息处理以及系统时序及功能控制功能。
2. 电源模块：系统的供电单元，大小为5V，为该系统各模块正常工作提供稳定电压。
3. 显示模块：系统各类信息的显示单元，实现脉搏数，温度以及测量上下限额的显示。
4. 心率测量模块：利用光电传感器计算获取心率数据。
5. 温度测量模块：利用Ds18b20获取温度的数据。
6. 按键模块：系统采用了三个独立按键，用于设定脉搏测量的测量范围，即测量上限和测量下限。
7. 报警模块：用于提醒用户，当测量的实时脉搏数超出设定的测量范围时，驱动蜂鸣器发出声响。

2.2 各模块方案选择

2.2.1 主控芯片选择

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