人体健康监测系统设计开题报告

西北民族大学西北民族大学 本科毕业设计 论文 开题报告本科毕业设计 论文 开题报告 论文题目 便携式人体健康监测系统设计 班 级 13 自动化 2 班 姓 名 马伟 学 号 P 指导教师 魏晓娟 填表日期 2016 12 二 一六 年 12 月 2 姓姓 名名马伟马伟开题时间开题时间2016 12学学 制制四年四年 专专 业业自动化自动化指导教师指导教师魏晓娟魏晓娟 论文题目 论文题目 便携式人体健康监测系统设计便携式人体健康监测系统设计 第一部分第一部分 1 课题研究目的 近年来不明流行病毒横行 加上跨国移动日益频繁 造成病毒传播范围越来越广且快 速 常会在短期内造成大范围流行 已足以威胁人类的生存 因此自主性的健康管理越来 越受重视 生命机能常被指为体温 血压 脉搏等 当这些生命机能有所变异时 往往代 表人体出现异状 须进一步检查 尤其在 2003 年 SARS 扩大传染期间 发烧为病毒传染的 分界点 以公共卫生病理学来说 体温对于控制病毒传染极为重要 本生命机能检测系统 将针对体温 血压 脉搏进行检测 并对检测资料做长期分析 当生理机能有一定程度变 异时提出适当警示 让使用者更了解自身生理变化 也能给医生提供诊断时初步的依据 1 本设计就提出一套生命机能检测系统 用于个人自主健康管理 以防治流行性病毒扩 散 并以实用性 经济性 可靠性与方便携带性为设计目标 期能达到大众化需求的商业 目标 2 课题研究意义 人体生理信号主要包括有心电 脉搏 呼吸 血压 体温 血氧饱和度 有创血压 呼吸二氧化碳 心输出量 脑电 肌电 眼电视网膜电 眼震电 胃电等 人体生理信号 是生命的象征 一旦停止 生命也就终止 测量人体生理信号技术就是要应用现代科学技 术研究各种人体生理信号 通过有创或无创的方法获得各种信息 加以分析 综合和研究 服务于临床 2 人体不同的生理信号 能反映相应部位的身体变化 是临床诊断的重要依 据 将生理参数检护从大型医院扩展到社区医院以及患者家中是很有意义的 人体生理信 息种类繁多 心电信号 Electrocardiogram ECG 脉搏信号 Pulse wave 能反映人 体心脏器官和血液循环系统的生理变化 在临床健康观察和疾病诊断中十分重要 并且从 生命信息科学的角度也具有重要的研究价值 3 所以利用单片机设计一个便携式人体健 康监测系统 希望可以帮助医生提供初步的诊断依据 能更好的为医生和人们提供方便 而且该设计也具有很大的市场经济价值 3 国内外研究现状 1 国外研究现状 3 最近几年 在国外 一种以传感器网络构成的人体生理信号监测仪器得到了迅速的发 展 这种传感器网络散布于一种人体可穿戴的表面看起来很普通的衣服 当人们穿着这种 特制衣服的时候 他们的人体生理信号通过无线的方式传输到 PC 系统中 PC 系统可以对 人体的状态进行无间断的记录 当人体出现异常状况的时候 PC 系统会发出报警信号 如 果需要远程监控 可以将监测到的信号 通过局域网传输到 Internet 上 但是这种传感 器网络构成的人体生理信号监测仪器并没有在医疗领域得到广泛的应用 2 国内研究现状 自 20 世纪 60 年代以来 人体生理监护仪器作为一种重要的医学电子仪器问世后 世 界各大医疗仪器的生产厂家竟相投入大量的人力 物力进行监护系统的开发 生产与销售 促进了监护系统的发展和普及 世界各国纷纷建立起冠心病监护病房 重症监护室 脑疾 患者监护室 在手术室 分娩室 康复室内等一些专科病房加强了监护措施 但是国内监 护系统的科研 生产与国际先进水平相比还存在一定的差距 高 精 尖的监护设备大部 分依赖于国外进口 价格比较昂贵 中小医院无力购买 严重影响了监护系统在我国的应 用和推广 4 最近几年国内的基于嵌入式技术的便携式多参数人体生理信号监测仪以及远程监测系 统正在如火如荼的进行着 已经逐渐建立起以家庭监护为基础的 家庭一社区一医院 三 层远程监测系统 参考文献 1 张毅刚 彭喜元 等 单片机原理及应用 M 北京 高等教育出版社 2010 87 94 2 王兆安 刘进军 等 电力电子技术 M 北京 机械工业出版社 2009 163 177 3 刘继光 人体脉搏信号的采集装置 D 沈阳 沈阳工业大学 2006 120 130 4 戴梅萼 史嘉权 微型计算机技术及应用 M 北京 清华大学出版社 2008 297 308 5 胡汉才 单片机原理及其接口技术 M 北京 清华大学出版社 1996 11 14 6 李全利 单片机原理及接口技术 M 北京 高等教育出版社 2008 8 13 7 童诗白 华成英 模拟电子技术基础 M 北京 高等教育出版社 2001 85 88 8 贾振国 DS1820 及高精度温度测量的实现 J 电子技术应用 2000 1 58 59 9 陈传虞 刘明 LED 驱动芯片工作原理与电路设计 M 北京 人民邮电出版社 2011 32 42 10 赵负图 传感器集成电路手册 M 北京 化学工业出版社 2002 4 第二部分第二部分 1 研究方法 1 文献研究法 根据所选设计方向收集相关文献资料 了解便携式人体健康监测 系统设计的发展现状和一般系统所实现的功能 熟悉 protle 和 prutues 单片机仿真软件 4 应用 2 模拟仿真法 根据系统硬件原理图利用 protues 软件将原理图画出来 仿真过 程中要认真检查程序和原理图的错误并进行修改 最终确定模拟仿真能否达到需要的功能 3 实验验证法 按照原理图把实物焊接好 烧入程序 然后通过实验研究验证实 物是否能够达到设计目的要求 如果达不到要求 还需要重新对程序和各个硬件模块进行 测试查找原因 最终达到设计目的并完成设计 2 研究手段 确定模拟仿真能达到需要的功能后 按照原理图把实物焊接好 烧入程序 运行系统 打开开关按钮 调整好之后看显示屏幕上是否能正常显示人体的健康参数 再检测超出人 体健康的数值范围时 报警系统是否会发出警报 如果一切都能正常显示 那么证明设计 符合设计的目的和要求 如果不能实现这些功能 那就需要检查实物的焊接布线和程序的 烧录是否存在问题 如有问题则需进行修改调整以达到设计要求和目的 3 课题重点研究问题 1 主系统结构组成以及各个模块电路的搭建 2 人体生理信息检测与分析系统的硬件数字体系设计 3 人体生理信号的数据采集 存储 显示 上传模块的软件设计 4 人体生理信号的数据处理 压缩 5 最小控制系统外围设备的电路设计 仿真 元器件的正确选择 6 单片机与各个模块之间的通信 4 课题的解决思路 1 人体健康检测器的硬件电路主要由以下几部分组成 体温测量模块 血压测量模 块 脉搏测量模块 时钟电路 复位电路 电源电路 显示电路 键盘电路 USB 通信电 路以及超常报警电路 可以利用单片机 AT89C51 压力传感器 温度传感器 信号采集电 路等进行设计 2 设计一个显示屏 将检测到的参数通过单片机的 I O 口传输到显示屏 3 使用单片机的 I O 口 当某参数超过规定数值时 输出一个控制信号控制蜂鸣器 发出提示音 第三部分第三部分 1 工作方案 1 控制器方案 方案 采用 51 系列单片机作为本设计的控制器 5 51 系列单片机我们接触比较多 对其性能以及控制指令的编写比较了解 而且价格相 对便宜 因此我们选择用 51 单片机作为本设计的控制器 2 温度测量方案 方案 采用温度传感器实现对温度的测量 设计中采样的是人体的体温 所测的量是非电量 所以要用到温度传感器进行采样 将温度转换为电信号才能输入系统进行信息转换和处理 所以传感器是实现这个设计的首 要环节 这里我们采用的是温度传感器 DS18B20 3 血压测量方案 方案 采用压力传感器实现对血压的测量 血压测量模块采用压力传感器 ASDX001 该压力传感器可用于测量绝对压 差力压和 表力压 范围从 1PSI 到 100PSI 绝压型传感器有一个内部真空参比值 基准值 因此可 直接输出一个与绝对压成比例的信号 4 心率测量方案 方案 采用脉搏传感器进行测量 目前脉搏波检测系统有以下几种检测方法 光电容积脉搏波法 液体耦合腔脉搏传感 器 压阻式脉搏传感器以及应变式脉搏传感器 在这里我们主要采用压电陶瓷来对心率进 行测量 5 显示屏显示方案 方案 采用液晶屏幕显示 显示电路部分采用 LM016L 液晶模块 此液晶模块采用 HD44780 控制器 具有简单而功 能较强的指令集 可以实现字符移动 闪烁等功能 与单片机通讯可采用 8 位或 4 位并行 传输两种方式 5 声音提示方案 方案 采用蜂鸣器报警 可以使用单片机的一个 I O 端口 然后接上蜂鸣器 通过软件方式 修改延时 周期 来达到响铃提示的效果 本系统所设计的健康检测系统采用单片机 AT89C51 最小系统板为控制核心 以体温检 测模块 脉搏检测模块 血压检测模块 数码显示模块 键盘电路模块为主要的模块单元 能适合任何的场合 实时地检测人体健康状况的技术指标 该系统通过键盘进行功能选择 能检测人体的体温 脉搏 血压的指标参数 系统具有发光报警功能 为了进一步扩展系 统的功能并使系统具有更好地兼容性 通过串口和 PC 机进行通讯 在设计过程中 通过 不断测试硬件和软件 不断优化程序使各个模块稳定工作 保证该设计能达到设计要求 方案详细安排如下 6 1 明确设计的目的 通过智能婴幼儿助手监测婴儿在实际中面临的问题并及时反馈 给家长 减轻了家长在照顾婴儿方面的部分负担 2 明确设计内容 然后收集资料 大量查阅国内外有关论文 分析现有研究的不足 进行设计改进 3 确定研究方法 利用模拟仿真和实验研究的方法 然后确定以及准备好需要的硬 件 各种传感器和单片机等器件 和软件 主要有 protel protues 和 keil 4 利用 protel protues 设计电路板和硬件原理图 利用 keil 编写程序 进行联 合软件模拟仿真调试 5 完成焊接并进行硬件仿真调试并完成设计 6 撰写毕业论文 2 计划进度 第一阶段 2016 年 10 月 30 日 2016 年 12 月 26 日 广泛查阅国内外相关资料 并将收集的各种 资料进行分类整理 掌握国内外关于课题方向的研究动态及最新进展 完成开题报告 第二阶段 2016 年 12 月 27 日 2017 年 1 月 15 日 查找资料进行方案比较 完成初始方案的确 定 第三阶段 2017 年 1 月 16 日 2017 年 3 月 1 日 学习单片机 软件编程 了解各个元器件的原 理以及画出原理图 第四阶段 2017 年 3 月 2 日 2017 年 3 月 25 日 进行论文中期检查 焊接出实物 实物的调试 第五阶段 2017 年 3 月 26 日 2017 年 4 月 10 日 撰写毕业论文 完成论文初稿 第六阶段 2017 年 4 月 11 日 2017 年 4 月 20 日 完成二稿和终稿修改 准备毕业答辩 第七阶段 2017 年 5 月 毕业论文答辩 指导教师意见 7 签 名 年