基于MSP430的人体健康测量仪设计

1、力京荏成2%/呼本科生毕业论文（设计）题目基于msp430的人体健康测量仪的设计学生姓名学号学院专业指导教师二0一六年五月二十五日基于MSP430勺人体健康测量仪的设计摘要：由于人们生活质量的不断提高，人们越来越关注自身的健康问题。人体的高低血压值（收缩压和舒张压）、脉搏值和体温值是检测人体健康状况的重要生理指标。实时监控这些参数，能帮助人们做到对自身身体健康状况的了解。本文设计了一个基于MSP430勺人体健康体征数据的测量仪，以MSP430F14弹片机为主要控制部分，通过温度传感器模块测量人体温度，血压模块测量人体血压，光电传感器测量人体脉搏，并将测量的数据显示到液晶显示屏上，最后将测得人体

2、健康参数和正常值对比，若有异常可以及时报警，无异常则完成对人体健康的测量。本设计的系统具有稳定的性能、低功耗、低成本等诸多优点。关键词：MSP43弹片机；DS18B20温度传感器；血压模块；光电传感器；DesignofhumanbodyhealthmeasuringsystembasedonMSP430Abstract:Duetothecontinuousimprovementofpeople'squalityoflife,peoplepaymoreattentiontotheirownhealthproblems.Humanvaluesofhighandlowbloodpressur

3、e(systolicanddiastolicbloodpressure),heartratevalueandtemperaturevalueisanimportantphysiologicalindextomeasurewhetherthehumanbodyhealth.Realtimemonitoringoftheseparameterscanhelppeopledotheirownphysicalhealthknowledge.Thispaperdesignedahumanhealthmeasuringinstrument,hardwarebasedonMSP430F149MCUisgiv

4、enprioritytothebodyofthedesigncanrealizethefollowingfunctions:measurethebodytemperaturebytemperaturesensormodule,modulemeasuringhumanbodybloodpressureandPhotoelectricsensormeasuringthehumanbodyheartrate,bloodpressurewillbemeasuredtohumanhealthparametersandnormalcontrastmeasurementstohumanbodyhealth,

5、anddisplayontheLCDscreen,onthewholethedesigntorealizedataacquisition,processinganddisplayfunctions,andthedesigntohavestableperformance,lowpowerconsumption,lowcost,andmanyotheradvantages.Keywords:MSP430singlechipmicrocomputer;DS18B20temperaturesensor;Bloodpressuremodule;Photoelectricsensor;II1 .绪论11.

6、1 研究背景及意义11.2 功能及方案分析12 .设计方案介绍22.1 设计原理及整体原理框图22.2 各部分器件选择原理32.2.1 单片机选择32.2.2 体温测量模块32.2.3 血压测量模块42.2.4 脉搏测量模块42.2.5 测量数值的显示部分52.2.6 测量数据超限报警部分63 .硬件系统设计63.1 硬件器件简介63.1.1 MSP430F149单片机白介绍63.1.2 DS18B20简介及其工作原理73.1.3 血压传感器HKB-08B简介及其工作原理93.1.4 光电传感器简介93.2 硬件电路设计103.2.1 MSP430复位电路103.2.2 单片机稳压电源电路11

7、3.2.3 单片机晶振电路113.2.4 体温测量电路设计123.2.5 血压测量电路设计123.2.6 脉搏测量电路设计133.2.7 显示部分的电路设计163.2.8 蜂鸣报警器的电路设计164 .系统软件部分设计174.1 系统主程序流程图174.2 各个子程序的流程图184.2.1 血压测量程序194.2.2 脉搏测量程序204.2.3 显示部分程序214.2.4 报警部分程序225 .系统调试235.1 软件部分调试235.2 硬件部分测试245.2.1 外部功能测试245.2.2 系统整体测试245.3 测量结果统计和分析255.3.1 测量的结果数据255.3.2 结果分析26总

8、结27参考文献28致谢291 .绪论人体健康测量仪的设计一直以来都是热门的研究方向，以往要测量这些数据都必须去医院或者乡镇医务室请相关专业人员测量，这样给人们无论是被测者或者测量者都带来了麻烦，换句话说就是无法在家自己操作来测量这些数据，同时人体体温、血压和脉搏这些数据的检测都必须单独进行且所用到的有关测量仪器皆不具有报警功能。本次设计以MSP430F149单片机来作为本次设计的测量仪的硬件核心部分，要实现对其的控制就必须使用它的语言即编写相关的C语言程序，控制单片机后就可以发出一些指令来完成对人体基本健康体征数据的测量，本次设计的测量功能强大但操作却十分简单，广大普通老百姓都能在家独自完成仪

9、器的使用，而且售价较低，值得大范围推广。此设计监测人体的体温、血压和脉搏。此三项健康数据只要有一项以上超过正常数值范围仪器就会立即发声报警，进而时刻提醒人体关注自身的健康程度。1.1研究背景及意义我国人口老龄化现象日趋严重，人体健康的数据指标检测越来越受到人们的重视。及时准确地测量代表人体健康状况的三项指标，可以有效地预警各种病症的发生，对人体的健康起到预防作用。在体温、脉搏、血压等这些健康指标中，人们又尤其重视血压的大小。现在我国的高血压患者人数大概占成人的三分之一，总人数突破3.3亿，高血压控制率却非常的低，只有不到10%高血压会直接或间接引发人体的一些心脑血管疾病，根据相关数据显示，我国

10、每年300万例心脑血管疾病患者死亡一半以上都与高血压有关。因此人们应该长期、有效、定时地监测自己的血压值，来及时了解并加以治疗，以降低高血压疾病给其患者所带来的致命的伤害。本课题所设计的测量仪可以测量体温、脉搏、血压等人体体征指标。传统相关测量设备的功能相对单一，大多仅仅只能测量某一项体征数据，所以要测量人体多个健康指标就需要多个仪器分数次测量，这样给被测者测量数据、携带和储藏相应仪器等带来不便，而且大多仪器只能显示测量数据却不能及时提供数据背后反映的测量人身体的健康状况。20世纪初电子技术开始了迅猛的发展，人们开始把电子技术运用到各种仪器的创新开发上面，这里就包括测量人体健康体征数据，使其测

11、量的方法呈现多样化的趋势，由最早去医院请医生手动帮忙测量到现在可以在家独自利用数字化、综合化的测量仪自行测量。而且这些电子测量仪的功能和操作方式越来越朝人性化方面发展。1.2功能及方案分析本设计是一种可以用来同时测量人体多项健康体征数据的仪器，它的检测项目包括体温、血压和脉搏，人性化功能则有两个：一是将三组测量数据利用液晶显示屏同时显示，二是针对测量中出现的超限数据及时进行报警。由于液晶显示屏设计的是同时显示多组数据，这就必须对各组数据加以识别，因此在液晶显示屏中各组数据的前面都有相应的字母来提示，剩下的部分则显示测量数据。温度用T表示，脉搏为XL开头，血压设置SS收缩、SZ舒张两组数据。同时

12、加入蜂鸣报警装置，最终实现不仅能正确、及时地显示测量的结果，还能针对超常数据实现快速报警的目的。该测量仪是以MSP430F149单片机为核心，辅以一些相应电路并编写相关程序而设计的。对于体温测量，先通过温度传感器来采集体温信号，然后将采集到的电压模拟信号经过A/D转换成数字信号后送入主控单片机中进行相关处理，最后将结果显示于液晶显示器上；对于血压测量，先充气给袖带，通过压力传感器的测量，将测量到的模拟信号经过滤波电路的处理分离出袖带压力信号，再经过传感器自带的A/D转换模块将压力信号转换成数字量，然后送入单片机处理，并显示在液晶显示器上。对于脉搏测量，先用对射式红外光电传感器来采集脉搏信号，由

13、于采集到的电信号比较微弱，这时就必须用到放大电路来将信号放大，但因为采集信号过程中可能存在干扰，接下来就需要调整这个电信号波形的电路，经过这两个电路的处理结果出来的将是一个接近完整的方波信号，然后将该信号送入单片机中进行相关处理，最后将处理的结果显示在显示屏上面。同时该测量仪具有复位键，一轮数据测量结束后，若想再次测量就可以通过复位键来清楚数据，当然也可以关闭电源重新启动。这样一来，整个仪器方便便携，没有纷繁复杂的按键，更加适合老年人操作使用。超限报警系统对于测量的数据结果是否超限就必须有正常的数据标准来对比。查阅相关资料后，得知人体健康体征参数的正常范围值：成年人的正常体温值平均保持在36c

14、37.5C之间（这是在对腋下位置检测的结果），人体的正常血压值范围是：收缩压w130mmHg,舒张压w85mmHg«量数据不正常既报警。人的正常脉搏值大约保持在每分钟60-100次，老年人和婴儿可能会稍慢一点，本系统设置当监测出的三组数据至少有一组数据异常时，蜂鸣器将以发出声音提醒测试者的方式来进行报警，告诉测量者身体健康出现状况来，需及时到医院做全面检查来。2 .设计方案介绍本次设计的是一种可以用来同时测量人体多项健康体征数据的仪器，下面将对本次设计的方案思路做一个全面的介绍，另外关于方案中的各个模块用到的电路以图的方式一一介绍，最后还有对方案中提到的相关器件的选择原因和该器件本身

15、做一个详细介绍。2.1 设计原理及整体原理框图人体体征数据测量仪主要由MSP430F149单片机主控部分、温度测量部分、血压测量部分、脉搏测量部分、数据显示部分和超额报警部分等部分组成，它的正常工作内容包括三项：测体温、测血压和测脉搏。这些对反映人体健康状况所必须的数据可以通过该设计的仪器来显示，同时对出现测量数据的超限情况可以及时报警。这样有关该仪器设计初的期望设计功能就可以稳稳的实现。和毕设老师讨论后认为这个设计的方案思路是切实可行的。下图2.2 是关于此次设计方案的模块图。显示电路“报警电路图2.1人体健康测量仪的模块组成框图2.3 各部分器件选择原理从上述的设计方案框图可以看出，本次设

16、计方案包括6个主要部分，分别是单片机、体温测量部分、血压测量部分、脉搏测量部分、显示部分以及超额报警部分。2.3.1 单片机选择本设计单片机模块选用MSP430F149MSP430F149>TI公司主打的一款超低功耗的16位单片机。特点：低电压、超低功耗。工作电压1.8V3.6V,正常工作模式280dA1MHz2.2V,待机模式1.6A,RAM据保存的掉电模式下0.1A。五级节电模式。快速苏醒，从待机模式下恢复工作，只需要不到6S时间。16位精简指令集MCU命令周期125nSo12位ADG它自带12位的模数转换器，而且该转换器的精度较高，这样一来就省去了刻意外加数模转换器给设计电路板的布

17、置排版带来了的麻烦。2个16位计数器。具有捕获、门限功能。具有片内比较器。支持ISP（在线系统编程），方便开发和项目升级。支持序列号，熔丝位烧写。方便简单。双串口支持超小型封装：64P-QFR64P-QFN2.3.2 体温测量模块体温检测模块所使用DS18B20温度传感器具有体积较小，硬件消耗较低，抗干扰能力强，精度特高的特点。与传统的利用热敏电阻的阻值-温度特性再根据阻值的变化来测温度的方法相比，它能够直接读出被测温度，避免了编写繁琐单片机内部程序来计算该阻值对应的外界温度，而且它的测温精度特高，由于不同场合要求得测温精度不一样，通过简单的程序控制，可以使DS18B20的测温精度最高达到9-

18、12位，即最后液晶显示屏最多可以显示9-12温度值。而且DS18B20本身是单线接口，也就是说它的读写只要一根线，同时其内部用作实现稳定转化的所需功率也仅仅来自数据总线，更重要的是这根总线可向该DS18B20提供所需的工作电源，进而对于DS18B20器件就不需要另加工作电源，这就大大降低了设计的人体健康体征数据电子测量仪的结构复杂程度，同时也提高了系统的可靠性。与其他的温度传感器相比，它在测量精度、切换时间等方面具有明显的优势。这就促使我在体温测量部分选它作为传感器。图2.2体温测量部分原理图2.3.3 血压测量模块血压测量模块采用血压传感器HKB-08B,HKB-08血压模块采用腕式血压测量

19、方式，USB接口，USB供电。适合于基于计算机的血压测量相关系统。下图2.3为血压测量部分的原理图。图2.3血压测量部分原理图2.3.4 脉搏测量模块纵观现在的测脉搏的方法不外乎都是对脉搏波的测量来计算脉搏的。而脉搏波检测有多种种检测方法，比如光电容积、液体耦合腔、压阻式等。近年来，光电检测技术的发展和其自身的优势使其在临床医学应用等领域中越来越受到广泛的重视，这主要是因为光能避免受到强烈的电磁干扰，而且其绝缘性超高，最重要的是光可非侵入地检测病人的各种症状信息。用光电法提取指尖脉搏光信息引起了相关专家和学者的关注。本系统设计利用指套式的光电传感器，实现了光电隔离，最大限度地减少了对后续相关电

20、路的干扰。有关脉搏测量模块的流程原理可参照下图2.4,信号采集过后还需放大和整形，所以外接辅助电路自然包括这三个电路。实验表明脉搏波会影响手指的半透明度，存在脉搏波时其值增大；而光电传感器的采集信号原理是利用一定强度不变的红外光照射物体，再通过红外光电二极管在物体的另一侧接受红外光强，接着输出电信号。指套式光电传感器采集指尖脉搏信号，当有脉搏波信号到来时，由上述原理可知，会输出高电平电源信号，反之，在没有脉搏波到来的情况下输出的是低电平的电影信号。如此往复的脉搏波会使光电传感器输出的电压信号呈现与正弦波信号相似的情况，而且该电压信号的频率和脉搏数呈正比关系。举个例子，如果一个成人的正常脉搏是每

21、分钟88次,则输出的电压信号的频率就是1.47Hz,由此可见电压信号的频率比较低，是个低频信号。那么这时就必须用到放大电路来将信号放大，但因为采集信号过程中可能存在干扰，接下来就需要调整这个电信号波形的电路，经过这两个电路的处理结果出来的将是一个接近完整的方波信号，然后将该信号送入单片机中进行相关处理，最后将处理的结果显示在显示屏上面。图2.4脉搏模块信号采集原理流程图各个用到的相关电路的功能介绍：(1)信号采集电路最终采集的是电压信号，这是采集光电二极管的输出电压信号；(2)由于采集的电压信号是低频的微弱信号，则必须低通放大电路对其实现信号放大，同时去除高频干扰信号。(3)由于电压信号的采集

22、存在各种干扰导致其信号的波形不规则，这时就必须可以调整其波形的电路，这就使整形电路的作用，作用后输出高低幅值分别为5V和0V的类似于方波的信号。(4)单片机电路将接收到的电压信号通过一定的换算公式得出脉搏数值。并把该值送入显示模块。2.3.5 测量数值的显示部分本次设计的人体健康体征数据测量仪的一大期望功能就是尽量清晰的将测量的三组数据同时显示在一个屏幕上。而通常我们用到的用于显示数据的方案有两种：(一)：液晶显示屏。它产生的辐射基本为零、而且运行损耗能力特低，又具备散热小、纤薄轻巧、精确还原图像、显示字符锐利和屏幕调节方便等优势，同时屏幕的可视面积大、分辨率高则显示的效果更佳。最重要的液晶显

23、示屏可完成同时显示多组数据的任务。(二)：数码管。数码管是一种常规的显示屏，它的显示原理是：通过对其不同的管脚通入相对的电流并使其发光，发亮从而显示出各种阿拉伯数字，因此它能够显示一切可以用数字表示的测量结果，比如时间、温度、气压等等。正是因为它经济实惠，故而在家用电器方面使用特别广泛。但是它的缺点是只能显示一组数据，且仅仅只能显示数字，字母就不能显示来。所以想要同时显示体温、血压和脉搏，并加以分类显示，数码管则无能为力。根据设计需求的同时显示多组数据的效果，所以最终选择液晶显示屏。考虑到所要显示的三组数据，选才iLCD1602液晶显示屏，它是点阵型的液晶显示模块，1602是指显示屏是2行每行

24、16个字符。它的显示功能比较强大，除了数字以外，还可以显示字母和符号等。而且它每行的各个字符之间都存在一定的距离，这样有利于更加方便的区分显示的内容，对有效的传递信息具有重要的意义。2.3.6 测量数据超限报警部分本次设计的测量仪将采用蜂鸣器作为报警装置。蜂鸣器是一个常见的搭配单片机的报警装置，通过单片机编程控制，来在出现超限的测量数据时发出像蜂鸣一样的声音来提醒测量者：身体状况以及出现异常，应当及时去医院全面检查并就诊了。本次设计的测量仪的报警条件是在体温、血压和脉搏这三项测量值中至少有一个不在设定的正常范围内时。这个正常的范围是：成年人在正常情况下体温值在36c37.5C之间，正常脉搏跳动

25、次数为每分钟60-100次之间，正常血压值为：收缩压词30mmHg,舒张压85mmHg。所以一旦测量的体温、血压和脉搏值中至少有一项数据异常时，蜂鸣器就会发出报警声响，从而来提醒人们身体出现异常了。3 .硬件系统设计本次设计的人体健康体征数据测量仪的硬件电路部分主要包括：复位、稳压、晶振电路,体温测量部分的电路，血压测量部分的电路，脉搏测量部分的电路，液晶显示部分电路和蜂鸣报警部分电路。本次系统用到的器件包括MSP430F149单片机，温度传感器DS18B20,血压传感器HKB-08,光电传感器，1602LCD液晶显示屏和蜂鸣报警器。下面将针对这些用的的器件作详细的介绍，同时也将以电路图的形式

26、来解释介绍这些器件所需的辅助电路。3.1 硬件器件简介3.1.1 MSP430F149单片机的介绍本次设计的测量系统中单片机部分主要有测量部分，此次选用的MSP430单片机功能强大，它对不同的各种混合信号的处理能力十分出众，而且能根据不同的需求，而将功能不尽相同的多个模拟电路、数字电路和相关微处理器模块集成在一个芯片上。因而又被称为混合信号处理器。（一）特性：信号的处理能力十分强大：MSP430系歹U的单片机都是16位的机器，它们的所有指令组成的集合具有简洁的结构，而且单片机内部工作方式中的寻址方法很多，同时由于它们的每条内核指令都十分精简，所以指令总数不多总27条。最重要的是它们的内部具有大

27、量的模拟指令，而这些无与伦比的优势赋予来这个系列单片机超强的信号处理能力。对于某些在测量数据处理时需要用到查表功能时，在MSP430系列单片机这里更是不在话下，因为他的查表指令十分高效，这就使它的控制程序的编写变得相对简单了。信号的处理速度十分快：MSP430系列单片机内部的驱动晶体的频率可以很大，这就使它的每条指令的周期变得十分短，换句话说就是使单片机对输入其中的信号处理的速度变得很快。信号处理过程中的功耗很低：由于MSP430系列单片机可以在很低的工作电源的情况下正常工作，同时它的运行时钟的灵活性和可靠性要比一般的单片机更好。所以该系列单片机在运行过程中所消耗的功率很低。这里考虑到其他的器

28、件的工作电压为3.3V我们可以设置此次用到的单片机的工作电压也是3.3V。单片机内部资源丰富：MSP430系列单片机内部拥有大量的片内外设和中断源，因此可以加以利用，这就使得许多单片机的需求问题的解决变得轻松加愉快。（二）MSP430F149单片机的最小系统模块单片机的最小系统是指使单片机正常工作所需的最少的外部电路条件组合在一起的系统。下图就是MSP430F149单片机正常工作的最小系统。如图所示，其所需的晶振电路由晶体振荡器提供，而这个振荡器则接在单片机的8号引脚和9号引脚，电源引脚部分和一个0.1uF的电容并联接在3.3V电源上，复位电路则接在63号引脚和57号引脚，复位电路也是经电容接

29、在3.3V电源上。而单片机的其余引脚都可以作为各个传感器采集的信号输入单片机的引脚处。当然，想要单片机正常工作这个最小的系统是必须的。图3.1MSP430单片机最小系统电路图OJHunJE巨ocxlsrEeroded金七EdMuNNJJ-zdTnn/SELIW9E:MEW患，JXTUVB-sdEm.里£一n怨福普一5一出UHAVSB3.1.2 DS18B20简介及其工作原理DS18B20温度传感器具有体积较小，硬件消耗较低，抗干扰能力强，精度特高的特点。与传统的利用热敏电阻的阻值-温度特性再根据阻值的变化来测温度的方法相比，它能够直接读出被测温度，避免了编写繁琐单片机内部程序来计算温

30、度的种种麻烦，而且它的测温精度特高，由于不同场合要求得测温精度不一样，通过简单的程序控制，可以使DS18B20的测温精度最Wj达到9-12位，即最后液晶显不屏最多可以显不'9-12温度值。则使用DS18B20温度传感器可使测量仪系统的结构愈发趋于简单，同时提高了系统的可靠性。与其他的温度传感器相比，它在测量精度、切换时间等方面具有明显的优势。DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的显示位数会因分辨率不同而有所差异，同时温度转换时的延时由2s降低到750ms。它的封装如图3.2所示。GNDDQVDDDS18B20TO-92封装底视图NC18NCNC匚27N

31、CVDD36NCDQ二45GNDDS18B20Z8脚SOIC封装图3.2DS18B20封装图（一）DS18B20内部结构简单介绍DS18B20的内部结构图如下，由图可见从左至右为，供电环节、64位ROM端口、带逻辑控制的寄存器和一些功能模块。QG寄生供电控制模块INTIRNAL如64(jR0Nl-wire端口存暗器逻辑控制器DS18B201温度传感转sn同报警高温度殍哲存器外修俄电图3.3DS18B20内部结构图（二）DS18B20的使用注意事项尽管利用DS18B20的体温测量模块的测量原理相对简单，同时由于DS18B20的存在导致测量的精度较高，而且与单片机和电源的连接方式相对简单。但在具体

32、使用时也应该注意一下问题：由于测温系统的原理简单，所以它的硬件开销也相对较小，那么此时就必须要用软件部分通过比较复杂的程序来实现对它功能的补偿。另一方面，它与单片机之间传送的是串行的数据，这时在编写程序的时候，读写时序就必显得尤为重要。没有读写时序就不可能正常的都取测温的结果。3.1.3 血压传感器HKB-08B简介及其工作原理血压测量模块采用血压传感器HKB-08B,HKB-08B血压模块采用腕式血压测量方式,USB接口，USB供电。适合于基于计算机的血压测量系统。该产品设有USRRS232UART等数据接口，也可以与蓝牙、WiFi等无线模块组合，形成一个多参数无线采集系统。1、外部结构：见

33、下图3.4所示。图3.4血压传感器HKB-08B外部结构图外部接口介绍：a、模块上设置有USB接口，并由USB接口为传感器供电。b、模块上设置有数据扩展接口，作用为：*引出UART(RS232TTL232)、电源，波特率统一为115200。*连接多个模块，将多个模块组合为一台设备。组合后只需选择一个数据接口连接到上位机。但是，本设计只是利用该传感器的采集血压的信号的功能，而没有用的它的无线模块。2、为了正确采集信号必须注意的有：1、采集信号时传感器的袖带必须包裹在手腕处，松紧适中，再用手感触到脉搏跳动处,将气管对准那里。2、再将手腕抬高，放置于和心脏同一水平处。3、采集信号过程中身体保持静止，

34、不要憋气，正常呼吸即可。4、仪器要多次使用时，各次测量之间应该间隔一定时间，以30分钟为宜。3.1.4 光电传感器简介光电传感器是一种采用光电元件的传感器。首先它把被测量的变化量转化成光信号的改变量，然后再由光电元件做进一步处理将光信号变量转换成电信号变量。特长：检测距离长在对射型中与实物之间的卞测距离可以保持在10m以上，而其他检测手段(磁性、超声波等)都无法远距离检测。对检测物体的限制少由于它的检测原理是利用被检测物体引起的光线变化（如遮光和反射），因而不会像其他必须接近实物才能采集数据的传感器那样，只能对特定的实物进行信号的采集，它几乎可以任何事物进行信号的采集。信号的响应时间较短由于光

35、电二极管接收的是光信号，而光的传输速度是最快的，这就使光信号变化接收器的响应时间较短。同时，这个光电传感器内部都是电子元件，不存在机械部分，因此进一步的缩短来响应的时间。检测方式独特光电传感器采集信号时刻实现非机械性接触，即采集信号时可以不直接碰到待测物体。因而不管是对待测物体还是传感器本身在采集信号过程中都不会受到损伤，这也在一定程度上延长来传感器的寿命。便于调整这里用的的光电传感器投射的是可视光，这就便于对检测物体的位置进行相应的调整。3.2 硬件电路设计3.2.1 MSP430复位电路复位电路的作用是清除之前的测量结果，把测量仪器回到起初状态。所谓的测量电路复位不难理解，打个比方，就像计

36、算器上面的清零按钮，其作用就是清除数据后重新开始。但是复位电路和这种清零按键只是功能上有所类似，但还是有明显区别的。复位电路的执行启动有两种方法，一种是通过设置实体的复位按键，采用人工按键的方式来启动复位电路。二是自动启动，通过编写相应程序来控制复位电路在必要的时候启动。比如一轮数据测量后、或出现超限测量数据时等。而本次设计的复位电路采用的是第一种方法，显得更加人性化。本次所设计的测量仪系统的复位电路的电路图如下，复位的原理是：利用对电容C8的充放电来改变RST处电平的高低变化，从而实现复位的与否。这个电路是随着测量仪的开机而同时接通的，有电路图可见，电路接通后，电源开始对电容C8充电，由于电

37、阻R3的作用使RST处的电压变高，获得高电平。单片机则进入复位状态，这就是系统一开始就会先自动复位的原理。由于电源对电容的充电时间大概几毫秒，充电结束后，电容C8充满电导致电阻R3上电流为零，进而RST处的高电平消失，取而代之的是低电平。这时单片机便进入正常的工作模式。一轮数据测量结束后，按下实体复位键。这时与电容并联的之路接通，电容处于放电状态。与此同时电阻R3上出现电压，RST处获得c8放电前两端的高电平。单片机再次进入复位。由于电容的放大过程也要持续几毫秒，换句话说这个复位状态会坚持几毫秒。结束后，电源再次对电容充电，充电结束后单片机进入正常工作模式。1013V3RSJ图3.6复位电路3

38、.2.2 单片机稳压电源电路本次设计的测量仪系统内部多处的器件都需要电源驱动，但由于每个器件的工作电源都不一样，比如MSP430单片机所需的驱动电源为5V,而复位电路、液晶显示电路和大部分的传感器驱动电路电压都是3.3V,所以就需要一个电路能通过5V的稳定电压来获得一个3.3 V的稳压。这个电路的电路图如下图3.7所示。由下图所示，电路中最重要的部分是AMS1117芯片。它的作用是针对电路中可能出现的过电流和过热状况起到一定的保护作用，从而在很大程度上提升来供电电源电路的稳定性。同时，其自身的修真技术在同类型中处于领先状态，使电路输出的电压精度高，误差很图3.7稳压电路小。3.2.3 单片机晶

39、振电路众所周知，单片机的正常运行离不开时钟元件产生的时钟频率。而常用的时钟元件为晶体振荡器，其产生的晶振是单片机所有指令正常执行的前提。同时晶振电路产生的时钟频率大小决定了单片机信号处理的速度快慢。且二者呈正比关系。通常状况下有两种方法来搭建单片机所需的晶振时钟电路。一种是单片机利用内部自带的器件如反相器等自行搭建的一个内部振荡电路。这时的时钟电路需要外界的定时原件来加以辅助，外部原件可通过XT2的进出两个端口与电路连接，从而产生自激振荡。这个外部原11件一般都是一个并联谐振电路，其中包含石英晶振和瓷片电容。另外一种是完全依赖外界来提供振荡。此中外部产生方式中XT2的进入端口接地，而输出端口接

40、外部的一个独立振荡源。以此来提供单片机所需要的时钟频率。本次设计的系统中选择第一种方法来给单片机提供时钟频率。其电路图如下所示。3.2.4 体温测量电路设计设计的测量仪所测量的是人体的体温，所采样的量是非电量，而且单片机只能识别电信号，进而才能进行信息的处理和转换，所以要用到相应温度传感器进行采样，将温度信号转换为电信号。本次设计的测量仪系统测温环节选用的是DS18B20专感器。在硬件上，DS18B20与单片机的连接方法有两种，一种是MSP430的VCC脚接外部电源，GND脚接地，其I/O与DS18B20的I/O线相连；另一种是利用寄生电源供电，此时DS18B20的VDD,GND脚接地，I/O

41、接MSP430WI/O线。但两种方法的I/O口线都必须接1k同左右的上拉电阻。本次测量仪系统设计的测温环节在传感器与单片机连接方式上我选择的是第一中方法。具体连接图如下图所示。KSP43OF1121A1TESTPL?/TA5；TMVCCPL&FTA1/TDIP2.PLJ/TaO/TWScmPLVSMcu/taXMJTPLVTU|XJNPLJ/TA!IJtST/NHlPhlFTAQPh0/ACUPJ.O/TAtLtP2.1/1NCUPLVUHT*P，MUTA,PLm/TM图3.9DS18B20与单片机的连接电路3.2.5 血压测量电路设计血压测量模块采用血压传感器HKB-08RHKB-0

42、8B的外围有用引脚共有4个。工作电12压为正5伏。由VCCW引入正5伏电压，HKB-08B的地脚为GND队接地。因此，只需要将传感器的输出脚TX和RX连接到单片机的P37和P36脚上即可。如图3.10所示：图3.10ASDX001与单片机的电路原理图3.2.6 脉搏测量环节的电路设计本次测量仪系统的脉搏测量环节中，由于采集的脉搏波信号微弱、低频。所以必须加放大和滤波整形电路。（一）信号采集电路脉搏波的信号采集电路如下图3.11所示，此次信号的采集用的是光电传感器，它有两个红外二极管组成，其中D2用于发射光，另一个D3用于接收光。而且此次采集脉搏波信号的位置为手指，手指的透光率不高，所以发射的红

43、外光能透过手指的光强很小，接受后光电传感器输出的电信号十分微弱，而且频率较低。还有一点就是在采集信号的过程中难免受到干扰，若干干扰较强的话，就会对输出的信号造成很大的变动，这时就必须用一定的滤波装置，这里用C14、R8、R9组合来实现滤波，除去高频干扰。13vccHR6R5HlOK220RM30K30KGND图3.11脉搏波信号采集电路（二）信号的低通放大电路通常人体脉搏在运动后跳动次数能够达200次/分钟，先以此为根据来设计低通放大器的放大倍数，该信号的低通放大电路的电路图如图3.12所示。这里需要进一步的滤除采集信号后残留的干扰就还需滤波装置，可以通过R23、C6来组成低通滤波器，其作用是

44、通低频，阻高频。这样一来截止频率就可由R23、C6的值来决定，运放部分将信号放大，R23和R27的比值决定放大倍数。图3.12信号的低通放大电路14这时一个明显的有源滤波电路，所以可有其一阶的传递函数，可得出:A（s）=Vo（s）Ao1sWc（式3-1）放大倍数：A=1酗=1“214R274.7K（式3-2）截止频率：f0=3.39Hz2二R23C6（式3-3）这时候要拿人体的最大脉搏数来算，假设该值为每分钟200次，以此来算的话，频率将是3.3Hz,由此可见低频特性的确令人满意。（三）波形整形电路本次测量仪系统的脉搏测量环节中对信号的波形整形环节采用电压比较器来将正弦波转变成方波，而且不改变

45、它的频率。电压比较器多用于衔接模拟电路和数字电路，可以实现波形的产生和电路的变换。在一些常用的集成电路中很容易能见到电压比较器的身影，比如报警电路，多谐振荡器和压控振荡器等。本次设计的信号波形整形电路如下图3.13所示，由虚短虚段原理，R11和R12相当于串联，起分压作用，接上2.5V电压。这时就会用到电压比较器，将输入信号值与2.5V电压相比较，比它高则该整形电路输出高电平5V,反之，若低于它，那么该电路输出低电平0V,这样就可以很轻易形成方波，进而起到了整形的作用。疝）图3.13信号的波形整形电路153.2.7 显示部分的电路设计本次测量仪系统的显示部分选择的LCD1602液晶显示屏，它是

46、点阵型的液晶显示模块，1602是指显示屏是2行每行16个字符。它的显示功能比较强大，除了数字以外，还可以显示字母和符号等。而且它每行的各个字符之间都存在一定的距离，这样有利于更加方便的区分显示的内容，对有效的传递信息具有重要的意义。显示部分的电路设计如下图3.14所示。LCD1602各引脚是怎么处理的从图中就可以看见。比如1接地，2接5V电源，15接5V电源，16接地还有3接一个10K的滑动变阻器,其作用是通过改变阻值来改变3引脚处的输入电压，这个电压的大小与显示屏的对比度直接相关。其余引脚都是与单片机相连接的。比如4引脚是指令端，5引脚是读写操作端。其余就不再介绍来。图3.14液晶显示器的电

47、路图P1DCrr。I23454.7ANCnDHhbbebbbbggvvrireddddddddb3.2.8 蜂鸣报警器的电路设计本次测量仪系统的超限报警部分相当简单，这里只是在一个I/O上送出数据来驱动蜂鸣器，该模块包括数据产生和初始化端口两个部分，数据的产生部分主要是在输出端口产生数据，这里不是一个高电平或者是低电平的问题，而这个数据必须具有一定的频率才可以，因为能够让蜂鸣器发出声的只有是交流信号。而不同的周期信号具有不同的频率，因此可以根据信号处理的知识来对其进行分析。连接电路图如图3.15所示。16rCJA3图3.15蜂鸣器连接电路图4 .系统软件部分设计本次测量仪系统的设计中对所用到的

48、单片机和一些器件的控制都必须通过编写程序来实现，这就是系统的软件设计部分。由于MSP430系列单片机的存在，故此次选择C语言作为程序语言。系统软件部分的设计就是编写计算机语言也就是相应的程序语言来控制硬件。为了更好的控制硬件来完成预期的功能和效果，设计的程序语言必须层次清晰，这样阅读起来更加方便，也易于随时的修改程序。论文上面，这里我会以程序语言中流程图的形式来介绍本次测量仪系统个部分的工作流程。这样可以更加深刻地理解本次设计。MSP430F149单片机是本系统的核心主控部分，在编写单片机程序控制下，本次测量仪系统的各个部分都能正常的如期完成任务、实现功能。本次介绍测量仪系统软件部分，我准备有

49、主程序和子程序两个大的方面来展开。而子程序就是各个独立测量部分的程序。每个部分将都以程序流程图的形式来介绍。4.1 系统主程序流程图本次测量仪系统的主程序设计部分主要是为测量仪能正常工作而做到事先准备工作，包括供电部分，以及各个器件的初始化部分。然后才是各个独立测量部分以及显示与报警部分。主程序的设计流程如下图4.1所示。17开始图4.1主程序流程图4.2 各个子程序的流程图由于本次设计的测量仪系统的功能包括测量三项数据，而且可以说这三项测量部分是可以独立进行的。所以主程序下面可以分为多个子程序，这样一来介绍能够更加的到位，也更便于理解。这些子程序包括三项测量的子程序以及显示和报警部分的子程序

50、。下面将仔细介绍。4.2.1 体温测量程序本次测量仪系统的体温测量部分的程序流程图如下图4.2所示。查阅相关资料得知DS18B20与单片机之间的连接是单总线。所以必须考虑该传感器的读写时序问题，则程序开18始时将数据拉高500微秒，起作用是照顾传感器的读写时序问题，接着在释放数据线。然后就等着传感器发出信号并传到单片机中，而传感器发出的脉冲这里一般为60240微秒。接着就是对传感器的初始化动作，具体动作是先发出关于ROM方面的指令，接着是RAM方面的。然后发出进行体温转换的指令，由于这些指令都需要执行时间，所以必须延迟适当的时机，以750微秒左右为宜。延迟过后单片机就可以读取经转换得出的体温值

51、了。最后再与事先设定的标准参考值作比较，超限则发出报警的指令，不存在超限就给显示器发指令来显示读取的体温值。图4.2体温测量部分的流程图4.2.2 血压测量程序如图4-3所示，即血压检测流程图。血压检测程序包括中断程序和血压处理程序。利用血压传感器HKB-08B检测到的模拟信号通过单片机自带的AD模块转化成数字量，每当转化19结束就会发一个中断信号，单片机此时就会读取A/D转化值放入相应的内存地址，然后通过单片机内部的数据处理程序转化成相应的血压值。判断血压值是否超过人体正常血压值，如果超过正常血压值就报警提醒。如果没有则将发指令给显示器来显示读取的血压值。图4.3血压测量子程序图4.2.3

52、脉搏测量程序脉搏测量的流程就是读取脉搏波信号，程序开始时得先将之前测量留在存储的计数值清零，紧接着就是对本次用到的定时计数器的初始化，然后开始正常工作即开始计数。由于脉搏的测量本身就需要一定的测量时间，这里设定为10秒。然后得闲判断计数时间是否达到10秒，达到后停止计数再开始读取刚才的计数值。反之，没到的话就继续计数。如此循环下去。具体的流程框图如下图4.4所示。20图4.4脉搏测量的程序图4.2.4 显示部分程序本次的测量仪系统的显示部分的软件设计如下：程序开始时先对LCD显示器件进行初始化，由于测量血压和脉搏都需要一定的测量时间，二者之间又以测量脉搏的10秒更长，所以这个部分也应该先设置一

53、个时间判断，达到10秒后开始显示读取的数值。具体流程图如下图4.5所示。21图4.5显示部分的程序流程图4.2.5 报警部分程序本次测量仪系统设计的报警部分的程序如下图4.6所示，报警部分用一句话来说，就是将读取的各项数据与事先设定的正常值范围做比较，超出范围则发出报警指令，读取的值正常则不需要报警。报警原则是，三组测量数据中至少有一项数据超出范围时即报警。22图4.6报警程序流程图5 .系统调试任何设计的仪器在调试环节都必须进行硬件和软件两个方面的检查和测试。单独进行二者中的任何一个对真个系统的调试都是不完整的，只有二者结合起来才能更加容易地发现前期设计部分的缺点和不足，才有利于我们及时对系

54、统作出正确的改进，来获得更加接近理想的效果。所谓的硬件部分的调试，主要是先仔细排查各电路以及器件的焊接情况，例如是否存在虚焊的情况等。软件部分则是查看编写的程序语言是否存在编写错误，部分功能是否对应。最后就是通过相关软件对该设计系统的联合测试。查看所设计的测量仪系统的硬、软件部分是不是完美切合，相辅相成。所预期的系统功能能否正常实现。进而不断的完善系统，使其达到最佳的效果。5.1软件部分调试所谓的软件部分测试就是利用一些仿真软件，然后在上面搭建好本次设计的硬件电路部分，然后编写程序来控制这个系统，在计算机仿真的基础上查看这个程序的编写能否正常的控制硬件完成事先预设的任务。这个工程是庞大的，占据

55、来本次毕业设计的大部分时间。我23用了大量的时间先来搭建硬件电路，然后是编写相应的程序，结果根据计算机仿真的结果来一步步的完善这个编写的程序部分。通过反复的修改和完善，最终的程序能够很好的控制硬件电路来实现人体健康体征数据的测量以及液晶显示和超限报警的功能。5.1 硬件部分测试本次设计的硬件实物图如图5.1所示图5.1硬件实物图5.1.1 外部功能测试(1)供电稳压电源测试：在测量仪通电的情况下先用数字万用表测量电源供电稳压电路的输出端是不是3.3V。测量结果显示电源供电稳压电路的输出电压是正常的。(2)改变被测温度、测量血压和脉搏的人员不同时，采集的信号换算后得出的测量值也有所差别并且能够实时显示在LCD1602液晶显示屏上面。5.1.2 系统整体测试测试方法一一用水温来替代人的体温，用所制作的电子体温计的探头放入待测温水；测量自己的血压和脉搏值。(1)体温测量环节：提前准备一杯凉水和一杯热水。第一次向凉水中加入部分热水，将事先准备的水银温度计和所设计的设备探头捆扎在一起放入温水中。水银温度的测量结果为33.9C,而电子仪器的测量结果如图5.2所示24图5.2人体健康测量仪测量体温结果图(2)