睡眠呼吸暂停监测仪研究-论文

PAGE26睡眠呼吸暂停监测仪研究摘要：随着电子技术、计算机技术和数字信号处理技术的不断发展，监视仪在医院医疗过程中得到了广泛应用。本文介绍了睡眠呼吸暂停监测的基本原理和重要意义，研究了成本低、体积小、耗电少、使用方便的睡眠呼吸暂停监测仪。关键词：睡眠呼吸暂停综合症;睡眠呼吸暂停检测仪;监测SleepapneadetectorresearchAbstract:Withtheunceasingdevelopmentoftheelectronictechnology,computertechnologyanddigitalsignalprocessingtechnology,monitorsiswidelyusedinthehospitalmedicalprocedures.Thispaperintroducesthebasicprincipleandsignificanceofthesleepapneamonitoring,andstudiesthesleepapneamonitorwhichislowcost,smallvolume,lessconsumptionandeasytouse.KeyWords:sleepapneasyndrome;sleepapneadetector;monitoring

目录摘要 I1引言 11.1 课题的背景 11.2研制适合家用的睡眠呼吸监测仪的意义 11.3本论文研究的目的和主要内容 22睡眠呼吸暂停监测仪总体方案设计 32.1 监测仪的控制器的选型 32.2 监测仪系统的传感器选型 32.3 监测仪系统的软件编程 42.4 监测仪系统的模块分配 43睡眠呼吸暂停监测仪硬件电路的设计与实现 53.1单片机及外围电路设计 63.1.1单片机芯片部分 63.1.2晶振电路设计 73.1.3复位电路设计 73.1.4按键电路设计 83.1.5LED指示电路设计 83.2睡眠呼吸暂停监测仪的电源模块电路设计 93.3睡眠呼吸暂停监测仪的温度传感器 103.3.1传感器DS18B20的介绍 103.3.2DS18B20与单片机的接口电路 123.4睡眠呼吸暂停监测仪LCD显示电路的设计 123.4.11602字符型LCD简介 133.4.2LCD与单片机的接口电路 144睡眠呼吸暂停监测仪软件功能的设计与实现 164.1软件编程环境的介绍——Keil简介 164.2睡眠呼吸暂停监测仪各个模块的程序设计 164.2.1系统主程序的设计 164.2.2系统DS18B20子模块程序的设计 174.2.3系统按键程序的设计 194.2.4睡眠呼吸暂停监测仪显示模块程序设计 194.3睡眠呼吸暂停监测仪软件设计过程小结 215制作与调试 225.1硬件电路制作 225.1.1总体特点 225.1.2电路划分 225.1.3制作PCB板 225.1.4焊接 225.1.5程序的烧录 235.2调试 236总结与展望 24参考文献 25致谢 261引言课题的背景近来，随着现代医学的日益进步，睡眠医学作为现代医学的重要组成部分逐渐建立和发展起来。对睡眠呼吸方面的研究直接关系到对睡眠疾病的研究,因此睡眠呼吸成为了睡眠医学中较为关心的问题。目前,一种叫做睡眠呼吸暂停低通气综合症(SleepHypopneaSyn-drome，SAHS)受到了广泛的重视。该病症是指在7小时睡眠中,反复发作呼吸暂停(睡眠状态下口鼻气流停止至少10s以上为一次呼吸暂停)和低通气(口鼻呼吸气流信号强度降于正常气流强度的50%以上,同时伴有4%以上的氧饱和度下降和伴有觉醒反应称为睡眠低通气)30次以上或平均每小时睡眠中的呼吸暂停和低通气次数超过5次以上。这种病症较为常见,其临床特征表现为反复发作的严重打鼾、呼吸暂停、低通气、低氧合症和白天嗜睡。除导致或加重呼吸衰竭外,还是脑血管意外,心肌梗塞、高血压病的重要危险因素之一。尽早合理的诊治,可明显提高患者生活质量,预防各种并发症的发生提高患者的存活率。因此,对睡眠呼吸的监护是预防和诊治睡眠呼吸障碍的首要步骤,对呼吸频率、呼吸节律等常规项目的检查,能确切反应患者通气状况并指导机械通气治疗和临床用药[1]。呼吸及脉搏是人生命的重要指标，它代表着一个人的健康状况。近年来常常听到某某邻居在睡梦中突然谢世，身边也有熟悉的人也是这样离开人世，近几个月此事件更是频发，它带给亲人的巨大悲痛和遗憾，经调查发现这已经不是个别现象，而是时有发生的现象，它极大地威胁着人们的健康，特别是老人及知识分子。究其直接的原因是呼吸及心脏的骤停，如何能及时甚至提前预报病情而能避免悲剧的发生，是一个急需研究的课题，对于这一个课题的研究，就具有了重要的现实意义。1.2研制适合家用的睡眠呼吸监测仪的意义目前中国社会正向老龄化发展，一个子女往往要负责照顾到两个甚至多位老人，随着社会的发展，生活节奏的加快和工作压力的增大，使很多子女无暇照顾到老人，加之生活习惯及文化的差异，个人性格差异等影响，有些老人选择了和子女分开生活的方式，那么老人的健康如何保证？老人的生活如何监护？这就导致他们的健康监护处于非常不利的情况。近来的调查发现，有些老人由于突发疾病，身边无人照顾不幸辞世，有的是心脏病突发有的是呼吸不畅，其中一大部分是在夜晚睡觉时突然发病，而亲人又不能及时发现，这样的悲剧在我们身边屡见不鲜，也给家属造成了巨大的精神打击，留下了终身遗憾[2]。再看中年高级知识分子的情况，经常超负荷的工作，极大地威胁着他们的健康。英年早逝的情况也时有发生，特别是这种情况常常发生在晚间睡眠时。因此研制适用于家庭，面向老人和弱势群体的呼吸及脉搏监测仪，就很有必要。那么，现有的医疗监测仪情况如何呢?应该说，现有的生命参数监测仪，已经能够对病人进行全天监护，及时记录病人的各项生理指标，具有报警等时时监测能力，但是这些设备主要集中于医院，其价格少则几万，多则几十万上百万，价格昂贵制约了其普及性，普通百姓无能力负担其昂贵的租用费用，更不用说购买一台仪器放在家中。因此，研制价格低廉，功能可靠且小型化，适用于家用的呼吸及脉搏监测仪非常有必要。这无疑会带来巨大的社会效益和经济效益，具有良好的市场前景[3]。1.3本论文研究的目的和主要内容本课题的研究目的：通过充分现在单片机技术以及传感器技术，两者结合就可以完成对被监测对象的实时监测，用户可以根据监测的结果进行进一步的治疗。本课题研究的课题主要有以下几个方面：(1)简要的概述了睡眠呼吸监测仪研究现状，并对相关的产品做了一定的研究。(2)对设计方案进行了相关的论证，确定本课题中采用的具体方案。(3)介绍了整个系统运作的流程图与系统的原理框图(4)介绍了整个系统的硬件电路设计，利用单片机控制，键盘与显示部分的设计,完成了对用户睡眠呼吸的监测任务。(5)对系统的各个模块进行了分析与介绍(6)介绍了系统的软件部分的设计，以及各个程序流程图。(7)本文的最后进行了系统的总结，并对睡眠呼吸监测仪实际应用作了展望。

2睡眠呼吸暂停监测仪总体方案设计人的呼吸途径有两个，一个是鼻腔，另一个是口腔。在呼吸时，口、鼻腔处由于气流流过而使压力和温度发生变化。因此，人体的呼吸状态可以从检测压力和温度变化得知。如采用压力法，由于口、鼻腔处的压力变化很微弱，而弱压传感器的灵敏度很高，容易受各种因素的影响，造成误动作，故压力法不宜采用。温度检测的方法，既用温度传感器作传感器，将温度传感器用胶带粘在鼻腔或口腔下方。由于简单易用，被检测者没有不舒服的感觉，不影响正常的睡眠而受到重视。根据这个思路，本系统中的关键是呼吸信号提取电路的选择，可以在鼻子和嘴巴附近可以放置多个温度传感器，通过温度的变化将呼吸信号提取出来，而作为数字温度传感器的DSl8B20就能满足此要求，另外可以选择单片机STC89C52作为控制器，选择LCD1602为显示屏幕，并且系统中必须含有电源处理模块，将电池的9V电压转化成5V电压供给单片机、液晶以及温度传感器使用。从而设计出了图2-1中的系统结构框图。图2-1监测仪的系统结构框图。监测仪的控制器的选型系统采用的硬件设备主要包括51系列单片机、LCD1602、按键、LED指示灯和电源芯片。51系列单片机采用了宏晶公司生产的型号为STC89C52的低功耗高性能CMOS型8位单片机。选择该型号单片机的原因是STC89C52单片机为用户提供了丰富的资源：8K字节Flash，256字节RAM，能满足游戏对存储空间的要求。另外配备了32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52可降至0HZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计时器、串口、中断继续工作，掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。监测仪系统的传感器选型在本论文设计过程中的关键电路就是呼吸信号提取电路，首先想到的是采用压力法，但由于口、鼻腔处的压力变化很微弱，并且弱压传感器的灵敏度很高，容易受各种因素的影响，造成误动作，故压力法不宜采用。我们知道人的呼吸是通过鼻子或嘴，所以在鼻子和嘴巴附近可以放置多个温度传感器，通过温度的变化将呼吸信号提取出来，而作为数字温度传感器的DSl8820就能满足此要求[4]。监测仪系统的软件编程在系统编程语言的选用方面，单片机编程主要有C语言编程和汇编语言编程两种。由于C语言不仅具有一般高级语言的特点，还能像汇编语言一样直接利用CPU的硬件特性进行程序设计。因此，与其他高级语言相比，功能更多，用途更广。C语言编程主要特点如下：①结构化编程。②兼容性好。可与汇编语言生成的目标模块相连接。③支持多种数据类型及逻辑、算术、关系等多种运算。④支持多种数据结构，如数组与结构体等。⑤支持中断管理。⑥丰富的编译控制，这增加了程序编译的灵活性。⑦有多种代码自动优化功能。⑧详细的错误检查。综上所述，本文设计中采用C语言编程。考虑到兼容性，编程软件我选用开发环境选择了KeiluVision3软件编译调试。监测仪系统的模块分配根据上述的硬件以及系统的软件需求，将系统的软件功能分为5个较大的模块。（1）主函数模块主函数是整个程序运行的一个缩影，是一个无限循环的程序。完成的操作包括初始化一系列硬件软件，利用定时中断完成对温度传感器的数据的实时刷新以及与设定温度值的比较，调用其他模块完成按键处理，如果温度低于设定温度10S钟计数器加一。（2）液晶显示模块液晶显示模块主要关系到整个系统的显示，这部分主要包括液晶的一些底层驱动函数，以及将液晶的界面显示的更加人性化。（3）按键处理模块按键处理函数主要包括按键的检测以及按键的处理函数，这部分是系统的另一个关键部分。（4）LED指示驱动模块这部分程序主要思路就是完成针对温度的具体比较结果，系统能够做出相应的反映。如果温度正常即呼吸正常，就是绿灯亮，如果温度低于正常即呼吸不正常的时候，就是红灯亮。

3睡眠呼吸暂停监测仪硬件电路的设计与实现睡眠呼吸暂停监测仪的硬件电路分为电源转化电路部分、1602液晶显示电路部分、按键模块、单片机最小系统部分、LED指示模块部分和232串口下载程序部分。睡眠呼吸暂停监测仪原理图如图3-1所示。开始开始系统初始化系统初始化按键调节基准温度（ZQ按键调节基准温度（ZQ）DS18B20采集呼吸温度(NT)温度数据温度数据LCD显示器单片机LCD显示器单片机暂停次数加0暂停次数加0ZQ>=NTZQ>=NTN 绿灯亮NN 绿灯亮NYYYY暂停次数加0暂停次数加0红灯亮的时间>=10s红灯亮红灯亮暂停次数加暂停次数加1图3-1监测原理框图3.1单片机及外围电路设计系统最小系统的硬件电路分为六部分：中央控制电路，它的核心器件STC89C52单片机，是数据处理中心；复位电路，它是系统恢复初始化的电路部分；晶振电路，是系统的的心脏；按键电路，为用户提供相应的按键操作；蜂鸣器驱动电路，主要是根据具体的场合需要，系统做出相应的蜂鸣器声音响应[5]。系统的总原理图见附录1。3.1.1单片机芯片部分如图3-2所示，此为CTS89C52的单片机芯片部分引脚连接，通过标号来连接各个部分。由附录可见18,19号引脚连接晶振电路部分，9号引脚连接复位电路部分，22,23,24号引脚连接按键部分电路，12，13号引脚连接系统指示灯电路部分，17号引脚与DS18B20电路连接1,2,3,4,5,6,7,8，14,15,16，引脚与1602LCD液晶显示电路部分连接。图3-2STC89C52引脚3.1.2晶振电路设计晶振电路如图3-3所示，在图中给出了外接元件，即外接晶体及电容C2，C3，并组成并联谐振电路。在电路中，对电容C2和C3的值要求不是很严格，如使用高质的晶振，则不管频率为多少，C2，C3通常都选择30PF。有时，在某些应用场合，为了降低成本，晶体振荡器可用陶瓷振荡器代替。如果使用陶瓷振荡器、则电容C2．C3的值取为47pF。本课题，选择为33pf的电容。图3-3晶振电路3.1.3复位电路设计51单片机与其他微处理器一样。在启动时都需要复位，使CUP及系统各部件处于确定的初始状态。并从初态开始工作。手动复位的电路如图3-4所示。按下复位键LCD上的呼吸暂停次数清零。同时系统指示灯重启[6]。图3-4复位电路3.1.4按键电路设计在单片机的按键部分采用按钮型按键，按键未按下时其输出端为高电平，按键按下时输出端为低电平；为了增加电平的准确性，可以在按键的输出端加上拉电阻来确保其高低电平的正确，这样通过单片机来检测I/O口的电平状况，然后执行不同的操作，这样就实现了按键的控制功能，电路如图3-5所示。S3,S4其功能分别是调节基准温度的增减，S2是启动键，按下启动键时呼吸暂停次数也会清零同时在温度小于基准温度下大于十秒也不会记录次数，只有当温度大于基准温度后再次小于基准温度同时小于基准温度的时间大于10秒时才会记录呼吸暂停的时间。这个主要是用来调节基准温度用的[7]。图3-5按键电路3.1.5LED指示电路设计系统中通过一个LED指示灯，说明系统的工作状态。如果指示灯亮说明此时系统正在工作，如果指示灯灭说明此时系统没有在工作。其具体的工作电路如图3-6所示。图3-6 LED电源指示灯电路图另外系统还有两个（一红一绿的LED指示灯），这两个指示灯，绿灯亮说明此时监测的呼吸正常，即呼吸输入温度大于基准温度时绿灯亮，如果红灯亮说明此时监测的呼吸不正常，即呼吸输入温度小于于基准温度时红灯亮。其具体的工作电路如图3-7所示，从图中可以看出，单片机管脚输出低电平，相应的指示灯亮。图3-7 LED呼吸状态指示灯电路图3.2睡眠呼吸暂停监测仪的电源模块电路设计监测仪系统中需要给单片机以及液晶等各部分电路提供一个5V的电源，并且考虑到为了游戏机系统的便捷行，系统使用一个9V干电池的方式，经过电压转化芯片，给系统提供一个5V的电压，提供给整个系统使用。1．电源部分用到了7805组成稳压电路部分，7805系列为3端正稳压电路,DIP3封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达1A。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。2．引脚说明1输入，INPUT2地，GND3输出，OUTPUTTO-2203．主要特点输出电流可达1A（1）输出电压有：5V（2）过热保护（3）短路保护（4）输出晶体管SOA保护（5）输出电流可达1A（6）VI——输入电压(VO=5~18V)35V（7）RθJC——热阻（结到壳）5℃/W（8）RθJA——热阻（结到空气）65℃/W（9）TOPR——工作结温范围0~125℃（10）极限值（Ta=25℃）[8]。4．电源部分的原理图如图3-8所示。图3-8电源电路3.3睡眠呼吸暂停监测仪的温度传感器 3.3.1传感器DS18B20的介绍DSl8B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO-92小体积封装形式；温度测量范围为-55℃～+125℃，可编程为9位～12位A／D转换精度，测温分辨率分别是0.5、0.25、0.125、0．图3-9所示[9]。TOOTHERCpu+3V+5.5VDS18B201-WIREDEVICESCpu 4.7KI/OVCCEXTERNAL+3V--+5.5VSUPPLY图3-9DS18B20的使用电路DS18B20具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线上可以挂很多这样的传感器，十分方便。图3-10为DS18B20的引脚(结构)框图。图3-10DS18B20引脚图DS18B20引脚定义：1为GND为电源地；2为DQ为数字信号输入/输出端；3为VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。DS18B20测温原理如图3-11所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3-11中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值[10]斜率累加器斜率累加器预置预置比较比较低温度系数振荡器预置计数器低温度系数振荡器预置计数器LSB置位/清0温度寄存器=0温度寄存器=0增加高温度系数振荡器计数器高温度系数振荡器计数器=0=0停止图3-11DS18B20测温原理示意图3.3.2DS18B20与单片机的接口电路DB18B203个引脚分别是GND,VDD,DQ(数字信号输入/输出端)，根据DB18B20的说明文档，DS18B20与单片机的接口电路的原理图如图3-12所示：图3-12DS18B20与单片机的接口电路3.4睡眠呼吸暂停监测仪LCD显示电路的设计显示器是各种仪器设备的重要组成部分,是仪器设备与人对话的一种重要形式,它告诉人们机器的运行状态、数据处理结果、提示操作人员下一步要进行的操等。显示器件在本设计中选用1602字符型液晶。液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用[11]。3.4.11602字符型LCD简介字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，1602型字符液晶能够显示16*2=32个字符。一般1602字符型液晶实物如图3-13所示[12]。图3-131602字符型液晶显示器实物图 本设计采用的1602字符型液晶的引脚功能图如表3-3所示。表3-3引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据4R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极其中：第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的，单片机通过指令来指定显示坐标并显示所希望的内容，各个指令功能如表3-4所示[13]。表3-4控制命令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据贮存器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容3.4.2LCD与单片机的接口电路 从上面的介绍可知,该LCD有16个管脚，八个数据线、三个控制线和五个电源背光管理线。这些管脚可以直接和单片机相连,如图3-14为LCD与单片机的接口电路。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。图3-14LCD与单片机的接口电路

4睡眠呼吸暂停监测仪软件功能的设计与实现4.1软件编程环境的介绍——Keil简介单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的开发者来说是十分必要的，无论是使用汇编语言还是C语言，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具会达到事半功倍的效果[14]。4.2睡眠呼吸暂停监测仪各个模块的程序设计4.2.1系统主程序的设计主程序通过调用各个功能子程序来完成对呼吸的实时监测的功能。下面给出主程序的关键代码：voidmain(){lcd_init();timeinit();while(1){按键操作以及作出相应的反应}}系统的整体程序流程图如图4-2所示。如图所示，程序设计的主程序即main函数很简单，主要完成初始化工作，主要完成对LCD屏幕的初始化，然后不断运行对温度传感器的驱动程序。下面逐一分析每一个子程序的设计。图4-2系统主程序流程图图4-3系统传感器工作流程图4.2.2系统DS18B20子模块程序的设计在系统中用到温度传感器取得呼吸信号，并且DS18B20默认的精度为12位的精度，在本文设计过程中为了得到更快的响应时间，牺牲了DS18B20的精度，采用9位精度，这样采样时间就从原来的750ms缩减到93.75ms，具体的读取温度的流程图如图4-3所示。不过精度也由原来的0.0625度变为0.5摄氏度，这对于睡眠呼吸暂停监测仪在对温度传感器的需要足以满足要求[15]。由于DS18B20在出厂的时候都默认设置为12位的采样精度。所以需要对DS18B20进行相应的模式设置，将其设为9位模式。其具体的实现代码如下所示：voidwrtemp(ucharth,uchartl)//保存设置的温度上下限{ ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);//*跳过读序列号*/ ds1820wr(0x4e); ds1820wr(th); ds1820wr(tl); ds1820wr(0x1f);//配置寄存器9位数据读取93.75MS时间就可以 ds1820rst(); ds1820wr(0xcc); ds1820wr(0x48);}另外关于DS18B20几个关键的底层函数，如下所示：uchards1820rd()/*读数据*/{ unsignedchari=0; unsignedchardat=0; for(i=8;i>0;i--) { DQ=0;//给脉冲信号 dat>>=1; DQ=1;//给脉冲信号 if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(10); } return(dat);}voidds1820wr(ucharwdata)/*写数据*/{ unsignedchari=0;for(i=8;i>0;i--) { DQ=0; DQ=wdata&0x01; delay_18B20(10); DQ=1; wdata>>=1; }}voidds1820rst()/*ds1820复位*/{ unsignedcharx=0; DQ=1;//DQ复位 delay_18B20(4);//延时 DQ=0;//DQ拉低 delay_18B20(100);//精确延时大于480us DQ=1;//拉高 delay_18B20(40);}4.2.3系统按键程序的设计监测仪系统中用到了好几个按键，这里就介绍一下按键的程序设计思路，首先结合按键硬件电路，如果按键导通，按键接口接地，是低电频。程序代码如下： if(K4==0)//启动按键，重新进行计数操作 { delay_n10us(1000);//10MS while(K4==0);///松手判断 nweihuxi=0; }在这里首先因为导通是低电频，所以选择语句是K4==0，然后下一句语句是必不可少的，因为接触性按键都有抖动，必须消除这个抖动，所以必须延时delay_n10us(1000)左右然后消除抖动后，必须还要等待按键放下来以后才能触发事件，在这里里面任何一句都是不可缺少的[16]。在按键程序的设计过程中，一定要根据单片机的处理速度，来给按键触发过程中，进行消抖处理。4.2.4睡眠呼吸暂停监测仪显示模块程序设计 系统中采用LCD1602作为显示模块，本系统的软件设计中，最关键的就是建立一些1602需要的一些底层函数，包括的函数如下所示：voidLCD_init(void){delay_n10us(10);LCD_write_command(0x38);//设置8位格式，2行，5x7delay_n10us(10);LCD_write_command(0x0c);//整体显示，关光标，不闪烁delay_n10us(10);LCD_write_command(0x06);//设定输入方式，增量不移位delay_n10us(10);LCD_write_command(0x01);//清除屏幕显示delay_n10us(100);//延时清屏，延时函数，延时约n个10us}voidLCD_write_command(uchardat){delay_n10us(10);LCD_RS=0;//指令LCD_RW=0;//写入LCD_E=1;//允许LCD_DB=dat;delay_n10us(10);//实践证明，我的LCD1602上，用for循环1次就能完成普通写指令。LCD_E=0;delay_n10us(10);//实践证明，我的LCD1602上，用for循环1次就能完成普通写指令。}voidLCD_write_data(uchardat){delay_n10us(10);LCD_RS=1;//数据LCD_RW=0;//写入LCD_E=1;//允许LCD_DB=dat;delay_n10us(10);LCD_E=0;delay_n10us(10);}4.3睡眠呼吸暂停监测仪软件设计过程小结本章首先根据硬件电路把程序实现划分成几块子程序来实现，这符合程序设计的思想，能够加速程序开发及调试，使程序的移植性加强。详细介绍了各功能模块的软件设计，在程序编写之前画出程序流程图，然后编写调试，通过实际电路来验证硬件、软件功能正确性。通过不断优化、调试最终实现了所需要的功能。

5制作与调试5.1硬件电路制作5.1.1总体特点该系统所涉及的各部分硬件电路，总体的特点是：（1）电路原理简单，所用的器件均为常用器件。（2）由于路数较多，电路的规模较大，因此，应合理布线，以降低焊接难度，降低出错率，同时防止干扰。5.1.2电路划分为方便焊接与调试，把电路板划分为如下三大部分，在焊接时一部分一部分地焊接，最后焊接将各部分连接起来。（1）贴片的电阻电容、单片机模块部分，主要是单片机STC89C52及按键和发光二极管部分；（2）液晶显示模块部分，主要是液晶显示芯片1602及上拉电阻。（3）温度传感器DS18B20电路。5.1.3制作PCB板本人用PROTELDXP2004制作了PCB板图，然后用腐蚀的办法制作了电路板。PCB板如下图5-1。图5-1系统PCB板5.1.4焊接由于考虑到PCB板制作条件的限制，同时要考虑制板的小型化和美观，焊接前，本人用proteus模拟实际电路进行简单测试，确保了电路连接无误后再进行制板并焊接器件。焊接过程我小心的处理和注意是否有虚焊和漏焊，然后完成了电路的焊接。系统实物图见附录2。5.1.5程序的烧录首先用KEIL软件编程得到HEX文件，由于我使用的是STC89C52，可以直接用单片机学习板烧录程序，所以烧录我选择了直接用单片机学习板外加STC-ISP软件来烧录程序。5.2调试实验板焊接完成后进行实物调试，调试时采用先对个模块进行分别调试，当个模块功能都能实现后，再进行系统整体调试。系统整体调试时先采用proteus与keil软硬结合仿真调试。在调试时，应注意以下两点。（1）在编写单片机程序时，编写了一个延时5ms的子程序，可以进行一定的延时，通过延时时间不同的程序进行多次烧录并进行调试，然后比较所得的不同结果，这样可以大概知道要采集正确的数所需的延时时间。（2）电路中控制单片机外部中断的开关为普通的按钮开关，因此在按下和弹起都有颤动，这样会引起单片机外部中断的多次响应，使一次“射击动作”引起多次响应，单片机输出多个值。通常的消颤方法有两种：硬消颤和软消颤。硬消颤指通过硬件上的消颤电路使开关的一次动作只能产生一个脉冲跳变；而软消颤主要通过延时或对响应的屏蔽来实现。在该设计中采用较为简便的软消颤。总的来说由于之前的仿真做的不错，所以硬件的调试还是比较顺利的。

6总结与展望人的一生中，近三分之一的时间是在睡眠中度过的，睡眠时体内新陈代谢及一切生理活动都降低，机体处于保护性抑制状态，避免神经细胞过渡消耗而功能衰竭，同时睡眠可以使疲劳的神经恢复正常的生理功能，睡眠对维持人的正常免疫功能是必须的。通过分析睡眠期间的生理信号可以检测出某些疾病的存在，有很重要的临床意义[17]。本文通过理论设计及主要部分的实验，完成了呼吸检测仪的研究。该电路还可以进行功能扩展，如增加DSP和存储器，则能完成对被监测人二十四小时的生理参数记录，增加通信接口，可将被记录数据随时调出以供分析。当前医学模式与医疗体制变革正在世界范围内展开,在实现医学模式转变和医疗体制变革中,社区医疗有其特殊的重要地位。在虚拟仪器系统中,信号的获取与采集由以计算机为核心的硬件平台来完成。在此硬件平台基础上,调用测试软件完成某种功能的测试任务,便可构成该种功能的虚拟测量仪器。在同一硬件平台上,调用不同的测试软件就可构成不同功能的虚拟仪器。因此采用虚拟仪器技术可降低仪器成本,使其实现家用化,非常有利于社区医疗中心收集诊疗数据,有效监测病人的睡眠状况。按照现代医学观点,疾病的发生固然与细菌或病毒等外因有关,但也与下述内因密切相关：各种身心疾病都是在多种环境因素作用下,使心理存在持久应激,通过神经内分泌通路,造成免疫功能下降的结果。因此,开发家庭睡眠监护系统,将具有重要的“亚临床”意义[18]。

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