【《单片机控制的血氧心率检测仪系统硬件设计案例》2100字】

单片机控制的血氧心率检测仪系统硬件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u32352单片机控制的血氧心率检测仪系统硬件设计案例 1113201.1最小系统的电路设计 1137061.1.1时钟电路 1180371.1.2复位电路设计 273621.1.3电源电路设计 239981.2LCD液晶显示模块设计 3253331.3心率和血氧饱和度检测电路设计 4321561.4蓝牙模块电路设计 5261891.5整体电路设计 61.1最小系统的电路设计本毕业设计选用的是STC89C51单片机，该单片机封装选用DIP-40直插式设计，有32个普通I/O口功能，有些端口具有第二功能，例如串口功能、外部中断功能以及计数器功能设计。此单片机具有功能简单、功耗低、低成本的特点；如图3-1所示，单片机工作的条件：电源、晶振电路、复位电路。图3-1最小系统图1.1.1时钟电路在51单片机内部存在一个高增益反相放大器，其输入端是XTAL1(18引脚),输出端XTAL2（19引脚）；此电路选取11.0592M石英晶振；负载电容由晶振的CpL来决定，我们选择的晶振CpL=15pF，负载电容：CpL'=(C1∗C2)/(C1+C2)，所以设计时选择电容为30pF。如图3-2，单片机的第18和第19管脚接晶振两端，负载电容选择图3-2外部晶振1.1.2复位电路设计复位电路中选择的电解电容大小选择为10uf，电阻选择10kΩ。根据电容充放电公式可知，当电容电压为电源电压的0.7倍时，也就是5*0.7=1.5V电压所需要的时间是τ=10kΩ∗10μf=0.1s。也就是说当单片机上电的瞬间启动的0.1s以内；电容电压持续增加直到达到3.5V以上；电阻两端的电压减少到1.5V以下；51单片机识别电压低于1.5V为低电平；如图3-3，本设计采用手动按键复位电路，当复位按键按下开关导通电容被短路电容电压在0.1s内电压会低于1.5V，此时10kΩ电阻端电压大于3.5V，RST引脚接收到高电平，单片机自动复位，有效避免了单片机使用过程中处于跑飞或者死机状态［17］。图3-3复位电路图1.1.3电源电路设计电源是一个系统设计的核心部分，为整个测试系统提供源源不断的动力；本设计采用外部需要5V电源进行供电，开关选用自锁开关，使用时可接通，不用时进行手动断电。如图3-6，开关4引脚接VCC，开关的1引脚接GND，开关的3引脚接单片机VCC，开关的6引脚接单片机的GND，开关按下电源开始为主控芯片供电，再次按下断开供电。图3-4自锁开关控制电源电路设计1.2LCD液晶显示模块设计本设计选用液晶显示器为LCD1602，此显示器有显示质量高、体积小、重量轻、功耗低、拥有数字接口等优点。根据表1.3通过单片机可通过改变RS、RW、EN来实现控制LCD1602的显示情况。为了显示更加清晰，液晶屏的V0管脚需要外接滑动变阻器来调节对比度来增加显示效果，通常选用的滑动变阻为10kΩ。如图3-4，LCD1602共16个管脚，1管脚为GND，2管脚为VCC，3管脚为对比度调节管脚，4、5、6管脚为时序控制管脚（RS、RW、EN），7~14管脚为数据管脚（D0~D7），15、16管脚为背光控制管脚，将5V电压接到背光控制管脚的阳极并且将阴极接地，本设计将单片机P0口接到液晶屏数据控制管脚。如图3-5，为了提高单片机的驱动能力，设计时在单片机P0口增加上拉电阻。RSRWEN操作说明110无操作00高脉冲写入指令码D0~D701高脉冲读取输入出的D0~D710高脉冲写入数据D0~D711高脉冲从D0~D7读取数据图3-5LCD1602操作时序图3-6LCD硬件电路设计图1.3心率和血氧饱和度检测电路设计此模块检测采用光电容积法，其基本原理是利用人体组织在血管搏动时造成透光率不同来进行脉搏和血氧饱和度测量的。其使用的传感器由光源和光电变换器两部分组成，通过绑带或夹子固定在病人的手指、手腕或耳垂上。光源一般采用对动脉血中氧合血红蛋白（Hb02〉和血红蛋白(H）有选择性的特定波长的发光二极管〈一般选用660nm附近的红光和900nm附近的红外光）。当光束透过人体外周血管，由于动脉搏动充血容积变化导致这束光的透光率发生改变，此时由光电变换器接收经人体组织反射的光线，转变为电信号并将其放大和输出。由于脉搏是随心脏的搏动而周期性变化的信号，动脉血管容积也周期性变化，因此光电变换器的电信号变化周期就是脉搏率。图3-8MAX30102实物图中VIN连接3V电源输入，GND连接地线，SDA和SCL分别是MAX30102和主控芯片进行通信时所用到的IIC通信数据线和IIC通信时钟线MAX30102模块原理图如3-7所示。心率传感器传感器MAX30102模块和主控芯片之间通过两线串行总线IIC来建立连接进行通信的。在两者进行通信时，不论是主控芯片对于MAX30102进行配置的过程，还是MAX30102将测量的数据返回给主控芯片的过程，都是通过配置IIC_SCL和IIC_SDA来实现双方的通信。图3-9脉率测量模块内部电路图1.4蓝牙模块电路设计HC-05蓝牙模块具备功耗低的特点，减少电路功耗，更好的保证整个电路运行的稳定性，工作频率高，传输速度快，功耗很低，等待模式电流仅为几μA图3-10HC-05蓝牙模块实物HC-05采用串口通信在使用前需要利用USB转TTL连接电脑进行配置相关参数，此设计所配置内容为：将蓝牙模块设置成从角色，只能被动连接、设置波特率为9600、设置模块名称,设置模块连接密码等相关参数。在配置完相关参数后可以通过和单片机的串口连接实现单片机与手机APP的无线通信