【《基于单片机的心率曲线检测仪的硬件电路设计案例》2100字】

第页基于单片机的心率曲线检测仪的硬件电路设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u31531基于单片机的心率曲线检测仪的硬件电路设计案例 1313631.1硬件系统概述 134251.2心率信号检测子系统设计 2175411.2.1LM393比较器模块设计 2103821.2.2Pulsesensor心率传感器模块设计 256371.3STM32F103中央处理器模块设计 479611.4TFT液晶触摸显示器模块设计 4299181.5蓝牙模块电路设计 5123531.6DS18B20温度模块设计 6227761.7ADXL345状态采集模块和报警模块 61.1硬件系统概述本设计的硬件系统主要有心率传感器、报警模块、温度传感器、按键电路及无线蓝牙等多个模块，详见图3-1。STM32F103系统STM32F103系统报警器模块按键电路模块液晶显示模块光电心率采集模块ADXL345状态采集模块温度传感模块无线蓝牙模块STM32系统是本设计的核心，同时是数据储存的唯一部分。由STM32F103系统和各模块组成。各模块菜鸡数据后发送至STM32系统，当满足执行条件时，STM32系统开始对各模块转化的数据进行计算处理通过设定的阈值进行校验复位，从内部存储器读取程序并运行。1.2心率信号检测子系统设计1.2.1LM393比较器模块设计在LM393系列比较器中，其高精准度，专用与宽电压，单相电源供电，少见于双相。因其失调电压较低，且不计电源电压的大小，比较器自身的电损耗很小等优点。电路图如图3-2所示。图3-2LM393模块电路图LM393的管脚定义如表3-1所示。表3-1LM393管脚定义序号名称管脚定义1VCC外接输入电压2GND外接GND3D小板数字量输出接口（0和1）4A小板模拟量输出接口1.2.2Pulsesensor心率传感器模块设计一般是通过以下三种方式来测量心率的：第一种是由心电信号中进行提取；第二种方法是测量血压的过程中会产生一定压力，通过这种压力可以对波动进行检测，从而可以计算出心率值；第三种是光电容积法。如果采用前两种方法，检测者的活动就会受到一定限制，若长时间使用检测者的身心都会产生不适感。目前，在监护测量中使用相对最多的还是光电容积法，这种方法不但操作简便、精准度较高，而且还方便携带，因此在临床上很受欢迎。在实际使用过程中，应用示波器直接检测心率传感器的输出端，得出的心率波形图如图3-3所示。图3-3心率传感器实际输出由上文的论述得知，波形不属于标准的方波。为了使单片机中的心率检测传感器能够顺利地输出信号，选用了LM393比较器并利用其对波形进行了相应的滤波处理，这样就能将由传感器输出的信号转换为标准的方波，一方面可以降低单片机的数据采集难度，同时还能稳定地对信号进行检测。就心率传感器模块而言，可以通过LM393比较器对其进行滤波处理。图3-4展示了具体的滤波电路原理。图3-4滤波电路原理图心率传感器模块的管脚定义如表3-2所示。表3-2心率传感器模块管脚定义序号名称管脚定义1VCC外接+5V2GND外接GND3S输出接口（0和1）1.3STM32F103中央处理器模块设计STM32系列处理器在第二章节中已经提及到其选择的目的，在本节中不在过多的介绍其特性及功能，更多的是结合此设计中所需求的目的来阐述。本设计之所以选择这种控制芯片，首先是为了实现系统所需的各项功能，同时也是为了系统有更多接口，此外，采用这种芯片也是为了满足各模块外围电路设计的需要。只要学习了单片机相关课程，再学习这款控制芯片并不是很难，它不但具有较高的研究价值，而且已被广泛应用于医疗器械当中。在本设计使用多个模块实时进行工作下，STM32仅需少量的内存和引脚来应用，从低功耗的性能应用到电池供电，对各部分引脚、外设以及软件的高兼容度，从而带来全方位的灵活实用性。STM32F103C8T6的核心板接口电路图如图3-5所示REF_Ref14746\w\h[4]。图3-5STM32单片机核心板接口原理图1.4TFT液晶触摸显示器模块设计显示系统是读取数据的核心，TFT液晶屏全称薄膜场效应晶体管，其亮度、对比度、颜色和准确性均良好且完美符合分设计采用低功耗为核心而选用；当校验比对在设定范围内，数据处理计算通过STM32F103芯片内部滤波计算后，通过串口发送到显示器上形成波形图及其监测值一并显示出。周期值即心率值，波形图即模拟后的心电图，温度数值和状态监测也在显示屏中呈现。显示模块原理图如图3-7所示。图3-7显示模块原理图1.5蓝牙模块电路设计蓝牙模块是指集成蓝牙功能的芯片基本电路集合，用于无线网络通讯REF_Ref14606\w\h[5]。其蓝牙模块特点如下：支持蓝牙SPP串口协议、内置PCB天线、支持UART接口、蓝牙Class2和支持与SPP主蓝牙模块连接通信。表3-3蓝牙模块管脚定义序号名称管脚定义1RXD串口输入，电平为TTL电平2TXD串口输出，电平为TTL电平3GND接GND4VCC接1.3-6V蓝牙模块接口电路图如图3-8所示。图3-8蓝牙模块电路原理图1.6DS18B20温度模块设计DS18B20模块是一款普遍多件的数字型温度传感器，其特点如下：仅需一条口线可实现与单片机的双向通讯；测温的范围广以及测温的误差可设定至0.1；工作电源为1.0~5.5V/DC；在使用中不需要任何外围元件。常用的DS18B20温度传感器封装主要有两种，就使用而言两种封装并没有太大的不同，一般是根据具体环境选择更为适合的一种。其中一种为裸露的芯片，在检测空气温度时通常会选择这种传感器；另外一种是用不锈钢钢管进行封装的，因此具有良好的防水性能，其主要适用于水温灯液体温度检测。1.7ADXL345状态采集模块和报警模块ADXL345状态采集模块是ADI公司推出的三轴数字输出型加速度传感器，在本设计中主要用于检测监测者的运动状态变化，另也可同时采集监测者的步数变化。ADXL345的特点如下：分辨度高，最高13可达位；量程可变化，具有四种不可变的测量范围；灵敏