【家庭便携式脉搏健康监测与预警系统设计8200字（论文）】

家庭便携式脉搏健康监测与预警是现在和将来人们所以设计的这个非常便于在家庭中使用的可以小型脉搏心率监测系统是很有价结果通过单片机处理之后用蓝牙将数据发送到Android客户端。由测试的结果可 1 31.1选题的背景 31.2课题的发展状况 31.3系统开发工具 4 4 4 4 4 52.2需求分析 5 53.1家庭便携式脉搏健康监测与预警的系统基本方案 53.2系统模块最终方案 6 7 74.1.1STM32单片机 7 84.1.3温度传感器 4.1.5显示模块 4.1.6蓝牙模块 4.2硬件的各模块综合连接 5.软件模块设计 5.1主程序设计 5.3心率检测子程序设计 5.4温度检测子程序设计 5.5蓝牙通行子程序设计 6.系统测试 6.1硬件测试 6.2软件测试 7.总结和展望 27.1总结 7.2展望 参考文献 3了突发心脏病时不能及时得到良好的救治1。因此拥有一个家庭便携式心率监测是即使是拥有2600多年的临床实践的脉诊也要受到医生手指的感觉、经验的限身时心率在107次/分以下是属于放松身体，在108到130属于暖身激活，131到153是高效燃脂，154到168属于心肺提升，169到177属于强度冲击，178以上4本次的设计所使用的的硬件是由是STM32系列的F103C8T6单片机、心率开发STM32单片机，而在移动端选择的是androidstudio来写手机上的蓝牙接收STM32F103C8T6单片机和51单片机系列相比不仅在运行速度上快了很多，其强大的通行功能和控制功能也是51单片机所无法与之相比的。stm32单片机是有着5个串□去进行通信同时可以进行多种不一样的时钟模数来进行自己所要需要处理的事物³。发环境所以就用来编写手机端的APP。2.可行性分析与需求分析本系统使用的是STM32系列的F103C8T6单片机去控制整个的系统的运转，的资源也是最为丰富的，android开发更是如此，a5防疾病。所以经济可行。在本次开发的这个家庭便携式脉搏健康检测与预警系统中，操作十分的简单，打开开关后只要将手指放置脉搏传感器上等一会就可以得到实时心率，几乎不要什么操作，对于这个系统来说其实最重要的是针对老年用户，所以在操作上是可行的。2.2需求分析本系统设计的目的是让人们在家庭中可以检测自己或者家人的脉搏心率，尤其是老年人心脏健康。心血管疾病一直都是老年人所不可忽视健康问题，而脉搏也是最能直观反映此类疾病是否发作的一个重要标志。所以通过对于市场需求的分析，我了解到用户有以下几种要求：1.能够迅速的检测出当前心率。2.能够设置预警值，当心率超过警戒值的时候可以去及时的对用户产生警醒。3.在测量心率的同时如果能够对于体温也有一个检测就更好了。4.能够连接上手机端并实时传输心率数据。5.操作简单，界面要简单明了。基于以上的需求，我设计出了这套家庭便携式脉搏健康监测与预警系统以满足需要。3.系统总体设计本系统是由主控单片机模块、蓝牙发送数据模块、心率和体温采集模块、报警模块、显示模块以及手机端数据将接收模块组成。为了更好的贴合实际的需求实现各个模块的功能，在单片机的选择上使用了STM32系列的F103C8T6单片机。这款单片机功能强大并且自带固件库开发起来相对容易拓展性也更加强。而蓝牙则是选择了ATK-HC05这款蓝牙串口，这款蓝牙串口模块是主从一体的性能较高与3.3V或3.5V的单片机系统相兼容，非常的方便灵活。脉搏的检测则是使用了了PulseSensor的脉搏传感器，它是先用光学心率检测脉搏，然后又使用放大电路对所收集到的信号进行处理。体温采集则是使用DS18B20数字温度传感器，此传感器使用起来非常简单，受外部影响小，精度也比较的高，价格也很低廉。报警模块则是采用蜂鸣器，并用按键设置预警值，显示就是使用1602LCD进行显示当前的心率和体温，同时在按键按下时显示设置的预警值。手机选择安卓的手机即可。结合上节分析以及从经济，操作性上最终确定了以下方案：1.使用STM32F103C8T6单片机作为整个系统的控制器，让其对信号的输入、处理和输出进行控制。2.在脉搏信号的采集上选择用光电脉搏传感器。3.LCD1602液晶实时显示当前的心率。4.蜂鸣器来实现报警功能。5.DS18B20检测体温。6.ATK-HC05蓝牙串口实时传输数据到安卓手机上。系统的框图如图3-1所示。按键设置预警按键设置预警机端显示单片机温度传感器蜂鸣器报警LCD显示图3-1硬件框图74.硬件系统设计4.1.1STM32单片机ROM(程序的存储)、输入输出设备以及中断系统到同一芯片的器件，电脑的主STM32单片机是ST公司使用ARM公司的CORTEX-M为核心生产的32bit'系列单片机，寄存器和外设功能对比8051、AVR和PIC都要丰富许多，已经接要做出的一些处理的。这款单片机在运行时的各个工作单元都比比51单片机快了很多并且还有着两个AD转换，这样在设计脉搏和体温检测时免去了需要加外STM32单片机的5串口通信以及进行多种不同的时钟模数来工作使得它拥1.这款STM32系列的F103C8T6单片机使用了RTC和低负载的方式。3.工作频率是72MHZ.5.单片机拥有着2个ADC模数转换。7.存储资源中FLASH容量是64KB而数据的存储容量则是是20KB。STM32实物图如图4-1所示：8 PC13指示灯SWD调试接口容积法的原因，佩戴容易，可靠性也较高5。换的组件5]。光源的选择是在500nm到600nm之间，也就是在绿光到黄光之间会有一定的影响[6。但500nm至600nm算是较好的光源之一了。当光源发出的得到了脉搏。心率传感器如图4-2所示：工作流程图如图4-3所示：温度传感器是使用的DS18B20一线式数字温度传感器，这款传感器会将你想测得的温度的数据在测完后转变为数字信号，然后再将转换完成的数字信号传输到单片机之中7]。省去了很多繁琐的步骤，并且精度相对较高。首先介绍DS18B20的结构它有着64位ROM、温度敏感元件、高低温触发器TH和TL、高速暂存器、配置寄存器和8位CRC生成器。这款中的数据存储器是由九个字节组成。其中的一二两个字节是MSB和LSB,三四字节是负责温度的上限和下限报警值的。第五个字节是配置寄存器，其定义如下：首先是第八位是用来设置传感器的状态，在处于1时是处于测试状态而处于0时则是操作状态，而六、七位则是用来设置温度转换数据位。六、七、八字节则是保留未用。第九字节则是用来充当CRC校验码的，这是使数据在传送中不会出错，在出错时也可以检验，保障其准确性。九字节功能如图4-4所示。保留保留保留图4-4对于DS18B20来说振荡器的频率主要会被温度所影响，所以在其内部有着两个振荡器，分别对应高温和低温。内部结构如图4-5所示。总总线接口因为是STM32单片机，由于此类单片机的点后引脚为高组态，就只能使用8050,因为它是高电平导通。想让蜂鸣器报警时，会给三极管一个高电平去将电流放大200倍加电阻是为了起到一个限流的目的。内部电路如图4-6R4R4蜂鸣器显示模块由两个部分组成，首先是和单片机直连的LCD1602液晶，用此去显示数据，还有就是有一个直观地操作显示界面去设置预警值。还有一种是单片机将数据通过蓝牙发送给手机接收显示，手机端会在下章详细介绍，先说说LCD的显示，这款LCD1602功耗小，编程起来简单方便，而在本系统中只是显示出当前所测出的脉搏和体温，数字显示就可最直观的反映当前的心率和体温8]。接下来介绍一下这款显示器的引脚，它一共有16引脚。引脚介绍如图4-7所示。引脚号引脚名称引脚功能1电源地23调试显示器对比度4寄存器选择5读写信号线6E使能端背光正极背光负极RS、RW的使用如表4-7所示：00写指令寄存器0110写数据寄存器11蓝牙使用的是ATK的HC05。这款蓝牙使用起来很简单，说的简单一些就是个蓝牙转串口的设备，可以让数据的传输更加的透明91。其强大的波特率范围也让其使用起来更加的方便而这范围是4800到138240,这真的算是很大的范围了。而且不论是3V的单片机还是5V的单片机都可以使用，这也非常符合本系统的要求。这款蓝牙的特点有以下几点：1.采用的是主流芯片CSR。协议标准是蓝牙V2.0的标准。2.电压：3.6V-6V,但是无法承受7V以上的电压。3.支持AT指令集配置模块。其结构图如图4-8所示。 45图4-84.2硬件的各模块综合连接硬件的整体连接图如图4-9图4-9各个引脚之间的连接都可以在图上看出。5.软件模块设计系统的框架是由主程序所决定的，在所有的传感器连接上单片机，电源接通后，首先需要的是对单片机内的那些专用的寄存器以及定时器的工作方式还有所有端□的工作状态的设定，这称为系统的初始化，结束之后，各部件就要开始执行各自的任务，而在这之前各种外部中断以及定时器的中断还有显示界面的一个启动。所有连接上的硬件都会开始执行自己的任务，流程图如图5-1所示。开始开始心率初始化LCD1602初始化否串口初始化是否按下按键是按键设置报警上限是否不在安全范围内声光报警是手机端显示当前信息蓝牙发送数据图5-1显示程序是依靠LCD1602来实现的，然而想显示文开始开始返回图5-2量传输给单片机的AD引脚进行处理，然后在通过模数转换将心率值读出将ADC0832引脚初始化，然后该引脚开始读取数据，在获取数据并转换之后将转换后的数据从最高位开始在进行输出。流程图如图5-3所示：开始开始返回DS18B20的设计如下，首先是初始化，然后是在单片机在检测到本传感器时就可以发出ROM的操作命令。而单片机是利用时间上的空隙来对其数据位和写命令字的位进行一个读和写的操作。采集到的温度数据会按照一定的规律转换成电信号去输出给到单片机，而单片机接收后会将数据处理之后发送至显示模块显示。其主要工作流程如图所示：上章提到本系统有两种显示方式，一种是液晶显示，还有一种就是将数据经过蓝牙发送到手机接收端，然后手机显示所测得数据。具体的操作方式接下来将详细介绍。蓝牙透传模块通电后，单片机上的蓝牙模块也通电，蓝牙是就是通过串□进行通信的，所以在初始化之后就可以进行数据的读取只需通过手机点击搜索设备，就可以检索到设备CH-05添加之后输入默认密码1234,再在手机上将波HC-05供电搜索配对结束图5-56.系统测试在给整个系统上电后，发现LCD正常显示，心率传感器发出绿正常亮起，整个硬件连接无问题。如图6-1:软件测试主要是针对于手机APP的调试，关键之处在于是否可以检索到附近的蓝牙，只要能检索然后配对即可。如图6-2:连接保存清空集成测试就是针对于系统的整体性测试了，首先给系统开发板通上电源，之后整个系统开始初始化，然后将手指覆盖心率传感器，另一只手握住体温传感器，会发现液晶显示的初始数据发生变化，然后控制按键去设置预警值，可以先设置低一些，这样方便触发蜂鸣器报警，最后就是打开手机app,连接蓝牙，连接完成后会发现心率和体温数据会显示在主屏幕上，并实时刷新10]。首先在系统正常运转时的图片如图6-3:图6-3其次是手机界面，如图6-4图左为蓝牙成功连接，图右为数据传输过来显示。发送断开保存清空发送本次的家庭便携式脉搏监测与预警系统的实现，首先是STM32单片机。传之前大部分使用的都是51单片机，但是在这次的设计中买了STM32的板子率和体温所处的范围给予一定程度上的建议，还有就是在手机app界面上可以对能算是最基础的构想，但是由于时间较为的紧缺，自己无法处理这么大的工作量所以只能选择了最简单的去搭建系统的环境，在完成之后感慨万分，还有很多可以改进。还得多学习一些新的知识才能去将设计做的更加的简便。关于家庭的脉搏健康监测我认为是现在脉搏监测市场的主要研究点，因为人们生活水平的提高，必然会对自身健康重视起来，大部分的市场甚至已经被抢占，例如智能手表的发展，已经将脉搏的监测集成到了手表当中，但是其相对在测量精度上有着一定的问题，价格也相对较贵，老年人使用起来不太方便。所以开发一款精度高，操作简单方便的家庭式脉搏健康监测是很有必要的，而面向的人群应该是所有的家庭，所以在价格上必然要下调，主打薄利多销