【医疗行业无线脉搏检测和报警系统设计11000字（论文）】

PAGEIIIPAGEIV医疗行业无线脉搏检测和报警系统设计摘要现代社会生活中，庞大的人口基数为医疗行业带来了巨大压力，因此医疗设备数字化进程不断加快，正逐渐替代相对重复、重要性较低的工作，以此减轻医生护士工作量，提高医疗效率。本设计的目的便是设计出一种能投入生产、行之有效、切实减少医生护士工作量的无线脉搏检测系统。此系统应当能具有实时测量、监测、显示病人生理信息的功能，例如病人的心率、病人的体温、病人的血氧值等；并且可以对各项生理信息的数值设定上下限范围，在病人的生理信息超出设定的范围时可以同时做到本地蜂鸣器报警和护士站端报警。在设计过程中应独立自主学习研究资料，并对健康、社会、安全、法律等多项问题进行探讨论证。最后完成软硬件设计并搭建电路调试。关键词:数字化；无线；心率；血氧；报警目录TOC\o"1-2"\h\z\u\t"标题3,3"32115摘要 I25704第1章绪论 120071.1选题的背景、目的和意义 1115411.2国内外研究现状与发展趋势 2260881.3本文研究内容 331803第2章方案设计 419322.1设计要求 422172.2主控芯片选择方案对比 4128832.3无线传输模块选择方案对比 6112022.4显示模块方案对比 791802.5血氧检测模块选择 7305422.6本章小结 820202第3章硬件电路设计 96893.1主控核心STM32F407ZGT6 9261683.2电源模块 11294393.3无线传输模块 12191433.4显示模块 1373013.5MAX30102心率传感器模块 15250193.6蜂鸣器模块 16209223.7DS18B20温度传感器模块 17138273.8本章小结 1821188第4章软件电路设计 19113604.1主程序设计 19107224.2DS18B20温度测量设计 2011594.3血氧和心率的测量方法与程序设计 21257344.4TFTLCDILI9341液晶显示屏软件设计 25308354.5本章小结 2521987第5章电路搭建与调试 264895第6章结论 2714132第7章参考文献 28第1章绪论绪论在现代科技的快速发展潮流中，微电子行业逐渐在越来越多的领域里展现了自己的可能性与发展潜力，在那些人力资源相对短缺的行业中尤其突出。微电子微控制的流行使得各种单片机在其他行业中大放光彩，越来越多的行业开始走进或是加深了数字化进程，医疗行业也是如此。在当今的医疗行业中，各种数字医疗设备已经成为极其重要的一环，它们担负着数据采集、处理、储存、传输等任务，而本身比之人力更为省时省力更为精确的特点，使得它们逐渐取代了传统医疗设备的地位。无论是在中医还是西医的领域，人的脉搏信息都是重要的生理信息，对了解病情进展有较大帮助。无线脉搏检测技术便应运而生。选题的背景、目的和意义传统中医自古以来就传承着望闻问切的诊疗方法，其中的切指的便是通过切脉获得对方的脉搏信息，以此来分析和诊断患者的病情发展。然而在高度信息化的现代社会，大量的患者需要更快更精准的诊疗方式，且不同于西医取代人耳的听诊器，中医尚缺少相对应的快速的脉搏诊断工具，仍需要大量人力进行切脉诊断，费时费力。因此中医需要更快捷准确的工具，而脉搏信息本身对西医的医疗研究也有不小的价值，无线脉搏测量技术随之开始逐渐发展起来。近年来，国内外先后研制出多种不同类型的诸如基于蓝牙、ZigBee等的无线脉搏检测仪，脉搏测量技术对脉搏的测量精度也越来越高。脉搏检测仪能更加方便、快捷、准确地测量出人体的脉搏信息并加以分析，目前已经接近成为中医实用工具的水平线。脉搏检测仪可以实时显示病人的心率血氧等多项数据，以供医生了解诊断病人病情或是追踪病人病情发展。多数脉搏检测仪在监控到脉搏数据信息异常时能及时发出声光报警，以保障病人的生命安全。在现代社会，对医院来说更大的人口基数意味着更多的病人。大多数医院的人力资源相对有限，需要对有限的人力资源进行更高效更合理的配置，因此需要设计第1章绪论出在不影响病人的情况下尽可能减少医生护士工作量的系统。对于西医来说，无线脉搏检测系统比以前需要在病床旁放置心电仪的情况更加便利，它能将测量出的病人的生理信息使用无线传输技术发送给护士站，医生、护士只需在护士站即可同时监控多个病人的生理状况与病情发展；而对于中医来说，基于无线脉搏检测系统设计的脉象仪则取代了医生本人诊脉，这使得人工误诊的概率相对减小，同时节约了大量人力资源和时间，减少了单调重复的工作量，让医生有了更多的时间精力去完成其他更重要的工作，从而提高了总体诊疗效率。国内外研究现状与发展趋势国外基于无线技术的人体生理参数检测系统，由于其具有对生理信号获取方便、便携、体积小等优点，因此有很多公司积极地投入研发和设计新产品。如东芝公司的LifeMinder系统,由个人数码产品（PAD）和可穿戴传感器两部分组成，其中可穿戴传感器集成了脉搏传感器和蓝牙模块，PAD通过蓝牙协议接收数据，从而实现对身体状况的检测。美国MedicTouchLLC研发了一种基于手机的脉搏仪，这种脉搏仪（MedicTouchPulseMeter）是由脉搏传感器和手机上的应用软件组成。脉搏传感器测得的数据通过蓝牙协议传输至手机，手机上的应用软件可显示出人体脉搏信息。国内则与传统中医有机结合，脉象仪为主要发展趋势。近年国内的脉象监测仪研制成果主要有：北京医疗仪器厂的MX．1型和BYS．14型；上海医疗仪器研究所的MX．3型，MX．5型以及3MX．1型脉象仪；天津医疗仪器研究所的MTY-A型脉象仪；中科院基础所采用单晶硅用作取脉探头的脉搏检测仪；中科院智能机械所利用液态应变片研制的软接触式仪器；西安交通大学研制的圆形气囊加压式脉象仪；浙江大学基于PVDF压电薄膜的脉搏监测仪；还有，湖南省中医学院利用光敏元件研发的血管容积式脉搏检测仪。据资料显示，在国内市场中应用普遍的主要是上海中医药大学与复旦大学等单位联合研发生产的ZM．I型中医脉象仪和ZM．IIIc型智能脉象仪这两种。本文研究内容本毕业设计的研究内容是设计开发出一个以单片机主控为核心，脉搏采集部分、无线收发部分及显示与报警等多部分共同组成的无线脉搏检测系统，它的功能将包括生理信息本地显示、生理信息无线传输至护士站端并显示、在检测到病人生理信息超出设定的安全范围时蜂鸣器报警且护士站端同时显示报警。脉搏采集部分：利用传感器对脉搏信号进行采集，转换输出为微弱的信号，再经过调理电路将接收到的微弱电信号进行放大和滤波，再将处理后的电言号经A/D转换变为数字信号输出；无线传输部分：将数字信号数据传输发送至医生电脑端（护士站端）数据库；显示部分：将采集部分把收到的脉搏数据与数据库已有案例进行初步比对，如比对结果为危险时立即发出警报。第2章方案设计第4章软件电路设计方案设计设计要求独立完成系统软、硬件设计，并搭电路验证。设计方案中对方案对比、社会、健康、安全、法律、环境及可持续发展问题的进行论证。本次设计的最终成果应当能实现对病人的心率、血氧、体温等多项生理数据的持续测量采集，并能将测量得到的信息显示在屏幕上，同时将数据信息传输至护士站端，在测量得到。在有能力的情况下对设计进行优化，比如实现护士站同时收集、区分、检测由多个不同病人的检测仪传来的生理信息等其他功能。其具体功能如下：STM32F407ZGT6单片机对当前数据进行处理，能实现心率和血氧的采集和处理；通过MAX30102模块进行心率血氧等信息的采集；在TFTLCD液晶触摸显示屏上显示当前的信息；DS18B20模块进行对病人体温信息的采集；模数转换ADC模块将信息转换为数字信号；ESP8266WiFi模块将信息发送至护士站端。主控芯片选择方案对比主控芯片是整个设计的核心部件，因此对于芯片的选择也显得很重要。在主控芯片的选择上，我的可选方案有如下三个：方案一：使用ATMEL公司生产的单片机STC89C5单片机进行数据处理。这款单片机的内存比51单片机多了4KB，但其价格和51单片机相差不远，并且支持数据串行下载和调试助手。此款单片机可用5V电压编程，而且擦写时间为l0ms。STC89C5芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。P0口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。方案二：STM32F103基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核。时钟频率达到72MHz，；内置32K到128K的闪存，功耗36mA。方案三：STM32F407是STM32系列比较新的产品，各项数据都比之STM32F103有很大提升，使用的是ARMCortex-M432位MCU+FPU内核，时钟频率达到168MHz，内置闪存192K，功耗24mA。经过三种方案的对比，我选择使用各方面都最优秀的方案三：STM32F407。我选择购买STM32F407ZGT6工控板。它的实物图如下：图STYLEREF1\s2-SEQ图\*ARABIC\s11无线传输模块选择方案对比现在常用的无线传输技术已经有数种发展的很完善的技术了，其中当属蓝牙、WiFi、ZigBee和GPRS应用最为广泛。在接下来的方案对比中，我将通过对比这四种无线传输技术的特点选择我本次毕业设计使用的无线传输模块。方案一：使用蓝牙技术实现无线传输功能方案二：使用ZigBee技术实现无线传输功能方案三：使用GPRS技术实现无线传输功能方案四：使用WiFi技术实现无线传输功能无线传输模块方案对比对比项目方案一方案二方案三方案四经济成本低较低较高较低功耗大小较高较低中中工艺要求较低较低中中技术难度较小较小中中对健康的影响小小较小较小对安全的影响小小小较小是否符合法律规定是是是是对环境的影响小小小小现有技术储备多较多较多较多传输距离≤10m≤75m手机信号塔范围内≤20m传输速率≤3m/s≤205k/s≤171k/s≤10m/s通过表中的对比，我们可以看出，ZigBee技术传输速率低，传输距离较长；蓝牙技术传输速率高，传输距离短；GPRS技术传输速率低，但只要在手机信号塔范围内就能传输，传输距离长。开题时本来我决定选择使用GPRS技术来完成无线传输任务，但经过学习和慎重考虑后最终选择方案四，使用ESP8266WiFi模块来实现无线传输功能。显示模块方案对比方案一：LCD1602LCD显示器分为字段显示和字符显示两种。其中字段显示与LED显示相似，只要送对应的信号到相应的管脚就能显示。字符显示是根据需要显示基本字符。设计采用的是字符型显示。LCD1602作为显示器件输出信息。与传统的LED数码管显示器件相比，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等优点，而且不需要外加驱动电路，现在液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的显示器件了。LCD1602可以显示2行16个汉字。方案二：TFTLCDILI9341ILI9341是一个支持分辨率为240RGBx320点阵的a-TFTLCD的262144色单片驱动器。这个单片驱动器包含了一个720通道的源极驱动器（sourcedriver)，一个320通道的栅极驱动器（gatedriver），172800字节的GRAM用于显示240RGBx320分辨率的图片数据，一套电源支持电路。ILI9341提供8位/9位/16位/18位的并行MCU数据总线，6位/16位/18位RGB接口数据总线以及3或4线SPI接口（serialperipheralinterface）。通过窗口地址函数，电影区域被指定在GRAM内。这个指定的窗口区域可以被有选择地更新，因此电影能够同时被显示在静态图像的单独区域内。通过对比，可以看出ILI9431的各项参数都比1602高得多，因此我选择使用TFTLCDILI9431模块作为本次设计的显示模块。血氧检测模块选择市面常用的心率血氧检测模块中，最常用的就是MAX30102心率传感器模块。MAX30102它是一个集成的脉搏血氧仪和心率监测仪生物传感器的模块，其上集成了一个红光LED和一个红外光LED，光电检测器、光器件，以及带环境光抑制的低噪声电子电路。MAX30102采用一个1.8V电源和一个独立的5.0V用于内部LED的电源，应用于可穿戴设备进行心率和血氧采集检测，佩戴于手指、耳垂和手腕等处。标准的2C兼容的通信接口可以将采集到的数值传输给Arduino、KL25Z、STM32系列等多种单片机进行心率和血氧计算。此外，该芯片还可通过软件关断模块，待机电流接近为零，实现电源始终维持供电状态。本章小结本章我的主要任务是将各设计方案进行对比，确定最终的研究方向和设计目标，决定好使用的各项电子元件，学习了解元件相关知识和设计进程。最终我选择了STM32F407ZGT6工控板、ESP8266WiFi模块、MAX30102心率传感器模块、ILI9341液晶触摸显示屏模块等完成本次毕业设计。硬件电路设计主控核心STM32F407ZGT6本设计所选择使用的STM32F407微控制STMicroelectronics是基于STM32F407高性能ARM®Cortex™M4的微控制器集成创新外设，工作频率为168MHz，此外，其还具有以太网MAC和用于CMOS传感器的照相机接口。STM32F40732位闪存MCU具有浮点单元(FPU)，带数字信号处理(DSP)说明和存储器保护装置(MPU)，提高了应用安全性。STMicroelectronics.*STM32F407高性能和工业标准芯体系，随附增强外设和连接的输入/输出。它们包括ADC、DAC、RTC、16位计时器（包括两个用于电动机控制的PWM计时器）、32位计时器。还有真随机编号发生器(RNG)。此外，省电模式套件具有低功耗应用设计。将涵盖多种应用，包括电动机驱动器和应用控制、工业应用：反相器、PLC、扫描仪、HVAC、视频对讲机、家用音频设备和医疗设备。STM32F407ZGT6的各项参数特点如下：168MHzCPU/210DMIPSART加速器（动态电源比例）12位DAC、12位ADC计时器：16位和32位温度范围：–40至+85°C和–40至+105°C电源1.8至3.6VI2C、SPI、I2S全双工（专用内部音频PLL）USART；UARTUSBOTGFS；USBOTGHS、CANSDIO/MMC接口真随机编号发生器闪存：高达1MB，SRAM：高达192KB，备用RAM：高达4KB基于ARMCortex-M4的STM32F4系列高性能MCU多达2个USB2.0OTGFS/HSSDIO（安全数字输入输出）USART、SPI、I²CI²S（内部IC声音）+音频PLL16和32位计时器多达3个12位ADC低电压1.7V至3.6V图3-1为STM32F407ZGT6核心板实物上各模块分布图，图3-2为STM32F407ZGT6的原理图。图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s11图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s12电源模块我所选用的STM32F407工控板上集成了很多模块，其中光是电源部分就有数种不同供电方式。电源模块的存在，使得STM32F407工控板不止可以学习用，也可以真正的开发应用了。电源模块使得STM32F407工控板可以长时间连续可靠工作，提高了电源的利用率，节省了电量，更加适合电池功耗较低的应用场合。STM32F407工控板的电源电路部分可以使用USB5V输入供电，同时这个USB接口也是STM32F407工控板其他功能实现的重要部件；它也可以使用DC9-24V输入供电，电压输入范围更广了，工业上应用的模块供电多为12V或24V电压（比如GPRSDTU使用的就是12V的电压），更加适合不同供电系统的对接供电。其上还有数个电压引出口，包括DC电压引出口、3.3V引出口和5V引出口等。需要注意的是，DC座供电虽然可以使用6V电压，但为了保持供电稳定，一般多使用6V以上的电压。MINIUSB接口接于STM32高速usbIO口，用于供电和进行USB通信，不能用于下载程序。由于没有加高速芯片，所以USB也只能运行于全速模式。供电模块的原理图如图3-3所示：图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s13无线传输模块在本设计中，无线传输模块也是设计重点之一。我使用的是ESP8226WiFi模块。ESP8266特性如下：*802.11b/g/n*内置低功耗32位CPU可以兼作应用处理器*内置10bit高精度ADC*内置TCP/IP协议栈*内置TR开关、balun、LNA、功率放大器和匹配网络*内置PLL、稳压器和电源管理组件*支持天线分集*STBC、1x1MIMO、2x1MIMO*A-MPDU、A-MSDU的聚合和0.4s的保护间隔*WiFi@2.4GHz,支持WPA/WPA2安全模式*支持STA/AP/STA+AP工作模式*支持SmartConfig功能（包括Android和iOS设备）*SDIO2.0、（H)SPI、UART、I2C、I2S、IRRemoteControl、PWM、GPIO*深度睡眠保持电流为10uA,关断电流小于5uA*2ms之内唤醒、连接并传递数据包*802.11b模式下+20dBm的输出功率*待机状态消耗功率小于1.0mW(DTIM3)*工作温度范围：-40°C-125°C*通过FCC,CE,TELEC,WiFiAlliance及SRRC认证图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s14图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s15显示模块本设计选用的显示模块型号是2.8寸TFTLCDILI9341液晶触摸显示屏。ILI9341提供8位/9位/16位/18位的并行MCU数据总线，6位/16位/18位RGB接口数据总线以及3或4线SPI接口（serialperipheralinterface）。通过窗口地址函数，电影区域被指定在GRAM内。这个指定的窗口区域可以被有选择地更新，因此电影能够同时被显示在静态图像的单独区域内。ILI9341的IO接口电压工作于1.65V-3.3V。一种合并的电压跟随电路，用以产生驱动液晶显示器的电压电平。ILI9341支持fullcolor，8-color显示模式，支持由软件控制的精确电源睡眠模式。它的部分参数特性如下：显示分辨率：【240RGB】(H）x320（V）720源极输出source320栅极输出gate公共极输出（VCOM)a-TFTLCD驱动器内置的满显RAM:172800字节8-bits,9-bits,16bits,18b-bits的8080-I/8080-II串行MCU接口6-bits,16-bits,18-bitsRGB图像控制接口3线/4线串行接口显示模式Fullcolor模式：262K彩色（可由软件设置）Reducecolor模式）：8-color节电模式:睡眠模式VCOM生成与调节器定时器振荡器DC/DC转换线/帧切换1个预置的Gamma和单独的RGBGamma修正内容自适应亮度控制MTP(可编程存储器)低功耗TFTLCDILI9341的电路图3-6和实物图3-7如下：图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s16图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s17MAX30102心率传感器模块我选用的是市面比较常见的MAX30102心率血氧传感器。MAX30102是一个集成的脉搏血氧仪和心率监测仪生物传感器的模块，其上集成了一个红光LED和一个红外光LED，光电检测器、光器件，以及带环境光抑制的低噪声电子电路。MAX30102采用一个1.8V电源和一个独立的5.0V用于内部LED的电源，应用于可穿戴设备进行心率和血氧采集检测，佩戴于手指、耳垂和手腕等处。其上带有的标准2C兼容通信接口可将采集到的数值传输给Arduino、KL25Z、STM32等单片机进行心率和血氧计算。此外，该芯片还可通过软件关断模块，待机电流接近为零，实现电源始终维持供电状态。MAX30102还集成了玻璃盖，这样就可以有效排除外界和内部光干扰，使其拥有更优秀更可靠的性能。图3-8为MAX30102模块的实物图，图3-9为MAX30102模块的原理图。。图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s18图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s19蜂鸣器模块本设计运用到的报警提示电路采用的是5V蜂鸣器进行报警提示。当进行心率和血氧进行检测的时候，通过按键来设置当前心率是上限和下限，如果检测当前的心率低于或者是高于设置的值时，蜂鸣器会进行报警，用来提示人们注意当前身体健康这个功能是非常人性化的一个操作。报警电路由S8550和1K上拉电阻加蜂鸣器构成。在电子市场上有很多蜂鸣器类型。本设计中STM32F407ZGT6开发板上集成了5V蜂鸣器S8050模块。电路设计的蜂鸣器相对简单，蜂鸣器的正极一端与三极管的地进行相连。当给单片机一个低电平的时候，三极管就会被导通，蜂鸣器就行进行播放声音提示。三极管在电路中主要功能是用来放大电流和驱动蜂鸣器。采用低电平特性来驱动蜂鸣器报警，S8050三极管放大的电流大于或等于200倍。单片机就可以控制蜂鸣器的开关和断开。所以当单片机的蜂鸣器低电平，晶体管将导通晶体管的上拉电阻来限制电流，防止晶体管的电流击穿，从而防止晶体管击穿的保护作用。它简单实用。它也是电路中常用的一种设计可以有效的保护电路。图3-10和3-11是它在407工控板上所对应的引脚图和原理图。图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s110图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s111DS18B20温度传感器模块DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的应用单总线技术的数字温度传感器。它的主要技术特性如下：①具有独特的单线接口方式，微处理器与其接口时仅需占用1位I/O端口；②支持多节点，分布式多点测温系统的线路结构设计和硬件开销大为简化；③测温时无需任何外部元件：④可以通过数据线供电，具有超低功耗工作方式：⑤测温范围为-55~+125℃，测温精度为±0.5℃：⑥温度转换精度9-12位可编程，能够直接将温度转换值以16位二进制数码的方式串行输出。12位精度转换的最大时间为750ms。因为它是数字输出，而且只占用一个I/O端口，所以它特别适合于微处理器控制的各种温度测控系统，避免了模拟温度传感器与微处理器接口时需要的A/D转换和较复杂的外围电路。缩小了系统的体积，提高了系统的可靠性。DS18B20模块主要由四部分组成。①64位光刻ROM数据存储器②温度传感器③非易失性电可擦写温度报警触发器TH和TL④非易失性电可擦写设置寄存器每片DS18B20都含有唯一的64位ROM编码。头八位是产品系列编码，表示产品的分类编号；接着的48位是一个惟一的产品序列号，序列号是一个15位的十进制编码，每个芯片惟一的编码可以通过寻址将其识别出来，最后8位是前56位的循环冗余(CRC)校验码，是数据通信中校验数据传输是否正确的一种方法。所以多片DS18B20能够连接在同一条数据线上而不会造成混乱。这为温度的多点测量带来了极大的方便。DS18B20传感器的内部数据存储器由9个字节组成。第一、二个字节是温度数据(MSB、LSB)，可以在系统配置寄存器中自行设置数据位数(9~12位)，数据位越多温度分辨率越高，多余的高位是温度数据的符号扩展位。第三、四字节是温度上下限报警值(TH、TL)。第五字节是系统配置寄存器，寄存器各位定义如下：第八位用来设置传感器的工作状态，“1”为测试状态，“0”为操作状态，出厂设置为操作功能状态，用户不能修改；第七、六两位是温度转换数据位的设置(00、01、10、11分别对应9、10、11、12位温度数据)，出厂设置为12位温度数据位，用户可根据需要进行修改，其余位无效。第六、七、八字节保留未用。第9个字节是CRC校验码，是前面8个字节的循环校验码，用在通信中验数据传送的正确性。下图3-12为DS18B20的原理图。图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s112本章小结本章的主要任务为完成各模块的硬件系统电路设计，让各模块能够合理连接，实现自身功能正常连续运行。软件电路设计主程序设计本次设计中，我选择使用C语言编程，使用keil5来进行编译处理。本设计的主要流程是：电源启动开始供电，MAX30102血氧模块初始化，DS18B20温度测量模块初始化，TFTLCD液晶屏初始化，进入循环while；TFTLCD在本地显示出测量得到的病人生命体征信息，如果没有检测到有效信息的话蜂鸣器报警；如果得到了测量信息，则将其发送至护士站端，检测病人的生理信息是否在医生设定的安全范围内，如果在的话便回到显示信息处循环进程，如果不在的话则在护士站端报警。下图4-1是我的主程序流程图。图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s11DS18B20温度测量设计407工控板上集成着DS18B20模块，DS18B20做为一种常见的温度测量元件，在互联网上有着很多的开源代码。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。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。下图为常见的DS18B20测温流程图。血氧和心率的测量方法与程序设计想要测得心率和血氧，我们需要通过MAX30102获得的光电信号进行一系列处理，才能得到我们需要的信息。这其中涉及到了血氧饱和度的概念。血氧饱和度(SaO2)是血液中被氧结合的氧合血红蛋白(HbO2)的容量占全部可结合的血红蛋白(Hb，hemoglobin)容量的百分比，即血液中血氧的浓度，它是呼吸循环的重要生理参数。而功能性氧饱和度为HbO2浓度与HbO2+Hb浓度之比，有别于氧合血红蛋白所占百分数。因此，监测动脉血氧饱和度(SaO2)可以对肺的氧合和血红蛋白携氧能力进行估计。正常人体动脉血的血氧饱和度为98%，静脉血为75%。人体的新陈代谢过程是生物氧化过程，而新陈代谢过程中所需要的氧，是通过呼吸系统进入人体血液，与血液红细胞中的血红蛋白(Hb)，结合成氧合血红蛋白(HbO2)，再输送到人体各部分组织细胞中去。血液携带输送氧气的能力即用血氧饱和度来衡量。一般人的血氧饱和度正常应不低于94%，如在94%以下则为供氧不足。部分学者将SaO2<90%定为低氧血症的标准，并认为当SaO2高于70%时准确性可达±2%，SaO2低于70%时则可有误差。SaO2读数可反映病人的呼吸功能，并在一定程度上反映动脉血氧的变化。胸外科术后病人除个别病例临床症状与数值不符需作血气分析外，常规应用脉搏血氧饱和度监测，可为临床观察病情变化提供有意义的指标，避免了病人反复采血，也减少护士的工作量，值得推广。血氧饱和度的测定原理如下：LED交替打开或关闭，光电探测器才能分辨出不同波长的吸血氧饱和度测定原理包括分光光度测定和血液容积描记两部分。分光光度测定是采用波长为660nm的红光和940nm的红外光，根据氧合血红蛋白(HbO2)对660nm红光吸收量较少。而对940nm红外光吸收量较多；血红蛋白(Hb)则反之，用分光光度法测定红外光吸收量与红光吸收量之比值，就能确定血红蛋白的氧合程度。探头的一侧安装了两个发光管，一个发出红光，一个发出红外光，另一侧安装有一个光电检测器，将检测到的透过手指动脉血管的红光和红外光转换成电22信号。由于皮肤、肌肉、脂肪、静脉血、色素和骨头等对这两种光的吸收系数是恒定的，只有动脉血流中的Hb02和Hb浓度随着血液的动脉周期性的变化，从而引起光电检测器输出的信号强度随之周期性变化，将这些周期性变化的信号进行处理，就可测出对应的血氧饱和度，同时也可计算出心率。设计的单片机程序中，采用单片机内部定时器定时检测周期10s，在10s过程中，引脚检测方波脉搏信号，每次高电平来临，系统进行判断：相邻两次高电平的时间差是否大于10ms，因为脉搏周期理论最大值为300ms，其中的高电平时间会更小（这跟人的心跳特征有关），此判断能消除电压比较器的误判和弥补个人心跳的差异性。10s后心率显示在数码管上，并且每10s更新一次显示。当光照透过皮肤组织然后再反射到光敏传感器时光照有一定的衰减的。像肌肉、骨骼、静脉和其他连接组织等等对光的吸收是基本不变的（前提是测量部位没有大幅度的运动），但是血液不同，由于动脉里有血液的流动，那么对光的吸收自然也有所变化。当我们把光转换成电信号时，正是由于动脉对光的吸收有变化而其他组织对光的吸收基本不变，得到的信号就可以分为直流DC信号和交流AC信号。提取其中的AC信号，就能反应出血液流动的特点。我们把这种技术叫做光电容积脉搏波描记法PPG。

下图4-2是PPG信号和ECG信号的对比。

图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s12实际测量手指的PPG信号如下图4-3：

图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s13由于测量部位的移动、自然光、日光灯等等其他的干扰，最终测到的信号可能并不完全准确，需要要进行滤波处理，如下图4-4

图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s14

通过对原始的PPG信号进行滤波处理，得到一定时间内的波峰个数，然后既可算出心率值。

图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s15

图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s16

由于血液中含有的氧合血红蛋白HbO2和血红蛋白Hb存在一定的比例，简单说也就是含氧量吧。上面的图表示了氧合血红蛋白HbO2和血红蛋白Hb对波长600~1000nm的光吸收特性，从图中可以看出上600~800nm间Hb的吸收系数更高，800~1000之间HbO2的吸收系数更高。所以可以利用红光（600~800nm）和接近IR（800~1000nm）的光分别检测HbO2和Hb的PPG信号，然后通过程序处理算出相应的比值，这样就得到了血氧值。TFTLCDILI9341液晶显示屏软件设计我使用的是407工控板自带的ILI9341对应流程设计，部分代码也是407工控板使用手册中已有的，故在此不再赘述。本章小结本章主要完成了对各模块的软件流程设计，并凭借代码实现了部分模块的相应功能。电路搭建与调试在完成了硬件电路设计和软件程序设计后，我开始着手进行电路的搭建与焊接。为保证尽量不出问题，我重温了先前实习时学习的焊接技术。本次设计是基于32单片机心率血氧检测系统，整个系统信息处理采用的是STM32F407ZGT6单片机，心率传感器检测当前心率和血氧值。在最开始进行工控板与液晶显示屏的连接测