淺談人體健康監(jiān)測系統(tǒng)設計

張謙

（長江大學電子信息學院 434000）

淺談人體健康監(jiān)測系統(tǒng)設計

張謙

（長江大學電子信息學院 434000）

隨著全民健康意識的普遍提高，電子科技領域對人體健康監(jiān)測模塊的研究逐漸進入了大眾視野。本文重點討論了基于單片機控制的人體健康監(jiān)測系統(tǒng)的設計原理和功能定位，并結合當前的社會背景證實了人體健康監(jiān)測系統(tǒng)的應用前景。

人體；健康；監(jiān)測系統(tǒng)；設計

前言

人體健康監(jiān)測系統(tǒng)主要是通過對人體體溫、血壓和心率的信號采集為基礎，結合電子信息技術實現(xiàn)信號傳遞和數(shù)據(jù)顯示的功能。目前國內外對于人體健康監(jiān)測系統(tǒng)的設計思路具有一定的共性，即以單片機為核心，電路設計為主要手段，輔以計算機技術，實現(xiàn)模塊化運行。

1 人體健康監(jiān)測系統(tǒng)的整理方案和工作原理簡析

心率、體溫和血壓是人體健康問題中經常需要檢測的三個指標，我們可以通過鍵盤設定三種工作方式：心跳檢測、人體體溫檢測和血壓檢測。其中心跳檢測采用傳感器將心跳轉換成單片機可以接受的信號，每跳動一次就產生一個脈沖，讓單片機產生一個中斷，每中斷一次就進行一次計數(shù)，每分鐘進行一次采樣進行統(tǒng)計心跳數(shù)。人體體溫檢測利用芯片DS18B20這個數(shù)字溫度傳感器進行溫度測量。測的數(shù)據(jù)通過CD4511進行譯碼，輸入數(shù)碼管進行顯示。測的數(shù)據(jù)如果超限則進行報警。血壓檢測利用BP01型壓力傳感器將壓力信號轉化為電信號經過運放由ADC0809轉化為數(shù)字量送入單片機處理。如果血壓超限則報警。

在實現(xiàn)設計目標的過程中，硬件起著至為關鍵的作用。人體健康監(jiān)測器的硬件主要包括主控芯片、傳感器和控制電路，芯片我們采用的是MCS-51，該芯片采用的是馮.諾伊曼提出的經典計算機體系結構框架，即一臺計算機是由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備共五個基本部分組成。MCS-51單片機在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器和多功能I/O口等；傳感器我們采用DS18B20，該款傳感器是美國DALLAS半導體公司繼DS18B20之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93.75ms和750ms內完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DS18B20讀出的信息或寫入DS18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源；控制電路主要由以下幾部分組成：時鐘電路、復位電路、體溫測量電路、心率測量電路、血壓測量電路、顯示電路以及超常報警電路。

2 模塊化工作原理簡析

人體健康監(jiān)測系統(tǒng)的整理工作流程分為六大模塊，分別是單片機主控模塊、血壓監(jiān)測模塊、體溫檢測模塊、心率檢測模塊、顯示模塊以及超限報警模塊。

單片機主控模塊上述已經介紹過了，我們采用的是MCS-51，值得一提的是，MCS-51單片機的中斷功能較強，以滿足控制應用的需要。8051共有5個中斷源，即外中斷2個，定時/計數(shù)中斷2個，串行中斷1個。所有中斷分為高級和低級兩個中斷優(yōu)先級。

對于血壓監(jiān)測模塊，BP01型壓力傳感器是為監(jiān)測血壓而專門設計的，主要用于便攜式電子血壓計。它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龍塑料封裝，具有高線性、低噪聲和外界應力小的特點；采用內部標定和溫度補償方式，從而提高了測量的精度、穩(wěn)定性以及可重復性，在全量程范圍內，精度為±1%，零點失調不大于±300μV。

體溫檢測模塊使用DS18B20溫度傳感器，它一種改進型智能溫度傳感器。上述提到，對于傳統(tǒng)傳感器，它在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面較其它傳感器有了很大的優(yōu)勢，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。

心率檢測模塊采用壓阻式壓力傳感器MPX2100，其采集心跳信號輸出為電壓信號，然后經過電壓比較器，將采集的電壓信號與閾值進行比較，若采集的電壓信號高于閾值則輸出1，否則輸出0，然后單片機計數(shù)器進行計數(shù)，計數(shù)過程利用編程控制，計每10s脈沖個數(shù)再乘以6即為心率，同時顯示部分也設定為10s更新顯示一次，即可得到人體此時心率大小。

顯示模塊我們采用液晶顯示體溫以及心率值。液晶顯示屏（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險，平面直角以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢，可視面積打，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強等特點。同時不只能顯示數(shù)字還可以顯示中文漢字及各種單位。

超限報警模塊，采用發(fā)光二極管作為上下限超常報警指示燈，方便人們觀察。當人體溫度高于或低于一定的值時系統(tǒng)會發(fā)光報警。同樣，當心率值高于或者低于一定的值時系統(tǒng)會發(fā)光報警。人體正常體溫范圍為36～37.5℃，正常心率為60～100次/分，所以當測得的體溫以及心率超出以上范圍時，發(fā)光二級管發(fā)光進行報警，提示人們注意自己的身體狀況。

3 人體健康監(jiān)測系統(tǒng)應用前景分析

在科學技術突飛猛進的今天，人工智能產品起到了不可忽視的作用，尤其是各種智能化的儀器、儀表在人們日常生活和工農業(yè)生產中得到了廣泛應用，給社會帶來了極大的便利。本設計就是一個用單片機控制的人體健康的例子，它完成了從體溫、心率的采集、轉換、顯示以及控制的一系列任務。傳統(tǒng)的體溫測量辦法是利用體溫計計，這樣不僅測量時間長、讀數(shù)不方便、攜帶不方便無法達到實時監(jiān)測的目的，而且功能單一，已經不能滿足人們在數(shù)字化時代的要求。本文提出了一種新型的設計方案，利用DS18B20溫度傳感器，通過單片機80C51控制，經液晶顯示當前體溫。系統(tǒng)的心率測量部分主要監(jiān)測人體心率，借以發(fā)現(xiàn)人體是否處于危險狀況。雖然現(xiàn)今市面上有很多體溫、心率測試儀，但針對人們身體健康需要實時監(jiān)測的儀器卻很少，因此設計出可以實時監(jiān)測人體健康狀況的儀器十分必要。

4 結語

電子科技領域對人體健康監(jiān)測系統(tǒng)的研究由來已久，單片機種類和各模塊的設計方案也很豐富，面對殘酷的市場競爭，如何研究出更智能、更精準、更便攜的新型人體健康監(jiān)測產品是目前業(yè)內人士共同追求的目標。

[1]張瑞.基于ZigBee的人體健康監(jiān)測系統(tǒng)設計[D].曲阜師范大學，2014.

[2]劉偉.基于BIA的人體健康監(jiān)測與智能評價系統(tǒng)研究[D].合肥工業(yè)大學，2013.

[3]趙春燕.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的人體健康監(jiān)測系統(tǒng)研究[D].河北工程大學，2012.

TP274

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1004-7344（2016）06-0258-01

2016-2-2