腕带式心率体温计设计

《腕带式心率体温计设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《腕带式心率体温计设计（71页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、腕带式心率体温计设计摘 要在生活水平日益提高的前提下，人们对自身健康状况越来越关注。心率和体温是临床检查最常规的两个生理指标，通过它们可以简朴初步的理解一种人的身体状况。本设计选用单片机STC89C52作为控制单元，选用反射式光电传感器SON1303采集心率信号,并用SON3130集成运放对其进行放大整形，输出心率脉冲信号，选用温度传感器DS18B20采集人体体温数据，将获取的心率和体温通过单片机实时显示至屏幕上，同步对这两个重要的人体机能指标进行分析，在不正常范畴内运用蜂鸣器报警提示，从而构成一种基于单片机的腕带式心率体温计。【核心词】STC单片机；体温检测；心率检测；报警系统；SON130

2、3AbstractUnder the premise of rising living standards, people are increasingly concerned about their own health. Heart rate and body temperature is the most conventional clinical examination of two physiological parameters, they can by simple preliminary understanding of a persons physical condition

3、. The design uses SCM STC89C52 as the control unit, use reflective photoelectric sensors SON1303 collect heart rate signal, and put them to enlarge reshaping SON3130 integrated operational output heart rate pulse signal, the selection of the temperature sensor DS18B20 collecting body temperature dat

4、a, heart rate and body temperature will be acquired through the microcontroller to display on the screen in real time, while these two important indicators to analyze body functions, using a buzzer alarm is not within the normal range, so as to constitute a microcontroller-based heart rate strap the

5、rmometer.【Key words】STC microcontroller; temperature detection; heart rate detection; alarm system; SON1303目 录1引言1.1选题背景11.2研究目的11.3重要内容22方案设计2.1设计方案32.1.1设计规定32.1.2系统方案32.2单片机选择32.2.1单片机的现状32.2.2单片机的选择52.3心率传感器选择62.4温度传感器选择72.5时钟芯片选择82.6显示屏选型93硬件电路设计3.1单片机电路113.1.1STC89C52113.1.2单片机电路123.2心率采集模块133

6、.2.1光电传感器SON1303143.2.2集成运放 SON3130143.3温度采集电路163.3.1温度传感器DS18B20163.3.2温度采集电路173.4时钟电路173.4.1时钟芯片DS1302173.4.2时钟电路193.5液晶显示电路193.6其她电路203.6.1按键电路203.6.2报警电路204程序设计4.1心率程序设计224.2温度程序设计224.3时钟程序设计234.4显示函数235系统测试分析5.1系统测试255.2系统分析265.2.1精确度分析265.2.2优势分析276总结与展望28参照文献29致 谢30腕带式心率体温计设计1 引言本章重要简介了腕带式心率体

7、温计的设计与实现的研究背景与研究意义，此类心率体温计在现实生活中的应用前景，以及毕业设计思路和重要任务。1.1 选题背景当今社会，随着科学技术的飞速发展，特别是通信、信号解决以及大规模集成电路技术方面，人们的生活变得更加以便快捷的同步，人们对身体健康状况变得越来越关注。因此，身体健康成为人们越来越关注的话题，而作为人体机能两个最重要的指标心率和体温的检测就变得尤为重要了。心率，顾名思义，指的是心脏每分钟跳动的频率。它的快慢从一定限度上反映了心脏器官与否处在正常跳动的状况下，从而判断人体机能与否正常。可以说心率的不正常必然发生在人体生理状况病变或者即将病变的前提下。因此，心率的监测可以更好地避免

8、或者关注人们的病理状况。医院的检测监护设备价格太贵，一般患者无法承当家用的昂贵费用，由此人们迫切但愿更以便更便宜的测量自身心率状况的仪器，心率计便应运而生，由只能在医院检测飞入寻常百姓家，使每个人都可以简朴迅速的测量心率。体温也是反映人体生理状况的另一指标。测量措施有口测法、腋测法及肛测法，正常人的腋下体温在36-37之间。人体的温度是相对恒定的，在正常的范畴内会有轻微变动，一般波动不会超过1。一般生理状态下，上午的体温略微偏低，下午偏高。进餐、劳动或者运动等后的体温会轻度升高，老年人的体温偏低。根据发热限度的高下（口腔温度），可以辨别为：低热：体温达到37.5-38；中度发热：38-39；高

9、热：39-40；超高热：40以上。人体体温不在正常范畴,偏低或者偏高自身并不是一种病,而是某种疾病的临床体现。因此，临床上对人体检查体温，观测其变化对诊断疾病或判断某些疾病的避免有重要的意义。市面上的体温计虽然价格便宜易操作但是功能单一只能测量体温无法同步测量心率，而在当今生活节奏加快的今天，人们更但愿拥有一款便携、能同步测心率体温的监护产品，例如说腕带式健康手环，需要测量时只需带上手环即可。因此，本设计提出腕带式心率体温计这一概念，并进行研究。1.2 研究目的随着生活水平的提高，人们的生活节奏逐渐加快，工作压力也逐渐增大，人开始关注自身的健康。心率和体温是反映一种人与否处在健康状况下的两个最

10、基本也是最重要的生理参数。迅速精确的测量心率是现代医疗监测仪器的基本必备功能。医院采用的老式测量仪器，虽然精确性高，专业性强，但是体积较大，成本较高，一般人无法看懂，不适合家用。市面上的心率测量仪被人们制作的更小更智能，相比医院采用的大型仪器，它不仅体积娇小,并且还可以测量体温与否正常。尽管相比医疗上采用的心率监测仪器，市面上的心率体温计更实惠便捷，但是成本仍然较高，并不利于其普及。为此设计了基于STC89C52单片机的腕带式心率体温计，来检测人的心率和体温值并判断这两个指标与否正常，本次设计通过选用较为常用的电子元器件，使得成品心率体温计成本较低,测量过程操作相对简朴,性能好精确率高,可以实

11、时显示人的一分钟心跳数值, 也能测量人体体温并实时显示出来，合用绝大部分消费人群,因此有良好的市场前景。1.3 重要内容设计一种腕带式心率体温计，实现皮肤接触实时获取人体心率和体温数据并可视化，加入超限报警功能，实现人们以便的检测自己的身体指标的基本规定。在心率体温检测的基本上还加入时间显示功能。本设计重要实现的功能是检测心率和体温并将其和时间显示到屏幕上，当心率和体温处在不正常范畴时报警提示，因此该系统的设计可分为五大模块，分别是：心率信号采集模块、体温数据采集模块、时钟模块、超限报警模块和显示模块。本次设计所要完毕的任务：1) 元器件选择、硬件电路设计与调试，电路图仿真；2) 程序设计、调

12、试。3) 心率、体温检测、数据显示；4) 误差分析2 方案设计本设计是基于单片机的腕带式心率体温计的设计，需要采集温度和心率信号，不同的MCU和传感器均会对整个系统的性能产生一定的影响。本章简介了各部分的元器件选择（单片机MCU、温度传感器、心率传感器选择和时钟芯片选择）。2.1 设计方案2.1.1 设计规定本设计旨在开发一款功耗低、成本低且便携的腕带式心率体温计，具体规定如下：1) 实时显示被测者的心率值、体温值；2) 超限报警功能，报警值可通过按键更改；3) 时间显示功能；4) 心跳测量误差不不小于4分/次，体温精度0.1。2.1.2 系统方案通过温度传感器和心率传感器分别获取人体体温数据

13、和心率值，并由单片机进行分析显示，判断与否超限报警，加入时钟模块并显示时间。系统总体框图如图2-1所示。图2-1 系统总框图2.2 单片机选择2.2.1 单片机的现状单片机又称为单片微型计算机，它是微型计算机（简称微机）的一种重要分支，颇具生命力。单片机将微机的许多基本性的功能所有集中到一种小小的半导体芯片上，例如说中央解决器、存储器、I/O接口、定期/计数器等。因此尽管单片机只是一块小小的芯片，但麻雀虽小五脏俱全。与通用型微机相比，单片机体积小功能强大，使得其运用品有相称高的灵活性和广泛性，大量运用于嵌入式系统。近一百年来，人们在电子方面的研究技术越来越先进。科技变化生活，数码电子产品几乎渗

14、入到人们生活的方方面面，是人类生活更加科技化，固然也规定着电子产品功能更多性能更佳，也加快了电子产品更新换代的速度。这一切都离不开单片机。目前，电子产品均向高性能和多品种方向发展，单片机也不例外。在外观变的更小容量变的更大的同步它还必将更加CMOS化、性能更高、功耗以及成本更低。单片机的应用尚有一种重要意义，那就是它从主线上变化了老式控制系统的设计理念和措施。老式控制系统是必须由模拟电路或者是数字电路实现大部分需要的功能，而目前用单片机通过软件的措施即可实现。单片机通过好几代的发展，正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强I/O功能及较好的构造兼容性方向迅速发展。估计，其发

15、展趋势重要环绕如下几种方面：高集成度。单片机会将多种功能的I/O口和某些典型的外围电路集成在芯片内 ，使单片机功能更加强大。 高性能。单片机从单CPU到多CPU方向发展，具有并行解决能力，例如罗克韦尔公司的单片机R65C29就采用了双CPU的构造，其中每一种CPU都是增强的6052。低功耗。目前，市场上有一半的单片机产品已经CHMOS化，这一类单片机具有低功耗的特点。有许多单片机已经可以在2.2V甚至1.2V、0.9V电压下工作，功耗极低。高性价比。市场上单片机种类多如牛毛，人们在选用单片机型号时不仅考虑到性能还会考虑到价格，只有价格适中功能强大的高性价比的单片机才会在剧烈竞争的市场上存活下去

16、，因此高性价比必然是大势所趋。在嵌入式系统低端的单片机领域，有众多品牌，但在实验学习当中接触最多的便是STC系列单片机，故本次设计采用的为STC系列单片机。STC单片机的特点如下：1) 加密性强：破解难度极高，国内能解密的人很少，一般仿制者望而却步；2) 超强抗干扰能力、超低功耗3) 在系统可编程，无需编辑器，可远程升级4) 增长硬件看门狗、高速SPI通信端口、PWM、A/D等5) 较高性价比2.2.2 单片机的选择本次设计决定采用STC系列单片机作为主控制器，对于该系列单片机可以有两个选择，一种是STC89C52，另一种是STC12C5A60S2，它们都是宏晶公司生产的单片机。STC89C5

17、2低耗高能，它采用了通过优化过的C51内核，加入了许多一般C51单片机没有的功能。该单片机虽然只有8 位得CPU ，但是配合8Kb的Flash，可以实现相称多的功能，造就了其虽成本低然功能多的使用特性，因此在嵌入式中受到青睐。其实物图如图2-2所示。图2-2 STC89C52单片机STC12C5A60S2潜采用增强型8051CPU，单时钟设计，机器周期达到1T，因其不仅指令代码、管家完全兼容老式的8051，并且片内拥有大容量达到60Kb的Flash程序存储器，可以让使用者瞬间删除改写，使得该系列单片机在众多51单片机中具有更大竞争力。该系列单片机对设备规定比较低，能有效缩短开发周期，还可以对片

18、内程序进行加密，避免劳动成果被窃取。STC12C5A60S2单片机如图2-3所示。图2-3 STC12C5A60S单片机由于本次设计对单片机规定不高，出于成本的考虑以及学习中对前者接触更多，决定采用STC89C52作为本次设计的主控芯片。2.3 心率传感器选择市场上有许许多多有关怀率值测量的电子仪器，不仅精确度高并且使用很以便，但是售价颇高。一般心率计测量心率有如下两种措施：釆用压电式或者光电式传感器实现。（1）压电式传感器压电式传感器由压电式元件构成，在受到压力时表面产生电荷，它的的检测原理是使用压力传感器将人体脉搏产生的震动转换成模拟电信号。压电式传感器的输出信号比较大，对放大电路规定不高

19、，不仅如此，压电式压电传感器还具有频带宽、敏捷度高、信噪比高、构造简朴、稳定性高和重量轻成本低等长处。压电传感器如图2-4所示。图2-4 压电式传感器（2）光电式传感器光电式传感器是基于光电效应的传感器，指在受到紫外光到红外光的照射下会产生光电效应，从而将光能量转化为电信号的一类器件。光电式传感器的检测原理是运用人体内血液流动时对光的透过率或反射率不同而将脉搏信号转换成电信号。这种措施一般采用对射式和反射式两种方式。对射式是将一种LED发射管和一种接受管相对放置，反射式是将LED发射管和接受管朝向一致的放置在同一侧，手指血管中的血流量的变化会引起光电接受管的输出电流变化，从而检测出心率。相比对

20、射式，反射式光电传感器接触点在同一侧，避免了因肤质问题导致的测量误差。一般医学上采用指夹式心率传感器检测心率，如图2-5所示。图2-5 指夹式心率传感器综上所述，从传感器的制作工艺、材料的选用、受外界的干扰信号的干扰限度和制作过程中放大整形电路的解决难易限度上考虑，本次设计采用松恩电子生产的集成SON1303心率传感器的SON1205模块获取率值。2.4 温度传感器选择温度传感器是温度传感模块的核心部分，品种繁多，有接触式和非接触式之分，接触式重要有热电式传感器，热电偶传感器，热电阻传感器三种。（1）热电偶传感器如图2-6所示，采用热电偶传感器测量温度。热电偶传感器具有装配简朴，测量范畴广，测

21、量精度高，响应快，使用寿命长，耐压性能好的长处，但价格较高。图2-6 热电偶传感器（2）热电阻传感器热电阻传感器电阻温度特性稳定，复现性好，没有参比度误差问题，测量精度高；有较大的测量范畴，特别是在低温方面；易于使用在自动测量方面。热电阻传感器如图2-7所示。图2-7 热电阻传感器（3）可编程数字温度传感器DS18B20DS18B20具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的长处，输出数字信号，只需要一根IO线便可直接与单片机直接通信。温度传感器DS18B20如图2-8所示。图2-8 DS18B20热电偶和热敏电阻温度传感器都是把温度转化为模拟电信号，这种传感器与仪表之间一般都连接一根专门

22、的价格较高的温度补偿线，如果补偿线太长，还会影响到测量精确度。DS18B20传感器是将温度转化为数字电信号的传感器，用其采集温度则可以避免这一类问题，并且DS18B20只需要一种I/O口便可以与MCU直接进行通信，不仅价格更低并且精度更高，因此采用DS18B20作为本次设计的温度传感器是最佳的选择。2.5 时钟芯片选择本次设计采用STC89C52作为主控芯片，芯片内部有时钟计时功能。故时钟芯片选择有如下两种方案。（1）采用内部时钟计时。（2）采用时钟芯片DS1302。采用内部时钟计时，虽然可以减少成本、节省IO口，但是其内部振荡器使用的是阻容震荡，不仅精度不高，并且温漂也比较大，如果使用了串口

23、或者PWM等对时钟比较敏感的功能，会使得时钟产生混乱。而采用时钟芯片DS1302，不仅可以对时间进行时分秒计时还可以对年月日周进行计时，就算使用串口等对时钟比较敏感的功能，也不会产生任何影响，并且在接通备用电源的状况下就算系统掉电DS1302还会继续计时，免除了每次都要设立时间的麻烦。因此选择DS1302。2.6 显示屏选型本次设计可采用如下两种方案作为显示屏。（1）采用数码管显示。数码管是一类通过对其不同的管脚输入相对的电流，会使其发亮，从而显示出数字或者某些简朴字符的显示屏。在家电方面运用较多，像洗衣机、电饭煲、微波炉上都能轻松的看到它的身影，很大一部分因素是因此其价格便宜针对性强。数码管

24、如图2-9所示。 图2-9 数码管数码管共有a、b、c、d、e、f、g、dp这8个段，每一种段都可以当作LED小灯，其可以当作由8个LED小灯构成。数码管的动态显示其实就是轮流点亮数码管，运用人的余晖效应让数码管同步显示实现动态显示。由于数码管LED灯的点亮时间只有短短的几ms，闪烁时间过快，人眼主线无法感知，像静态显示同样，不仅可以节省I/O口，并且功耗更低。（2）采用LCD1602显示屏显示。1602液晶，顾名思义可知其容量，显示两行，每行显示16个字符。LCD1602液晶单元是容性负载，可视为无极性电阻，它的工作电压在4.5V到5.5V之间。由于LCD1602液晶单元在直流电压作用下会产

25、生电解作用，因此必须要用交流电压供电，或者限定交流电压中直流成分不超过20mv。1602每行只能显示16个字符，它也只有16个引脚，16个引脚中有三个是读写选择和使能端，控制液晶的读写命令和数据，有八个是数据引脚，通过这八个数据引脚来读写数据命令，这里统一接到CPU的P0口上。LCD1602液晶显示屏的显示信息量大、寿命长和低电压供电等长处使其得到广泛运用。LCD1602如图2-10所示。图2-10 LCD1602显示屏采用数码管显示时间温度数据简洁以便，十分明了，但是需要用到好几种数码管，占用I/O接口比较多，不仅极大地减少了I/O口的有效运用率，并且只能显示数字及a-f英文字符。虽然使用L

26、CD1602在编程上比数码管显示的复杂性要高，但其占用的I/O资源相对较少，显示的内容也比数码管要多，显示数值的同步还可以显示英文字符串，因此使用LCD1602显示屏显示。3 硬件电路设计本设计以STC89C52单片机为核心，采用反射式式光电传感器SON1303采集心率信号，并通过集成运放SON3130对其进行放大、整形将心率模拟信号转化为方波信号并传播到单片机中，整个过程由集成模块SON1205完毕，采用温度传感器DS18B20进行体温检测，将温度数据以数字电信号的形式传播到单片机中，运用外部时钟芯片DS1302保存时间（时、分、秒、年、月、日）信息并传播到单片机中，单片机解决接受到的心率、

27、温度和时间信息，分析心率体温与否正常，不正常将启用蜂鸣器和LED灯报警提示，同步将数据传送到LCD1602上显示出来，硬件仿真电路图如图3-1所示。图3-1 硬件仿真电路图本章将具体简介硬件各部分构成以及电路设计。3.1 单片机电路3.1.1 STC89C52本次设计采用STC89C52作为主控芯片控制系统各部分的运转。虽然该单片机虽然只有8 位得CPU ，但是配合8Kb的Flash，可以实现相称多的功能，造就了其虽成本低然功能多的使用特性，应用范畴相称广。STC89C52使用的是封装形式是PDIP封装。其引脚图如图3-2所示。图3-2 STC89C52的引脚图该单片机为功耗不高于0.1uA的

28、掉电工作模式，掉电模式下可以被外部中断唤醒，在中断返回后，会继续执行本来的程序，空闲模式下功耗仅为2mA，正常工作状况下其功耗也仅仅为4-7mA，合用于水表、气表等电池供电系统及便携设备。引脚功能如Error! Reference source not found.所示。表 31 STC89C52引脚功能表引脚编号引脚名称引脚功能1Vcc接电源2Gnd低电平接地3P08位漏极开路双向I/0口、地址/数据总线复用口4Pl& P28位带内部上拉电阻双向I/O口，可驱动4个TTL逻辑门电路。5P3可以作为输入或者输出口，外接输入或者输出设备，也可以使用第二功能。6RST复位引脚，浮现高电平会使单片机

29、复位。7ALE/PROG它可对外输出时钟或用于定期目的。8PSEN其输出是外部程序存储器的读选通信号9EAVPP当其值为1是没措施访问外部存储器的10XTAL1晶振电路输入端11XTAL2晶振电路输出端3.1.2 单片机电路单片机STC89C52作为本次设计主控芯片，控制着整个系统的工作运营，其电路图如图3-3所示。XTAL1和XTAL2接晶振电路，RAT接复位电路，P10P12接DS1302获取时钟信号，P13接入心率信号，P0数据口接LCD1602液晶显示屏，P32接DS18B20数据接口，采集温度信号，P35P37接按键电路，P15接报警电路。图3-3 单片机电路3.2 心率采集模块本次

30、设计心率信号的采集解决使用的是集成模块SON1205，如图3-4所示。图3-4 SON1205该模块基于松恩电子的心率传感器SON1303设计，尺寸可达到5mm*12mm，反映敏捷，上电后来瞬间就可以测试出心率，稳定性高，虽然顾客在剧烈运动中仍然可以监测心率，板子上提供了4个引脚，分别是VCC,GND，心率波形输出和心率脉冲输出。该模块电路图也即心率采集电路图如图3-5所示。 图3-5 心率采集电路SON1205重要由光电传感器SON1303和集成运放SON3130构成。SON1303传感器采集心率信号，对其进行一级放大和滤波，然后又SON3130集成运放进行放大整形，将模拟信号转换成单片机可

31、以直接解决的数字脉冲信号。3.2.1 光电传感器SON1303SON1303是反射式光电传感器，用于采集人体心率信号，输出模拟量，理论上合用于人体各个部位。该传感器使用反射率比红光更高的绿光作为发光二极管，是接受端信号更强，敏捷度更高，虽然在心率信号难获取的部位也能获取稳定的心率。同步，其内部还集成了光滤波传感器，通过检测环境光，将干扰光信号过滤掉，减少外部干扰。 SON1303内部集成一级放大电路，SON1303外围电路如图3-6所示。R1和R2为双绿色LED灯， VOUT输出心率模拟信号。图3-6 SON1303外围电路图3.2.2 集成运放 SON3130SON3130是专门为心率传感器

32、SON1303而设计的集成运放，以实现心率信号的数字信号输出。SON3130集成多种运放，其引脚图如图3-7所示。 图3-7 SON3130引脚图不仅可以实现信号的放大还可以对模拟信号进行模电转换，原理是运用运放构成比较电路，来判断心率信号电压大小，不小于比较电压部分的则输出5V，不不小于比较电压部分的输出0V，从而将模拟信号转化为0-5V的数字脉冲信号，其外围电路如图3-8所示，电路等效图如图3-9所示。图3-8 SON3130外围电路图图3-9等效电路图最后SON3130的5号引脚输出心率方波信号，与单片机的P13相连，将心率脉冲信号传播给单片机。3.3 温度采集电路3.3.1 温度传感器

33、DS18B20本次设计采用温度传感器DS18B20得到体温值。该传感器抗干扰强、误差小、内部集成转换电路使输出量为数字信号，除此之外，还可以编程，使用相称的以便，只要将其通信口直接接到单片机上就行。其硬件原理图如图3-10所示。图3-10 DS18B20原理图 图3-11 DS18B20温度数据格式DS18B20最多只能把12位的温度数据保存在寄存器中，如图3-11所示。一共两个字节，上面一行代表低字节，下面一行代表高字节，其中左边代表字节高位，右边代表字节低位。图中除了S代表符号位以外，其她的数据位寄存的是二进制数，表达温度数据，每一位都相应一种温度。其测量范畴是-55+125，而其温度数据

34、，是通过寄存器中的16位二进制数来表达温度（涉及其符号），寄存器中每个数字变化都代表温度也产生相应变化，如Error! Reference source not found.所示。通过表格可知，由于二进制数最小变化为1，因此通过DS18B20获取温度其最小变化是0.0625。表 32 DS18B20温度值TEMPERATUREDIGITAL OUTPUT(Binnary)DIGITAL OUTPUT(Hex)+1250000 0111 1101 000007D0H+25.06250000 0001 1001 00010191H+10.1250000 0000 1010 001000A2H+0.

35、50000 0000 0000 10000008H00000 0000 0000 00000000H-0.51111 1111 1111 1000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FF6FH-551111 1100 1001 0000FC90H单片机读取该传感器的温度数据需要对其进行复位操作，复位成功后接连发送读ROM和写RAM指令，然后才干对其进行操作。复位操作过程如下：CPU先把通信线电压高电平拉低500s，在拉高电平。当温度传感器感受到这个信号并不是直接发出存在信号脉冲（持续60240微秒），而是

36、延迟一段时间（1660微秒之间），单片机收到存在脉冲代表复位完毕。3.3.2 温度采集电路DS1302只有一种IO通信口，其管脚图如图3-12所示，在实际使用中，只需将IO通信口接到单片机上，VCC接高电平，GND接低电平，单片机即可读取数字温度，温度采集电路图如图3-13所示。 图3-12 DS18B20管脚图 图3-13 DS18B20仿真图3.4 时钟电路3.4.1 时钟芯片DS1302DS1302是美信公司推出的一种高性能、低功耗、带有RAM的实时日历时钟的电路，采用串行方式与单片机通信，可对年月日星期时分秒进行实时计时，并具有闰年补偿功能。DS1302内部有一种大小为31字节的RAM

37、区，可用于寄存临时性数据。它采用三线接口与MCU进行通信，此外也具有宽电压的工作特点。其外部引脚和内部构造框图如图3-14和3-15所示。图3-14 DS1302引脚图 图3-15 DS1302内部构造框图8个引脚功能如Error! Reference source not found.所示。表 33 DS1302引脚功能图引脚编号引脚名称引脚功能1Vcc2主电源引脚，为时钟芯片工作供电2X1接32.768K的晶振，为时钟计时提供频率基准3X24GND接地5CE这个值为1单片机才可以读取时间数据6I/O单片机读写时间数据都是由这个引脚完毕7SCLK与单片机相连，作为通信的时钟信号8Vcc1接备

38、用电源，当芯片处在掉电状况下，由备用电源供电，保证时间继续计时DS1302的一条指令一种字节共8位，其中最高位只能是1，代表写入有效；第6位是选择RAM还是CLOCK的，为0则用RAM功能，为1则用CLOCK功能；第5位到第1位决定寄存器的地址；第0位是读写位，为0代表读，为1代表写。命令字节的格式如图3-16所示。765432101RAMA4A3A3A1A0RD图3-16 DS1302命令字节该时钟寄存器只有8个是和时间有关的，分别是秒分时日月星期年以及一种写保护位。寄存器的地址只有五位，从0b000000b00111。由于第零位，第六位，第七位都已经给出来了，因此转换成16进制读写指令则变

39、成8xh，例如秒寄存器中81h、80h代表读写，具体详情如Error! Reference source not found.所示。表 34 DS1302的时钟寄存器读写76543210范畴81h80h标志位秒的十位秒的个位005983h82h分钟十位分钟个位005985h84h12/010小时十位小时个位112/023/PM87h86h00日的十位日的个位13189h88h000月的十位月的个位1128Dh8Ah00000星期只有个位178Dh8Ch年的十位年的个位00993.4.2 时钟电路DS1302与MCU连接只需要3条线（I/O、SCLK、），单片机即可获取时钟数据，时钟电路图如图

40、3-17所示。图3-17 时钟电路图3.5 液晶显示电路LCD1602显示电路图如图3-18所示。LCD1602的D0D7口与单片机的P0通信口相接，RS、RW、E接口与单片机P20P22相接，VSS引脚接地，VDD引脚接5V高电平，本次设计为了以便取消灰度对比度调节，故VEE默认接大概0.65V的电压。图3-18 LCD1602显示电路图3.6 其她电路3.6.1 按键电路由于I/O口足够多，并且按键采用线性按键。三个按键右侧的引脚并联接地，左侧引脚分别于CPU的P30P32相接。有程序控制扫描，KEY1代表切换模式，KEY2代表设立值加，KEY3代表设立值减。按键电路如图3-19所示。图3

41、-19 按键电路3.6.2 报警电路报警电路如图3-20所示。两LED灯分别与单片机上的P26、P27相连，心率超限时灯1亮，体温超限灯2亮，反之，不亮。BUZ与单片机的P17接口相连，当所测体温和心率两者超过正常值范畴，BUZ处在低电平状态，PNP导通，蜂鸣器响；否则，BUZ处在高电平，PNP截止，蜂鸣器不响。图3-20 报警电路4 程序设计主函数开始先进行LCD初始化，时钟初始化，之后进入while循环，判断与否有按键按下，若无按键按下，运营心率、体温和时间解决函数获取有关数据，然后对比报警值判断与否报警并运营显示函数将心率、体温以及时间显示到屏幕上；若按下KEY1键，则显示报警值设定，从

42、心率下限值、上限值，温度下限值、上限值依次切换；若在按下KEY1键的基本上，按下KEY2或者KEY3键则分别代表加减报警值，同步运营显示程序将报警值显示出来。总体程序流程图如图4-1所示。图4-1程序总框图本章重要简介心率、体温、时间和显示模块的程序设计。4.1 心率程序设计通过定期中断每10微秒采集一次心率信号，通过计算两个脉冲的间隔时间得出实时心率值，判断与否否超限启动报警。程序流程图如4-2图所示。图4-2 心率程序框图4.2 温度程序设计一方面要将DS18B20温度传感器内存初始化，以此读取数据寄存器中的温度数据，并将16位二进制数据转化为十进制温度数据，从而得出温度（由于测量的是体温

43、，故舍弃掉符号位和百位数据）。温度程序框图如图4-3所示。图4-3 温度程序框图4.3 时钟程序设计依次读取芯片内部有关时间的8个寄存器的时间数据并将其显示到液晶屏上。时间解决程序框图如图4-4所示。图4-4 时间解决程序框图4.4 显示函数显示函数是将要显示的数据显示到LCD1602液晶屏上的程序解决方式，通过调用显示函数可以以便的将心率、体温以及时间等数据以便精确的显示到屏幕的具体位置上。数据显示程序框图如图4-5所示。图4-5 显示程序框图5 系统测试分析5.1 系统测试系统分为程序测试、仿真测试和实物测试。程序调试成果如图5-1所示，测试成果正常，无逻辑错误。图5-2 程序测试图本次设

44、计仿真测试采用Proteus仿真软件进项仿真，载入程序后，运营正常，仿真测试如图5-2。其中心率信号采用方波信号替代。图5-2 仿真电路图程序和仿真测试成果均正常，下面即可开始测试硬件电路，下载好程序，硬件测试也正常。硬件电路测试成果如图5-3所示图5-3 硬件电路测试图5.2 系统分析5.2.1 精确度分析根据硬件测试成果可知，基本功能得以实现，本次设计基本达到预期效果，实现心率和体温的监测。针对心率和体温的对的性进行分析，对于不同个体，用本次设计的心率体温计的测量值与脉搏计测量成果对比分析本设计实物的误差值，成果分别如Error! Reference source not found.和E

45、rror! Reference source not found.所示。表 51 心率测量成果比较编号简易心率体温计听诊器误差178801288891392902465671595941表 52 体温测量成果比较编号简易心率体温计体温计误差136.136.20.1235.935.80.1336.736.40.3436.236.20536.636.80.2可以通过原则差公式对本次测试数据进行误差分析，原则差值越故事明本次设计成果越精确，趋于0则表白基本无误差。原则差公式如下： （5.1）分别把心率值和体温测量成果代入上述公式，可得心率测量原则差为0.26，体温测量原则差为0.13。均趋于0，阐明

46、误差较小。5.2.2 优势分析相比其她有关怀率的设计，本次设计腕带式心率体温计的心率测量速度更快，理论上可以毫秒级（大概10ms）实现心率测量，且测量成果稳定，而其她心率设计一般需要几秒甚至更长时间。表5-3是本设计心率测量时间和一般心率计测量时间对比以及误差对比。表53 测量时间及测量值对比测量次数腕带式心率体温计一般心率计测量时间心率测量值测量时间测量值第1次0.1s76380第2次0.1s79378第3次0.2s70576本次测量时间测量采用手工计时，尽管不可避免产生误差，但对比上表可知，本次设计的腕带式心率体温计测量时间更短，测量值虽有波动但总体均匀，相差不大，一般心率计测量时间相对较

47、长，两者测量值相差不大，可以得出本次设计相比其她设计具有迅速测量的优势。同步，本次设计均采用模块化设计，各功能互不干扰，剩余IO口充足，不仅调试以便，后续还可以加入更多功能，使设计更加完美。6 总结与展望随着现代生活水平的提高和时代经济的迅速发展，人们对自身健康的关注限度越来越高，但愿拥有一款能实时关注自身健康并且便携实惠的监护产品，腕表式健康手环越来越受到推捧。本次所设计的腕表式心率体温计成本较低、精确度高以及良好的便携性，具有实际意义。虽然本次设计达到设计规定，实现了心率体温的监测，但由于本人能力有待提高，以致于本次设计还存在好多药改善的地方，例如程序不够简洁，电路均采用模块化设计，液晶显

48、示数据单一等，同步本次设计的测量比较单一，例如没有加入血氧、血糖以及血压等功能。江山代有人才出，我相信后来的腕带式监护产品肯定会完善更多更优质的功能，让我们的生活更加简朴美好。为了更好的完毕本次设计，提前两个月开始做毕设，上网翻看资料，理解有关设计，只为达到设计目的。各个模块的方案反复进行选择，例如心率信号采集，一开始选用红外对管作为传感器，但后期放大电路以及比较电路十分复杂，实现难度较大，后来找资料决定采用集成芯片SON1205从而解决心率电路问题。通过这次毕业设计，体会到了做一件事，能坚持才是完毕这件事的最重要的。参照文献1 艾学忠主编，刘伟，陈北辰副主编单片机原理及其接口技术 M北京：清

49、华大学出版社，：26292 陈春晓等无仓，血管功能测试诊断仪的研究J生物医学工程学杂志，.1.15(33).3 眭仁武主编，阳平，周志方，徐雨明等副主编汇编语言与微机原理 M北京：中国水利水电出版社，：1161284 郭尚平一种数字心率计的研制J中国医疗器械杂志，1994，第18卷，第6期，330-3345 何钦铭，颜晖C语言程序设计 M北京：高等教育出版社，：75836 韩文波，曹维国，张精慧光电式脉搏波监测系统J长春光学精密机械学院学报，1999，第22卷，第4期，2-6.7 何忠蛟. 基于单片机控制的心率计J邵阳学院院报，第5卷，第2期，28-298 李朝青.单片机原理及接口技术（简要修

50、订版）.杭州：北京航空航天大学出版社，1998.9 刘文，杨欣，张铠麟基于AT89C2051单片机的指脉检测系统的研究J医疗装备学报，第17卷，第9期，2-1410 沙占友智能化集成温度传感器原理与应用M北京：机械工业出版社，11 童诗白、徐振英编.现代电子学及应用.高等教育出版社M,1994.12 张俊谟.单片机中级教程.北京：北京航空航天大学出版社，.13 张齐，朱宁西单片机应用系统设计技术基于C51Proteus仿真 M第3版北京：电子工业出版社，：16718114 K.D.TAYLOR.Technicalnote-(Keywords-Cardiotachometer,Pulsegene

51、rator)Precision cardiotachometer calibrator .Med. & Biol. Eng. & Comput.1977. 15.476-478.15 Koenig L JAccelerated C+Practical Programming by ExampleMAmerica：Addison Wesley，.16 Yunus A Cengel，John M CimbalaElectronic Fundamentals and ApplicationsMAmerica：McGraw-Hill Science，致 谢时间过得真快，从毕业选题到论文整顿完毕，明明半

52、年的时间却感觉仅仅过了几天同样。毕设的完毕也意味着大学生涯即将结束，从至今四年的时间里，学到了许多东西，然而究竟要去说再会。在此，我衷心的感谢在完毕毕设期间对我提供协助的那些人。一方面我要感谢我的指引教师肖大雪的对我的论文的指引和协助。X教师在怀孕期间不辞辛苦指引我本次毕设的框架内容和整体格式，对我不懂得方面，例如说心率信号解决代码部分，仔细帮我分析，给我检查程序错误，不辞辛苦。不仅让我受益良多，并且也使得论文进度大大加快。X教师律己严谨的态度和孜孜好学的心态也给了我很大影响。再次感谢X教师对我的无私协助！同步也感谢学院其她教师对我的指引和协助！另一方面要感谢的是XX、XXX以及XXX同窗，在

53、硬件调试时对我提供的援助。使得心率功能得以实现，特别是XX同窗，在放大电路难以实现时，向我推荐集成模块，轻松解决了这个问题。也感谢本班其她同窗对我的其她协助！最后，我要感谢我待了四年的母校江西财经大学，在这里我度过了风华正茂的时光，学习了此生铭记的知识。在即将开始研究生学习生涯的时候，还运用毕设给了我一次锻炼自己的机会。7 附录7.1 upon1.c文献#include #include / #include #include #include #include /#include /#include /sbit LED0=P26;/sbit Send_SMS_Text_key=P34;/TE

54、XTsbit P27=P27;uchar Wendu_H=40;/uchar Wendu_L=30;/void main() InitLcd(); Tim_Init(); lcd_1602_word(0x80,16, Starting. ); lcd_1602_word(0xc0,16, Please wait! ); / /Uart_Init();TR0=1; TR1=1; / while(1) / if(Key_Change) / Key_Change=0; / View_Change=1; switch(Key_Value)/ case 1:/ View_Con+;/ if(View_C

55、on=5)/ View_Con=0; break;/ case 2:/ if(View_Con=4)/ if(Wendu_H150)/150 Wendu_H+;/+ if(View_Con=3)/ if(Wendu_LWendu_H-1)/-1 Wendu_L+;/ if(View_Con=2)/ if(Xintiao_H150)/150 Xintiao_H+;/+ if(View_Con=1)/ if(Xintiao_LWendu_L+1)/+1 Wendu_H-;/ if(View_Con=3)/ if(Wendu_L30)/30Wendu_L-;/ if(View_Con=2)/ if(Xintiao_HXintiao_L+1)/+1 Xintiao_H-;/ if(View_Con=1)/ if(Xintiao_L30)/30 Xintiao_L-;/ break; if(View_Change)/ View_Change=0;/ if(stop=0) / if(View_Data0=0x30) /0 View_Data0= ; else /50005s View_Data0= ; View_Data1= ; View_Data2= ; switch(View_Con) case 0: / lcd_1602