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前言 本文利用凌陽單片機設計了便攜式多功能實時生理參數監測儀，具有播放MP3的功能，可達到提高身體鍛煉質量的效果。 系統硬件設計 系統以單片機為核心，配置了各種集成傳感器，體積小巧。由于采用了微型封裝的芯片及元器件，使連線變短，減少了通信接口，從而提高了整機工作的可靠性。系統硬件結構如圖1所示。 SPCE061A單片機 SPCE061A單片機內部集成了ADC、 DAC、32KB的Flash和2KB的SRAM,以及液晶驅動模快。利用該單片機作為處理芯片，使得模、數信號之間的轉換以及液晶驅動可以通過軟件來實現，避免了外界信號的干擾，提高了系統的穩定性及抗干擾能力。 圖1 系統硬件結構框圖 DS18B20溫度傳感器 DS18B20溫度傳感器采用12位存儲溫度值對應的數字表示形式，理論精度可達到0.05℃ ，能實時、精確地檢測到人體溫度的變化，可通過單片機在液晶顯示器上顯示溫度。 DS18B20與單片機的典型接口設計 可以采用外接電源與寄生電源(即從數據線上得到供電電源)兩種方式供電，如圖2所示。 使用DS18B20的注意事項 (1)DS18B20從測溫結束到將溫度值轉換成數字量需要一定的轉換時間，這是必須保證的，不然會導致轉換錯誤，使溫度輸出總是顯示85℃。 (2)在實際使用中發現，應使電源電壓保持在5V左右，若電源電壓過低，會使所測得的溫度與實際溫度出現偏高現象，經過試驗發現，一般在5V左右。 (3)較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS18B20與單片機間采用串行方式傳送數據，因此，在對DS18B20進行讀寫編程時，必須嚴格保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果。 (4)在DS18B20測溫程序設計中，向DS18B20發出溫度轉換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，一旦DS18B20接觸不好或斷線，當程序讀該DS18B20時，將沒有返回信號，程序進入死循環，這一點在進行DS18B20硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。 ZD-3微震動傳感器 ZD-3微震動傳感器是一種有源的高靈敏度微功耗檢測元件，以正弦波形式輸出，可利用74LS14施密特觸發器將其轉換成脈沖波，輸入單片機檢測高電平，能實時記錄跑步者或鍛煉者的步數，進而得到鍛煉者的能量損耗，以利于更有效地進行鍛煉。 HK-2000A脈搏檢測傳感器 HK-2000A傳感器是一種主要用在運動、健身器材上檢測脈搏的傳感器，以脈沖波的形式輸出。當脈搏波動一次時輸出一正脈沖，可將其輸出信號輸入單片機，檢測高電平，記錄脈搏。 OCM4X8C液晶顯示模塊 OCM4X8C液晶顯示模塊采用128×64點陣的漢字圖形液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內置國標GB2312碼簡體中文字庫(16×16點陣)、128個字符(8×16點陣)及64×256點陣的GDRAM繪圖區域�？膳cCPU直接接口，提供8位并行及串行連接方式連接微處理器。該液晶顯示模塊具有多種功能：光標顯示、畫面移位、睡眠模式等。配合1×4鍵盤可實現參數設置、瀏覽和修改分析結果，以及進行各種人機對話，能實時顯示各種生理參數值。 圖 2 寄生電源供電 利用凌陽單片機內部的語音功能，采用軟件控制，當參數超過閾值時發出報警信號，同時輸出一高電平，用以驅動發光二極管，這樣更容易提醒鍛煉者。 呼吸氣流溫度檢測模塊 為了減少熱惰性帶來的誤差，準確地測量呼吸氣流溫度的變化，要求熱敏元件熱容量越小越好，其位置位于呼吸道中氣流速度最大的地方。因此，在電路中選用BLTS101 PN結溫度傳感器(熱響應時間τ<0.2s)。恒流源向PN結提供100μA的恒定正向電流，則PN結的正向壓降僅隨溫度T的變化而變化，該電壓信號由前置放大器放大后，通過一個4.84Hz低通濾波器，再變換為數字信號送入單片機。 系統軟件設計 軟件設計采用模塊化結構和菜單操作。利用C61(類似于C語言的凌陽單片機編程語言)及匯編語言編寫軟件，在液晶顯示屏上實時顯示各種生理參數數據，數據存儲采用Flash， 這樣，在更換儀器電池時不會丟失數據。所有測量參數均可設定上、下報警閾值，當任一參數超過閾值時都能發出聲、光報警。根據設計的需要，可以利用消聲鍵停止報警。儀器進入工作狀態后，主程序首先完成對液晶顯示屏的初始化，然后進入檢測狀態。由于呼吸阻抗信號具有基線漂移現象，因此，在軟件設計中采用一種變化中值檢測法對基線進行校正，具體方法是把上一次呼吸周期內的中值點作為本次呼吸周期的檢測點，這樣即可克服在正常檢測電壓范圍內的基線漂移現象所帶來的漏檢情況。 數據采集部分 生理參數的實時數據采集主要通過傳感器進行。在測量人體溫度時，由于體溫在鍛煉時的變化比較緩慢，因此，主要運用軟件定時中斷的方法進行檢測。在檢測步數和脈搏等參數時，主要記錄的是頻率，只需采用軟件計數就可以，根據檢測到的高電平，計數器進行自加運算，從而記錄頻率。 參數閾值設定 由于正常情況下人體溫度在36.5℃左右。因此，設定溫度閾值的初值為36.5℃，以0.25℃為步進量，可以用上下鍵增減，每按一次按鍵，就遞增或遞減0.25℃，直到達到鍛煉者想要設定的閾值為止(在35℃～42℃之間)。其它參數的設定情況類似。 液晶驅動程序設計 系統顯示功能的實現，實際上就是對OCM4X8C液晶顯示模塊的驅動編程。本文按照結構化的編程思想，利用C61語言將上翻、下翻、返回和確定等按鍵功能編成子函數，這樣便于主程序的調用。限于篇幅，液晶驅動程序不在此詳述。 結語 本方案 輕便小巧，適合室內、室外鍛煉時使用。同時，如果能將藍牙模快集成到該儀器中，可以實現這些生理參數的無線傳輸，實現對老人或病人的遠程看護。 |
