家用多功能健康状态检测仪的研制

家用多功能健康状态检测仪的研制

姓名：孙鹏宇申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：张元良

20091201

大连理工大学硕十学位论文摘要本文研制了一种利用１６位高性能低功耗微处理器ＭＳＰ４３０为核心的一款家用多功能健康状态检测仪。家用多功能健康状态检测仪着眼于家庭用户的日常应用，根据日常需要本课题实现４种测试：血压、脉搏、体温、呼吸。其硬件组成部分主要有传感器电路、滤波电路、比较器电路、１２８６４液晶显示电路、按键、稳压电源ＵＳＢ接口电路、时钟电路和数据存储电路以及气泵驱动电路。主要实现了对人体四项基本体征信号的测量及计算，并将信息在ＬＣＤ上显示，所采集的数据保存于数据存储器中，待测试仪与电脑通过ＵＳＢ接口连接时，可从ＰＣ端读取所存储的数据。本课题对家用多功能健康状态检测仪的被监护对象在睡眠时发生的呼吸暂停具有智能检测和报警的功能，使得发生呼吸暂停的人得到及时的救治，极大的降低了睡眠中猝死的几率。软件部分采用Ｃ语言编程，编译环境是ＩＡＲ３．２。程序主要包括ＤＳｌ８８２０的温度采集、ＡＤＣ数据读取计算、１２８６４液晶显示器的驱动、按键读取以及对呼吸信号和脉搏信号的读取和计算。另外通过对软硬件设计的持续修正从很大程度上减少了本设计的系统误差，从而提高检测的精度及灵敏度，使整体系统实现了简易、精确、抗干扰的目的。关键词：多功能；健康检测；血压；睡眠呼吸暂停家用多功能健康状态检测仪的研制ＨｏｕｓｅｈｏｌｄＭｕｌｔｉ．如ｎｃｔｉｏｎＨｅａｌｔｈＤｅｔｅｃｔｏｒＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｄｅｓｉｇｎｏｆｈｏｕｓｅｈｏｌｄｍｕｌｔｉ—ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｈｅａｌｔｈｄｅｔｅｃｔｏｒＭｅｅｔｉｎｇｔｈｅｎｅｅｄｓｂａｓｅｄｉｎ１６一ｂｉｔｈｉｇｈ—ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｌｏｗ—ｐｏｗｅｒＭＳＰ４３０ＭＣＵ．ｏｆｏｕｒｄａｉｌｙｕｓｅ，ｔｈｉｓａｐｐａｒａｔｕｓａｃｈｉｅｖｅｓｔｈｅｉｎｓｐｅｃｔｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｂｌｏｏｄＩｔｓｍａｉｎｈａｒｄｗａｒｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｒｅｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｓｅｎｓｏｒｐｕｌｓｅ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｂｒｅａｔｈｉｎｇ．ｃｉｒｃｕｉｔ，ｆｉｌｔｅｒｃｉｒｃｕｉｔ，ｃｏＩｎｐａｒａｔｏｒｃｉｒｃｕｉｔ，１２８６４ＬＣＤｃｉｒｃｕｉｔｓ，ｂｕｔｔｏｎｓ，ｐｏｗｅｒｒｅｇｕｌａｔｅｄｓｕｐｐｌｙＵＳＢｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｉｒｃｕｉｔ，ｃｌｏｃｋｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｄａｔａｓｔｏｒａｇｅｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒｄｒｉｖｅｃｉｒｃｕｉｔ．Ｉｔｍｏｓｔｌｙａｃｈｉｅｖｅｓｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｆｏｕｒｂａｓｉｃｈｕｍａｎｐｈｙｓｉｃａｌｓｉｇｎｓ，ｉｎＬＣＤ．Ｔｈｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄｄａｔａｗａｓａｎｄｄｉｓｐｌａｙｓｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｍｏｒｖｓｔｏｒｅｄｉｎｔｈｅｄａｔａｕｎｔｉ１ｉｓｒｅａｄｏｕｔＯｆｔｈｅＰＣｗｈｉｌｅｔｈｅｐｅｎｄｉｎｇｄｅｔｅｃｔｏｒｉｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｏｔｈｅＰＣｖｉａＵＳＢ．ｗａｓＴｈｅｍｕｌｔｉ—ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｈｅａｌｔｈｓｔａｔｕｓｏｆｈｏｕｓｅｈ０１ｄｄｅｔｅｃｔｏｒｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｕｓｃａｎｅｎｓｕｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｗｉｔｈａｌａｒｍｆｕｎｃｔｉｏｎａｉｍｅｄｓｕｆｆｅｒｓａｔｔｈｅａｐｎｅａｄｕｒｉｎｇｓｌｅｅｐａｎｄＩｔｔｈｅｓｌｅｅｐａｐｎｅａｓｙｎｄｒｏｍｅｃａｎｒｅｃｅｉｖｅｔｉｍｅｌｙｔｒｅａｔｍｅｎｔ．ｇｒｅａｔｌｙｒｅｄｕｃｅｔｈｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｏｆＳｏｆｔｗａｒｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｕｓｅｓｕｄｄｅｎｄｅａｔｈｄｕｒｉｎｇｓｌｅｅｐ．ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇＣｌａｎｇｕａｇｅａｎｄｔｈｅｐｒｏｇｒａｍ珊ｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｓＩＡＲ３．２．ＰｒｏｇｒａｍｍｍａｉｎｌｙｉｎｃｌｕｄｅｓｔｈｅＤＳｌ８８２０，ＡＤＣｄａｔａｒｅａｄｉｎｇｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｔｅＩｎｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｌ１ｅｃｔｉｏｎｏｆａｓｔｈｅ１２８６４ＬＣＤｄｒｉｖｅｒ，ｇｅｔｋｅｙｗｅｌｌａｓｔｈｅｒｅａｄｉｎｇａｎｄｃｏｍｐｕｔｉｎｇｏｆｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙｓｉｇｎａｌｓａｎｄｐｕｌｓｅＩｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｈａｒｄｗａｒｅｅｒｒｏｒｏｎａｓｉｇｎａｌｓ．ａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎａｃｃｕｒａｃｙｒｅｄｕｃｅｄｔｈｅｓｙｓ—ｔｅｍａｔｉｃ１ａｒｇｅｓｃａｌｅ，ｗｈｉｃｈｈｅｌｐｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｓｙｓｔｅｍａｎｄｓｅｎｓｉｔｉＶｉｔｙｏｆｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ａｃｃｕｒａｔｅ，ｓｏｔｈａｔａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｓｉｍｐｌｅ，ａｎｔｉ—ｊａ皿ｍｉｎｇｐｕｒｐｏｓｅｓ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＭｕＩｔｉ—ｆｕｎｃｔｉｏｎ；ＨｅａＩｔｈＤｅｔｅｃｔ；ＢＩｏｏｄＰｒｅｓｓｕｒｅ；ＳＩｅｅｐＡｐｎｅａ—ＩＩ—大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。作者签名：一一垒垃蛆一——日期：耳年』生月二￡日学位论文题目：窒塑鱼边丝熊虞：匿叁：丝型！整鱼型型大连理工大学硕士学位论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文题目：作者签名：导师签名：盐鸱§丝垫坠宝旦丝叻鱼墨熊盘：＝咝：丝型至墨鱼堑垒尘日期：日期：丝！Ｚ年』匕月』生日趁１年上匕月』臣日大连理工大学硕士学位论文己Ｉ］Ｉ害口人体的健康是一个永恒的话题。随着科学技术的发展，社会竞争的更加激烈，工作和生活节奏的加快，人们的压力也越来越大。然而人们的健康状况却在不断下降。这一切使得人们对健康的关注空前提高，应运而生的就是大量的人体健康监测产品在市场上出现。随着电子科学技术的发展和计算机技术在医学上应用的日益普及，医疗电子测量仪器的种类越来越多，测试项目和测试的范围也不断的扩大，测试速度和测量精度的要求不断提高，测量技术不断改进与完善。以微控制器为核心，在系统软件的指挥下，能自动、及时、准确完成对人体生理参数监测任务的智能医疗设备是当前的研究热点。很多疾病都是因为缺乏及时、准确的预警而导致了令人难以接受的结果。因此，监测并及时正确地记录人体基本生理参数及其变化，为临床正确诊断、及时治疗和护理提供第一手资料和依据意义非常重大【ｌ。２１。随着社会的发展，人们对医疗保健的需求会继续不断增长，基于人体基本生理参数的普及型医疗监护器械在不久的将来肯定会走进人们生活服务于社会，成为生活中不可缺少的保健医生。随着社会的发展人们生活水平的提高，便携式的人体健康参数监测仪的需求日益明显。然而国内市场中这样的产品很少且很昂贵，为此研究与设计一种便携式的人体健康监测仪显的十分必要。近年来，国内开始兴起了一阵“治未病＂之风。所谓的“治未病＂就是指在还未发病之前就采取防御措施。它是中医保健的特色和优势，中医防治体系中“治未病”首见于《黄帝内经》，“是故圣人不治已病治未病，不治已乱治未乱＂。它包括“未病先防＂、“已病防变＂、“已变防渐’’等多个方面的内容，这就要求人们不但要治病，而且要防病，不但要防病，而且要注意阻挡病变发生的趋势并在病变未产生之前就制定好可以采用的救急方法，这样才能掌握对抗疾病的主动权。因此，能随时随地的监测到人体的健康状况就显得由为重要，本课题的意义及可行性从此处也可见一斑。综上所述，开发设计一款家用多功能健康状态检测仪是有很大社会意义的。家用多功能健康状态检测仪的研制１绪论近几十年来，我国电子科学技术获得了突飞猛进的发展，种类繁多的电子产品不断推陈出新，当然，保健测试设备作为电子产品的一个门类也得到迅速发展。随着微电子技术和机电一体化的发展，特别是新一代传感器件的相继开发出现，多功能健康状态检测仪的性能变得更加可靠，功能更加完善。健康状态检测仪的功能更加趋于多项化、集成化，检测仪的体积也越来越小巧。家用多功能健康状态检测仪已经被越来越多的家庭接受，并极大地改善了人们的身体健康和生活质量。可以说，家用多功能健康状态检测仪越来越显示出巨大的应用前剽引。家用的健康状态检测仪的主要作用是让人们可以在日常生活中，随时的检查自己的健康状态。这样，在某些疾病刚刚出现苗头的时候就可以被发现，可以使人们尽早的到医院就医，防止疾病的发展。这正是符合了中医“治未病”的思想。“不治己病治未病”是早在《黄帝内经》中就提出来的防病养生谋略，是至今为止我国卫生界所遵守的“预防为主”战略的最早思想，它包括未病先防、已病防变、已变防渐等多个方面的内容，这就要求人们不但要治病，而且要防病，不但要防病，而且要注意阻挡病变发生的趋势、并在病变未产生之前就想好能够采用的救急方法，这样才能掌握疾病的主动权，达到“治病十全’’的“上工之术”。治未病是采取预防或治疗手段，防止疾病发生、发展的方法。中医治则学说的基本法则。治未病包含两种意义：一是防病于未然，强调摄生，预防疾病的发生；二是既病之后防其传变，强调早期诊断和早期治疗，及时控制疾病的发展演变。１．１家用多功能健康状态检测仪概述家用多功能健康状态检测仪有时也被称为多功能保健仪，目前国内市场主要面向老年人和健康状况较差的人的人体健康特征的自我检测，主要实现４项常用检测：血压、脉搏、呼吸、体表温度。其中的呼吸检测目的在于保护患有睡眠呼吸暂停症状的病人，防止他们在睡觉期间发生危险。目前国内市场上还没有家用型针对睡眠呼吸暂停症状的检测仪，所以本课题的呼吸部分尤为重要。那么何谓“睡眠呼吸暂停’’呢？在生活中我们偶然会遇到这样的情况：一个素来健康的朋友在睡眠中莫名其妙地突然死去；活泼可爱的小宝宝在睡梦中静静地离去，永不再醒来，伤心的母亲常常自责不已，认为是自己粗心大意、奶头或手臂堵塞了婴幼儿的呼吸迫使之窒息而亡。其实这些大连理工大学硕七学位论文意外死亡很可能与我们睡眠中司空见惯的另一种现象有关，那就是打鼾及频繁的呼吸停止。１８７７年，一位医生详细记录了一位脑出血患者出现的陈一施呼吸。这是一种特殊的呼吸停止现象，多出现于脑血管意外及心力衰竭患者病情的危重阶段。当时的描述是这样的：一个高龄老人仰卧位熟睡后，鼾声大作，标志着咽喉部阻力明显增高。每当呼吸运动不能克服气道的阻力时，就会不时地出现鼾声消失，持续数个呼吸周期，同时伴无效的胸部呼吸运动，最后随着一声巨大的鼾声，气流恢复．继之而来的是代偿性的深呼吸，然后呼吸逐渐平稳。鼾音出现及消失规律地发生，周而复始。通过检查还发现，气流的消失不仅仅是单纯的舌后坠引起的呼吸道阻塞，而且还可能呼吸运动的全部消失。呼吸运动的恢复也并不是一开始就能达到足够的强度来克服咽喉部的阻力，而是由弱到强，循序渐进的。他生动准确地描绘了呼吸停止（后来证明是混合型呼吸暂停）发作时的情况，如果注意的话，就会发现他的描述与我们生活中观察到的现象相差无几。美国斯坦福大学睡眠研究中心对睡眠呼吸障碍做了大量的研究，发现睡眠中１０秒以上的呼吸停止可以造成患者血液里的氧气明显减少，引起机体缺氧，因而将１０秒以上的呼吸停止称为呼吸暂停。正常人在睡眠中偶尔也会发生呼吸暂停，但一般不会对人体造成太大的危害，因此无临床意义。只有当这种呼吸暂停频繁发生，其频率超过每小时５次时，才可由于多次发生的缺氧及患者反复从睡眠中憋醒，引起一系列的临床表现，医学上称之为睡眠呼吸暂停综合征。对这种人为的定义虽然有人持有异议，但其目前还是被普遍公认的诊断标准。大量的调查发现，人群中１％～４％的人患有该病，以美国为例，估计２０００万人有睡眠时呼吸暂停，３０～６０岁的成年人中１／４的男性及１／１０的女性有该病的临床表现。据估计，全球每天大约有３０００人死于该病。几乎所有的患者都有睡眠时打鼾的历史，大约５个打鼾的人中就有１个患有该病。在我国虽然目前还无准确的统计数字，但从打鼾者的数量上去推测一下，在有１２亿人口的殃殃大国中，患该病的病人将是一个非常庞大的数字【４】。１．２家用多功能健康状态检测仪的发展历史和发展现状１．２．１国内研究现状我国人体健康监测系统的科研、生产与国际先进水平相比还存在一定的差距，国内生产的生理参数监测设备大部分是床旁监测仪，体积大，操作复杂，只能由专门的医护人员进行操作，并且采用在医院内床旁监测，不方便移动。代表产品有深圳荣创公司的家用多功能健康状态检测仪的研制ＲＣ９０００系列多参数监测仪，南京世帝公司的ｓＤ２００３系列监测仪等。这些仪器可以同时监测心电、呼吸、血压、血氧饱和度、脉搏和体温六个生理参数，主要应用于医院手术和重症病房监测室中。它们具有模块化、集成化和数字化等优点，但与国外同类产品相比，这些仪器在测量的准确性、稳定性以及抗干扰等方面仍有距离。国内某些高校也关注了人体生理参数监测系统的发展，且已经开始跟踪研究，如华南理工大学、天津大学、第一军医大学、北京航空航天大学、中国科学技术大学、北京理工大学、西北工业大学、京工业大学和第三军医大学等院所。国家科技部等部委在制定的２００２—２０１０年《医药科学技术》中就我国医疗器械发展情况，明确指出要“开展社区医疗及家庭保健工程研究，发展安全可靠、家用小型化的检测、监测、救护、康复、保健医疗设备和相关技术；利用宽带网技术建立进入家庭的、个性化的、以社区为核心的医疗保健网络系统＂。从基础医学研究到临床诊断治疗，多种生理参数监测仪的发展程度已成为衡量医院技术水平的一个重要尺度。目前国内市场中的人体参数监测产品主要来源于外国，而且大部分都是单一参数模块设计的。对于多参数监测产品主要是大型设备，主要用于医院。不管是社会的需求还是国家的决定都在推进人体健康监测系统的发展，受科学技术的发展和人力资源的缺乏影响，我国在这方面的研究还处于较落后的阶斟５１。１．２．２国外研究现状人体健康监测系统的发展可追溯到１９６２年，当时北美建立第一批冠心病监测病房（ＣＣＵ），由于其在手术监测和危重病人监测方面所起到的独特作用受到人们普遍的重视。由此，世界各大医疗仪器的生产厂家竞相投入大量的人力、物力进行监测系统的开发、生产和销售，进一步促进了监测系统的发展和普及。随着生物医学测量与传感技术、通信技术和计算机技术的快速发展，以及临床对危重患者和潜在危险患者的监测要求的不断提高，对监测系统的功能要求也不断提高，监测系统的整体性能得到了很大的改善，功能日益完善，操作愈加方便。而作为各级医院基本设备配置的监测仪正被广泛应用于医院的重症病房监测室、麻醉手术室和各临床科室等，特别是它可随时向医护人员提供病人生命体征的重要信息。利用这些信息，临床医生能更好地分析患者的病情，从而采取适当的治疗措施，获得最佳的治疗效果，因此监测仪的作用越来越受到重视。欧美和日本等国家研制生产监测系统的历史较为久远，不仅有先进电子设备为基础，而且投入了大量的资金，积累了丰富的临床应用经验、测量方法及理论。目前，先进的监测产品主要来自美国的ＣＳＩ监测公司、惠普公司、凯威实验室和日本的光电、福田公司以及德一４一大连理工大学硕士学位论文国的ＩＥＭ公司等，这些产品具有技术先进、测量准确、功能强大、抗干扰能力强、性能稳定和外形设计合理等优点。因此，进口监测测设备目前在医院监设备中占有很大的比重。但是由于国外监测产品价格十分昂贵，操作面不符合中国国情，产品易损坏且更换不便等缺点了其发展。美国ＣＳＩ监测仪公司是世界一流的专业监测仪制造商。１９８３年ＣＳＩ发明了世界第一台便携式电池型血氧监测仪，随后其在监测仪器领域的设计制造一直保持遥遥领先的优势。它的产品主要包括：生命体征监测、麻醉气体监测仪和监测站等几大类，近三十个品种。美国ＣＳＩ公司的多参数监测仪可同时监测心电、血压、血氧、呼吸、脉搏和体温几种参数，主要应用于急诊室、一般病房、重症病房、手术室和复苏室等，售价大约８０万元人民币。美国国家半导体公司提供一系列容易应用而性能又极为卓越的产品，系统设计工程师可以严格控制设计流程，以确保不同应用能发挥最高的性能。他们于２００８年推出高精度人体健康监察系统。系统可概括为信号采集、信号放大、Ａ／Ｄ转换、信号处理、电源模块、网络通讯和显示报警七个单元。它可监测人体心电、血压、血氧和体温等５个生理参数，经过控制器处理后显示和网络通讯。１．３本论文的研究内容本论文的研究内容包括通过对家用多功能健康状态检测仪原理的分析研究，懂得利用人体主要生命特征检测原理及所学过的技术知识进行家用多功能健康状态检测仪的设计，并根据系统需要写出相应的软件设计思路，编写出合理的程序代码。研究在系统中可能存在的各种问题，各种干扰，结合实际，提出较有效的解决方案，使之能达到工作可靠、抗干扰强。低成本的要求。主要的内容包括：（１）血压、脉搏、呼吸、体温四项参数测量方法的选择（２）传感器的选择（３）信号处理电路的设计（４）ＬＣＤ显示设备的设计（５）时钟电路的设计（６）数据与Ｐｃ机通讯电路的设计（７）报警电路的设计１．４本论文目的与意义虽然人体生命特征的检测原理本专业学习过程中并不曾接触过，但人类对该领域的研究已经到达了一定的高度，并且各种传感器发明和实用化，在很多工业控制，探测技家用多功能健康状态检测仪的研制术上有了很广泛的应用，在医学领域一样得到了大量的应用；而作为一名理工科类的研究生，能迅速的掌握和运用各种传感器和控制器也是一种最基本的能力体现，而利用所学过的知识，结合以往的设计经验，用微控制器和传感器设计出满足要求的系统，以达到检测人体生命体征参数的目的，是对所学知识的一种运用与扩展。这是对一个学生能力的全面考查，其水平可高可低，很适合学生去做研究、学习，具有重大的意义。一６一大连理工大学硕士学位论文２健康状态检测仪的总体设计２．１本系统需要实现的功能（１）需要实现的功能：①分析传感器输入的信号，通过显示器显示②对采集到的各个人体参数进行处理，分别进行保存③发现危险状况时产生声光报警信号（２）具体功能：①血压值的测量②体温值的测量③脉搏频率的测量④呼吸暂停的判断及报警⑤时间日期的显示⑥数据与ＰＣ机的通讯２．２各主要部分方案选定２．２．１控制器系统目前比较流行的控制器主要有：５１系列单片机、应用范围日益广泛的ＡＲＭ、ＳＴＭ３２以及ＭＳＰ４３０系列等。ＡＴ８９Ｃ系列单片机需要用仿真器来实现软硬件的调试，较为繁琐，并且其片上资源也较少，不能满足本次设计的需要；ＡＴ８９Ｓ系列八位单片机除具有ＡＴ８９Ｃ系列单片机所有的优点外，具有更大的程序存储空间，可在线仿真的功能，方便调试，但其片上资源仍然较少，并且不适合做低功耗设备。而ＡＲＭ系列微处理器和ＳＴＭ３２和５１单片机相比显然高了一个档次，ＡＲＭ微处理器目前包括ＡＲＭ７、９、９Ｅ、１０Ｅ等等，以及其它厂商基于ＡＲＭ体系结构的处理器，除了具有ＡＲＭ体系结构的共同特点以外，每一个系列的ＡＲＭ微处理器都有各自的特点和应用领域。其中，ＡＲＭ７、ＡＲＭ９、ＡＲＭ９Ｅ和ＡＲＭｌ０为４个通用处理器系列，每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。ＳｅｃｕｒＣｏｒｅ系列专门为安全要求较高的应用而设计。而ＭＳＰ４３０系列单片机是美国德州仪器公司推出的１６位超低功耗、高性能产品，它具有处理能力强、运行速度快、资源丰富、开发方便等优点，有很高的性价比，在世界家用多功能健康状态检测仪的研制各国已经得到了广泛的应用，在国内已经进入了飞速发展的阶段【６】。单片机的应用在后ＰＣ时代得到了前所未有的发展，但对处理器的综合性能要求也越来越高。综观单片机的发展，以应用需求为目标，市场越来越细化，充分突出以“单片＂解决问题，而不像多年前以ＭＣＳ５１／９６等处理器为中心，外扩各种接口构成各种应用系统。单片机系统作为嵌入式系统的一部分，主要集中在中、低端应用领域。由于本设计需要一个高响应速度多输入输出、超低功耗控制器，对比５１、ＡＲＭ和ＭＳＰ４３０三种控制器，显然ＭＳＰ４３０和ＡＲＭ微处理器更适合本次设计，但是考虑到性价比及功耗等各方面原因，最终选定本文按要求选择ＭＳＰ４３０Ｆ１４９单片机。２．２．２电源模块采用普通的直流电源实现电路简单，而且采用集成电源芯片设计的直流电源电压比较稳定，完全满足系统各模块的供电要求，但是普通直流电源体积比较大，变压器的散热对测温精度也有影响，所以，本设计中采用外接ＤＣ９Ｖ电源适配器作为系统电源，板上加入了７８０５和ＡＭＳｌｌ１７—３．３Ｖ这两款常用ＤＣＤＣ稳压电源供控制系统使用。２．２．３显示模块一般嵌入式系统可供选择的显示器有以下３种。Ａ、采用ＶＦＤ显示器。ＶＦＤ显示器是由电子管发展过来的一种显示器件，是真空二极管或三极管的一种改型。它具有高清晰度，高亮度，宽视角，反应速度快及从红色到蓝色多种色彩等特点，显示效果好。当使用ＣＩＧ技术时，可集成ＶＦＤ的驱动电路，具有可靠且使用寿命长等特点；但它需要５．５～６．３Ｖ的灯丝电压、１５０～４５０ｍＡ的灯丝电流、１２～３６Ｖ的阳极加速电压和１５～３６Ｖ的栅极电压。不考虑阳极和栅极电流，单灯丝功耗就达８２５ｍｗ，功耗相对来说较大。另外，它需要多组不同的供电电压，使用不方便。Ｂ、采用ＬＥＤ显示器。ＬＥＤ显示器是由ＬＥＤ发光二极管发展过来的一种显示器件，是ＬＥＤ发光二极管的改型，一般分为ＬＥＤ数码管显示器和ＬＥＤ点阵显示器。它具有高亮度，宽视角，反应速度快，可靠性高，使用寿命长等特点。但ＬＥＤ数码管显示器只能显示数字和极少数几个英文字符，显示单调。而ＬＥＤ点阵显示器虽然能显示各种信息，但它的体积较大，在市场上能买到的最小的８×８ＬＥＤ点阵显示器的尺寸都有３ｃｍ×３ｃｍ，适合于广告牌等需要大面积显示的地方，不适合于小型设备。况且动态扫描有可能同时被点亮，此时按每段１０ｍＡ电流来算也有８０ｍＡ，如果同时点亮段数更多，则电流更大。Ｃ、采用ＬＣＤ液晶显示器。ＬＣＤ液晶显示器是利用光的偏振现象来显示的，一般分为数字型ＬＣＤ（同ＬＥＤ数码管显示器，只能显示数字和极少数几个英文字符）和点阵型ＬＣＤ一８一大连理工大学硕士学位论文两种：前者用于只需显示简单字符的地方；后者能显示各种复杂的图形和自定义的字符，因此应用比较广泛。ＬＣＤ液晶器具有本身不发光，靠反射或透射其它光源的优点，同时具有功耗小，辐射小，可靠性高，寿命长，体积小，电源简单，屏幕调节简单方便，抗干扰能力强等特点，非常适合于嵌入式系统、小型设备的使用【８】。综合上述，为了在节约硬件资源的基础上可以得到更丰富的显示内容，并考虑到低功耗的要求，本设计的显示电路采用Ｃ方案中的液晶显示器，并最终选定使用１２８６４带字库的点阵型液晶显示器。２．２．４与上位机的通讯接口随着计算机的发展，外部设备与Ｐｃ机的通讯接口也在发展。从以前的并行接口到后来的串行接口再到ＵＳＢ接口以及蓝牙等通讯方式，接口越来越简单易用，可靠性和传输数据的能力也越来越强。老式的并口已经基本淘汰，串行接口的使用场合也已逐步减少，现在很多电脑已经不再设置串口，所以改用其他常用接口成为本次设计的必然选择，综合成本和可靠性等因素，本次设计选用ＵＳＢ接口实现与上位机的通讯。目前ＵＳＢ的接口转换电路可供选择的方案也比较多，常用的有ＦＴ２３２、ＰＨ２３０２、ＣＰ２１０２等等，经过查证最终选用了性价比和可靠性都比较高的ＦＴ２３２作为本次设计的与上位机通讯的接口芯片。２．２．５其余部分电路其余部分电路主要包括各传感器、时钟芯片、ＥＥＰＲｏＭ和气泵控制电路等，传感器可供选择的方案并不是很多，所以本文对此不作方案比较，经过查证选择了最为适合的方案，时钟芯片和ＥＥＰＲｏＭ以及气泵的驱动也都选择了常用的设计。２．３总体设计本方案设计的系统由传感器、滤波电路、液晶显示模块、键盘模块和接口电路等组成，其总体架构如图２．１所示：一９一家川多功能健康状态检测仪的研制祷图２１系统总体方案Ｆ１９２ｌＢ一阿Ｉ．１一Ｄ１．．．．．．．．．．一Ｄ！厂习０ｖｃｒａ＂ｓｙｓ研ｎｐｍｇｒａＩｎ大连理工大学硕士学位论文３健康状态检测方法及器件选择３．１呼吸测试模块３．１．１人体呼吸参数呼吸是指机体与外界环境之间气体交换的过程。人的呼吸过程包括三个互相联系的环节：外呼吸，包括肺通气和肺换气；气体在血液中的运输；内呼吸，指组织细胞与血液间的气体交换。对生物体来说，呼吸具有非常重要的生理意义，这主要表现在：第一，呼吸能为生物体的生命活动提供能量。呼吸释放出来的能量，一部分转变为热能而散失，另一部分储存在ＡＴＰ中。当ＡＴＰ在酶的作用下分解时，就把储存的能量释放出来，用于生物体的各项生命活动，如细胞的，植物体的生长，矿质元素的吸收，肌肉的收缩，神经冲动的传导等等。第二，呼吸过程能为体内其他化合物的合成提供原料。在呼吸过程中所产生的一些中间产物，可以成为合成体内一些重要化合物的原料。例如，葡萄糖分解时产生的丙酮酸是合成氨基酸的原料等。所以，如果人们在一定的时间内呼吸的次数减少，会导致人体机能下降，甚至导致死亡。３．１．２呼吸信号采集呼吸检测采用常见热敏电阻加比较电路将模拟量转变成脉冲信号输出给控制器。热敏电阻是开发早、种类多、发展成熟的敏感元器件。热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，利用的原理是温度引起电阻变化。若电子和空穴的浓度分别为ｎ，ｐ，迁移率分别为ｌｌ。，ｐ。，则半导体的电导为：ｏ＝ｑ（ｎｕ。＋ｐｕｐ）（３．１）因为ｎ、ｐ、ｐ。、ｕ，都是依赖温度Ｔ的函数，所以电导是温度的函数，因此可以有测量电导而推算出温度的高低，并能做出电阻一温度特性曲线。这就是半导体热敏电阻的工作原理。热敏电阻包括正温度系数（ＰＴＣ）和负温度系数（ＮＴＣ）热敏电阻，以及临界温度热敏电阻（ｃＴＲ），他们的电阻一温度特性如图３．１所示。家用多功能健康状态检测仪的研制盘≮辫盔２图３．１几种热敏电阻的阻温曲线Ｆｉ昏３．１Ｔｈｅ懈ｉｓｔａｎｃｅ－衄ｎｐｅｍｔＩＩ∞矾ⅡＶ铭ｏｆｓｅＶｅｒａｌｍ锄ｉｓｔ０鹉热敏电阻的主要特点是：①灵敏度高，其电阻温度系数要比金属大１０～１００倍以上，能检测出１０‘６℃的温度变化；②工作温度范围宽，常温期间使用于一５５～３１５℃，高温期间适用温度高于３１５℃（目前最高可以达到２０００℃），低温器件适用于一２７３～５５℃；③体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；④使用方便，电阻值可在０．１～１００ＫＱ间任意选择；⑤易加工成复杂的形状，可大批量生产；⑥稳定性好、过滤能力强【８１。由图３．１可以看出，负温度系数（ＮＴＣ）热敏电阻的线性比较好，而且在测量温度变化的应用中比较常见。根据以上的分析，本设计中我们选用深圳讯敏电子科技有限公司０４０２系列ＣＮ０４０２Ｒ２２１８２９００ＨＴ，该电阻２５℃时的阻值Ｒ２５＝２２０欧姆，Ｂ值在２５～５０℃时的值为２９００，其阻值误差为３％，Ｂ值误差为３％，使用温度范围为一１０～＋１０５℃，额定功率为１００ｍｗ。该电阻有以下特点：①高可靠性的叠层片式陶瓷结构体积小。②端电极采用三层电镀具有优良的可焊性及耐热冲击性，适合波峰焊及再流焊。③分布容量低，可应用于高频领域，响应速度快。④优良的耗散系数，０４０２系列约２ｍＷ／℃。⑤优良的温度系数，工作温度范围：一１０～＋１０５℃。．大连理工大学硕士学位论文３．２温度测试模块３．２．１人体体温参数体温是机体进行新陈代谢和正常生命活动的必要条件。体温来源于机体内各种营养物质和呼吸得来的氧气在细胞内燃烧而放出热量，这是体温的动力。这种细胞内燃烧现象，正像无数的小锅炉在产热。其燃料就是食物中的含碳物质，而呼吸就像锅炉的鼓风机，给体内送氧。两者相得益彰，紧密合作，每天产热约２５００～３０００千卡。上面所说的正是产生体温的物质基础和构建条件。当然，人体单产热还不行，还必须有散热装置，才能维持恒温。而人体的散热系统和方式是通过辐射、传导、对流、蒸发等来实现的。正是这复杂、科学、灵敏、微妙的体温系统，保证了人体的生理温度。正常人都有一般恒定的体温。人的体温一般稳定在３６．５～３７．５℃。尽管因季节、昼夜不同而有些波动，但总是在上述这个范围。若超过这个限度，则为疾病在体温上的反映。３．２．２温度传感器选择ＤＳｌ８８２０是美国ＤＡＬＬＡＳ半导体公司继ＤＳｌ８２０之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现９～１２位的数字值读数方式。可以分别在９３．７５ｍｓ和７５０ｍｓ内完成９位和１２位的数字量，而且从ＤＳｌ８８２０读出的信息或写入ＤＳｌ８８２０的信息仅需要一根口线（单线接口）读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的ＤＳｌ８８２０供电，而无需额外电源。因而使用ＤＳｌ８８２０可使系统结构更趋简单，可靠性更高。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较ＤＳｌ８２０有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果【９】。ＤＳｌ８８２０具有下列主要特性：’（１）独特的单线接口方式：ＤＳｌ８８２０与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与ＤＳｌ８８２０的双向通讯。（２）在使用中不需要任何外围元件。（３）可用数据线供电，电压范围：＋３．０～＋５．５Ｖ。（４）测温范围：一５５～＋１２５℃。固有测温分辨率为０．１５℃。（５）通过编程可实现９～１２位的数字读数方式。（６）用户可自设定非易失性的报警上下限值。（７）支持多点组网功能，多个ＤＳｌ８８２０可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。（８）负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。ＤＳｌ８８２０采用３脚ＰＲ２３５封装或８脚ＳＯＩＣ封装，管脚排列如图３．２所示。图中ＧＮＤ为地，ＤＱ为数据输入／输出脚（单线接口，可作寄生供电），Ｖ加为电源电压。家用多功能健康状态检测仪的研制ＧＮＤｌⅪＤＳｌ８２０Ｉ２３ＮＣＮＣＮＣ｝移Ｄ粼Ｇ∞ＤＱＮ【’ＶＤＤｖＤＤＱＮＣＮＣＮＣＧＮ图３．２Ｄｓｌ８Ｓ２０的管脚排列Ｆｉｇ．３．２ｎｅ皿ａｎ彻ｇ锄饥ｔｏｆＤＳｌ８Ｓ２０３．３脉搏测试模块３．３．１人体脉搏信号脉搏就是指浅表动脉的搏动。正常人的脉搏和心跳频率是一致的。脉搏的频率受年龄和性别影响，婴儿每分钟１２０～１４０次，幼儿每分钟９０～１００次，学龄期儿童每分钟８０～９０次，成年人每分钟７０～８０次。另外，运动和情绪激动时可使脉搏增快，而休息、睡眠则使脉搏减缓。成人脉搏每分钟超过１００次，称为心动过速，而每分钟低于６０次，称为心动过缓。临床上有许多疾病，特别是心脏病可使脉搏发生变化。因此，测量脉搏对病人来讲是一个不可缺少的检查项目。中医更将号脉作为诊治疾病的主要方法。在监护测量中使用最普遍的是光电容积法。传感器由光源和光电变换器两部分组成，通常夹在指尖或耳廓上。用光谱在６×１０。７ｍ的发光二极管，当动脉搏动充血容积变化时，改变血管的透光率，由光电变换器接收经组织透射或反射的光，转变为电信号送放大器放大和输出，由此反映动脉血的容积。脉搏是随心脏的搏动而变化的，动脉血管容积也随之改变，光电变换器的电信号变化周期就是脉搏率。而市场中很多脉搏检测产品都是采用专用的压力传感器检测动脉血压的波形来提前脉搏信号的。３．３．２脉搏传感器选择国内外检测脉搏的仪器和专用传感器繁多，便携式人体健康监测系统的器件需要体积小、可靠度高和信号适合控制器采集等特点。经过比较各种同类产品，最终选择合肥华科电子技术研究所生产的Ｈｌ（一２０００Ａ集成化脉搏传感器。Ｈｌ（一２０００Ａ集成化脉搏传感器采用高度集成化工艺将力敏元件（ＰＶＤＦ压电膜）、灵敏度温度补偿元件、感温元件、信号调理电路集成在传感器内。压电式原理采集信号，模大连理工大学硕士学位论文拟信号输出，输出同步于脉搏波动的脉冲信号，脉搏波动一次输出一正脉冲。该产品可用于脉率检测，如运动、健身器材设备中的心率测试。它的输出波形为方波。主要特点：模拟脉冲信号输出灵敏度高抗干扰性能力强过载能力大一致性好性能稳定可靠，使用寿命长技术指标：电源电压：３～１２ＶＤＣ压力量程：一５０～＋３００姗Ｈｇ过载：１００倍输出高电平：大于ＶＣＣ一１．５Ｖ输出低电平：小于Ｏ．２Ｖ３．４血压测试模块３．４．１人体血压参数血压就是血液流经血管壁时的压力。由心脏出来的血液，需要有推力，才能绕行身体一周，心脏就是借着不停的收缩、放松，将血液推送前进。血压有两种，一是收缩压：是当心脏收缩将血液打到血管所测得的血压；另一是舒张压：是心脏在不收缩所测得的压力。当袖带的压力等于血压时，血液开始可以流通而产生所谓的袖带声，这时候表现为收缩压，从这一刻开始做记录，直到最后袖带声音消失的时候，记录此点即为舒张压。所谓血压是指血液在动脉血管内流动，对血管壁的侧压力。血管内的血液，尤如水管里流的水一样。水对水管的压力，尤如血液对血管壁的压力。水的压力取决于水塔里的水容量多少和水管的面积大小。水塔里的水越多，水对水管的压力就越大，反之，水塔里水逐渐减少，水对水管的压力也减少。血压也是如此。当血管扩张时血压下降；血管收缩，血压升高。影响血压的因素，即动脉血压调节系统，主要是通过增减血容量或扩缩血管，或两者兼而有之，使血压升高或降低。当心脏收缩时，动脉内的压力最高，此时压力称为收缩压，亦称高压。心脏舒张时，动脉血管弹性回缩时，产生的压力称为舒张压，又叫低压。根据世界卫生组织规定，成人收缩压１６０ｍｍＨｇ（２１．３ｋｐａ）或舒张压家用多功能健康状态检测仪的研制９５ｍＩＩｌＨｇ（１２．６ｋｐａ）时，即可确诊为高血压。收缩压１４０唧Ｈｇ（１８．６ｋｐａ），而舒张压９０ｍＩＩｌＨｇ（１２．０ｋｐａ）称为正常血压，介于二者之间者，称为临界高血压。３．４．２血压测量方法的选择目前测量血压的方法主要有侵入式量测法（ＩｎｖａｓｉｖｅＭｅｔｈｏｄ）和非侵入式量测法（Ｎｏｎ—ｉｎｖａｓｉｖｅＭｅｔｈｏｄ）两种，通俗的讲也叫有创测血压和无创测血压。侵入式量测法指将脉动导管接在感测器官部分的前端，经过排气以对大气归零等步骤后，再将脉动导管直接插入动脉血管中，利用压电转换感测器的转换量得血压值。非侵入法量测法指大部分非侵入式的量测方式是利用脉压袋压迫血管，阻止血液的流动，然后再慢慢地泄放压袋内的压力，以听诊器或是其它的感测器件（例如：麦克风、压力感测器、超声波感测器、光感测器等）侦测血管内的脉动以量测血压值【ｌ０１。由于非侵入式血压计的结构简单、准确度高、使用方便，操作者只需稍加训练即可使用，因此早已成为量取血压的标准配备。３．４．３压力传感器的选择压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境。一般意义上往往指压力传感器主要由测压元件传感器、测量电路和过程连接件等组成。它能将接收的气体、液体等压力信号转变成标准的电流信号（４～２０ｍＡＤＣ），以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。压力传感器根据测压范围可分成一般压力传感器（０．００１ＭＰａ～２０ＭＰ３）和微差压传感器（０～１．５ｋＰａ），负压传感器。三种力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度压力传感器等。选择压力传感器所需要的参数：１、压力量程范围２、是选择智能还是模拟３、是否要带表头显示（指针、数码管、液晶）４、精度等级５、测量的介质根据本课题的要求以及元器件的购买方便，我们选择ＢＰ０ｌ型压力传感器。这款压力传感器是为检测血压而专门设计的，主要用于便携式电子血压计。它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龙塑料封装，具有高线性、低噪声和外界应力小的特点；采用内部标定和温大连理工大学硕士学位论文度补偿方式，提高了测量精度、稳定性和重复性，在全量程范围内，精度为±１％、零点失调不大于±３００ｕＶ【１１１。图３．３Ｆｉｇ．３．３ＢＰ０１压力传感器ＢＰ０１ＰＩ℃ｓｓｕＩ℃Ｓｅｎｓｏｒ３．５存储器芯片ＡＴ２４Ｃ１６是一个２Ｋ字节串行ＣＭＯＳＥ２ＰＲｏＭ，内部含有２０４８个８位字节，ＡＴＡＬＹＳＴ公司的先进ＣＭＯＳ技术实质上减少了器件的功耗。ＡＴ２４Ｃ１６有一个１６字节页写缓冲器。该器件通过ＩＣ总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。它的极限参数是：工作温度工业级一５５～＋１２５℃商业级０～＋７５℃贮存温度一６～＋１５０℃Ｖｃｃ管脚承受电压一２．Ｏ～＋７．０Ｖ封装功率损耗（Ｔａ－２５℃）１．ｏｗ焊接温度（１０秒）３００℃输出短路电流１００ｍＡＡＴ２４Ｃ１６芯片引脚配置如图３．４所示。家用多功能健康状态检测仪的研制ＡＯＡｌＶＣＣＷＰＳＣＬＳＤＡＡ２ＧＮＤ图３．４Ｆｉｇ．３．４ＡＴ２４Ｃ１６引脚图ＡＴ２４Ｃ１６Ｐｉｎｄｉａｇ锄串行Ｅ２ＰＲｏＭ是基于Ｉ２Ｃ—ＢＵＳ的存储器件，遵循二线制协议，由于其具有接口方便，体积小，数据掉电不挥发等特点，在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用【１２。１３．６３１。ＭＳＰ４３０单片机ＭＳＰ４３０系列超低功耗单片机是ＴＩ公司推出的一种新型单片机。主要功能部件有ＣＰＵ：ＭＳＰ４３０系列单片机的ＣＰＵ和通用微处理器基本相同，只是在设计上采用了面向控制的结构和指令系统。ＭＳＰ４３０的内核ＣＰＵ结构是按照精简指令集和高透明的宗旨而设计的，使用的指令有硬件执行的内核指令和基于现有硬件结构的仿真指令。这样可以提高指令执行速度和效率，增强了ＭＳＰ４３０的实时处理能力。存储器：存储程序、数据以及外围模块的运行控制信息。有程序存储器和数据存储器。对程序存储器访问总是以字形式取得代码，而对数据可以用字或字节方式访问。其中ＭＳＰ４３０各系列单片机的程序存储器有ＲＯＭ、ＯＴＰ、ＥＰＲｏＭ和ＦＬＡＳＨ型。外围模块：经过ＭＡＢ、ＭＤＢ、中断服务及请求线与ＣＰＵ相连。ＭＳＰ４３０不同系列产品所包含外围模块的种类及数目可能不同。它们分别是以下一些外围模块的组合：时钟模块、看门狗、定时器Ａ、定时器Ｂ、比较器Ａ、串口０、１、硬件乘法器、液晶驱动器、模数转换、数模转换、端口、基本定时器、ＤＭＡ控制器等。ＭＳＰ４３０特点有：（１）功耗低，典型功耗是：２．２Ｖ时时钟频率１瑚ｚ时，活动模式为２００ｕＡ，关闭模式时仅为０．１ｕＡ，且具有５种节能工作方式。（２）高效１６位ＲＩＳｃ结构ＣＰＵ，２７条指令，８ＭＨｚ时钟频率时指令周期时间１２５ｎｓ，绝大多数指令一个时钟周期完成，３２ｋＨｚ时钟频率时１６位ＭＳＰ４３０单片机的执行速度高于典型的８位单片２０ＭＨｚ时钟频率时的执行速度。（３）低电压供电、宽工作电压范围：１．８～３．６Ｖ。（４）灵活的时钟系统（两个外部时钟和一个内部时钟）。（５）低时钟频率可实现高速通信。（６）具有串行在线编程能力。（７）强大的中断功能。（８）唤醒时间短，从低功耗模式下唤醒仅需６ｕｓ。（９）ＥＳＤ保护：抗干扰力强。基于以上特点，该系列单片机在便携式仪表、智能传感器、实用检测大连理工大学硕士学位论文仪器、气泵控制、家庭自动化等领域的应用较为普遍。ＭＳＰ４３０产品系列可以提供多种存储器容量组合的选择，从１４位模数转换器（ＡＤＣ）到液晶显示器（ＬＣＤ）驱动电路的混合信号外设，可根据需要进行选择，简化了各类应用的电路设计。且集成时钟、集成ＬＣＤ驱动电路、集成Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ转换器，使硬件简化，所需外部元件极少。ＭＳＰ４３０的１６位定时器中断可用于事件计数、时序发生、ＰｗＭ等，是应用于工业控制的理想配置。ＤＣＯ为单片机系统提供一个内部时钟源并具有锁相环，当ＸＴＡＬＴ２没有提供时，系统依靠ＤＣ０运行，整个时钟配置可以通过ＤＣｏＣＴＬ、ＢＣＳＣＴＬｌ、ＢＣＳＣＴＬ２和ＳＲ等控制寄存器中相应的位来选择和控制以满足用户对系统的要求。不同型号单片机的存储器容量和外围模块各不相同，使用者可以根据需要具体选择适应工业级应用环境【ｌ¨５１。家用多功能健康状态检测仪的研制４健康状态检测仪的硬件设计４．１控制器最小方案ＭＳＰ４３０系列单片机的电源电压采用的是１．８～３．６Ｖ电压。因而可使其在１ＭＨｚ的时钟条件下运行时，芯片的电流会在２００～４００ｕＡ左右，时钟关断模式的最低功耗只有０．１ｕＡ。在ＭＳＰ４３０系列中有两个不同的系统时钟系统：基本时钟系统和锁频环（ＦＬＬ和ＦＬＬ＋）时钟系统或ＤＣＯ数字振荡器时钟系统。有的使用一个晶体振荡（３２７６８Ｈｚ），有的使用两个晶体振荡器。由系统时钟系统产生ＣＰＵ和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体低功耗的控制。由于系统运行时打开的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。在系统有一种活动模式（ＡＭ）和五种低功耗模式（ＬＰＭ０～ＬＰＭ４）。在等待方式下，耗电为０．７ｕＡ，在节电方式下，最低可达０．１ｕＡ。控制器最小系统见图４．１。大连理工大学硕士学位论文图４．１控制器最小系统Ｆｉｇ．４．１ＭｉｎｉｍｕｍＳｙｓｔ锄Ｃｏｎ仃Ｄｌｌ盯４．２ＬＣＤ模块ＬＣＭｌ２８６４Ｈ液晶显示器（ＬＣＤ）具有功耗低、体积小、重量轻、超薄、显示信息量大和接口方便等优点，现在已被广泛应用于计算机和数字式仪表等领域，成为测量结果显示和人机对话的重要工具。液晶显示器按其功能可分为三类：段位式ＬＣＤ、字符式ＬＣＤ和点阵式ＬＣＤ。其中，段位式ＬＣＤ和字符式ＬＣＤ只能用于字符和数字的简单显示，对于较复杂的字符或图形则为力。而点阵式ＬＣＤ可以显示各种各样的字符、图形、曲线及汉字，可以实现屏幕上下左右滚动、动画、分区开窗口、反转、闪烁等功能，而且点阵液显示模块具有可编程能力，与单片机接口方便。由于以上优点，点阵式ＬＣＤ获得了广泛的应用。家用多功能健康状态检测仪的研制ＬＣＤ工作时，需要相应的驱动、控制电路，由于其电路连接方式基本固定而且ＬＣＤ本身引脚较多，所以制造商通常将ＬＣＤ和驱动、控制电路做在一块印制板上，即我们常见的液晶显示模块ＬＣＭ（Ｌｉｑｕｉｄ计上。ＣｒｙｓｔａｌＭｏｄｕｌｅ）。这种内藏控制器的液晶显示模块所给出的接口可直接与微处理器ＭＰＵ连接，这样用户就可把主要工作放在ＬＣＤ显示的软件设根据上面的介绍，ＬＣＭ属于ＭＰＵ的Ｉ／Ｏ接口设备，既受控于ＭＰＵ，同时又操纵着ＬＣＤ，以实现各种显示功能。它的使用，使ＭＰＵ摆脱了对ＬＣＤ繁琐的显示控制，更适用于智能化、便携式产品。ＬＣＭ模块的特点表现为：１）具有简捷的ＭＰＵ接口。控制器对ＭＰＵ呈现一般通讯接口的通用特点；２）具有显示数据的传输和时序脉冲信号的发送能力，可直接控制液晶显示驱动器；３）具备功能齐全的控制指令集，可以方便地通过编程实现ＭＰＵ对液晶显示器的各种显示功能的控制；４）有完整的逻辑控制电路和时序发生器可完成显示缓冲区的管理功能，并实现对各种显示功能的控制。结构上，ＬＣＭ模块由接口、控制、输出三部分组成。本系统中的ＬＣＤ模块采用了北京青云科技有限公司生产的型号为ＬＣＭｌ２８６４Ｈ的单色１２８×６４点阵液晶显示模块，其控制器为ＮＴ７５３２，可显示４行８列共３２个汉字，低电压２．４～３．５Ｖ驱动，并内置负压芯片，蓝色背光，接口简单，采用ＩＣ总线进行数据的２传输，占用单片机接口少。其外围接口只有９个引脚，引脚说明如表４．１。表４．１Ｔａｂ．４．１Ｌ伽１２８６４接口信号说明ｈｌｔｅｒｆａｃｅｓｉｇＩｌａｌｄ骼ｃ邱ｔｉｏｎ人连理工＿大学硕士学位论文ＬｃＭｌ２８６４Ｈ内部结构框图如图４．２所示图４２科ｇ４２ｋ劬缸ｓ缸帆ｏｆＬｃＭｌ２８“ＨＬＯＩｌ２８昏蛳内部结构ＬｃＭｌ２８６４Ｈ与单片机的链接如图４．３所示。图４３Ｐｌｇ４同丞『。ＬＯｌｌ２８６４ｌｌ与单片机的连接示意图Ｓ“ｃｏｎｎｅｃｔｌ叩ｄｌａｇｒ龃３删１２踮删ａｎｄ４３数据储存电路掉电存储单元的作用是在电源断开的时候，存储当前设定的单价信息。本次设计中数据存储器主要用于存储所采集的四种数据。２４ｃ１６是２Ｋ字节的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到２．５ｖ，额定电流为ｌ扫Ｉ＾，芯片内的资家用多功能健康状态检测仪的研制料可以在断电的情况下保存４０年以上，而且采用８脚的ＤＩＰ封装，使用方便。其电路如图４．４所示。鼍＝。ＥＥｐＲｏ叁压图４．４数据存储电路原理图Ｆ噜．４．４Ｄａｔａ咖ｅｃｉｒｃ．ｕｉｔｄｉ籼图中Ｒ２０１、Ｒ２０２是上拉电阻，其作用是减少２４Ｃ１６的静态功耗，由于２４Ｃ１６的数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传送数据，所以只用两根线ＳＣＬ（移位脉冲）和ＳＤＡ（数据／地址）与单片机传送数据。每当写入一次数据，系统就自动调用存储程序，将数据信息保存在芯片内；当系统重新上电的时候，自动调用读存储器程序，将存储器内的数据信息，读到缓存单元中，供主程序使用。４．４体温测试部分电路本次设计体温测量部分电路选用的是美国美信公司的单总线温度传感【２３１ＤＳｌ８８２０，其内部结构如图４．５所示。它主要由６４位光刻ＲｏＭ、温度传感器、非挥发的温度报警触发器ＴＨ和ＴＬ、配置寄存器组成。。·叫存储器平ｌｌ控制器ｌ▲■弋Ｚ·一湓废敏感元件６４伯：一一ＺＣ｝ｔ也ＲｏＭ羁ｌ坼线接Ｌｊ商遮缓存·一低赫矗触发器一．存铭器·叫幽瀣触笕乏器ＴＨ·一醚谨奄仃器源稔—－蒋瞪▲，ｌ８位ｃＲｃ生成器Ｊ图４．５ＤＳｌ８８２０内部结构图ｓ缸１ｌｃｔｕｒｅＦｉｇ．４．５ｈｌｔｅｍａｌＯｆＤＳ１８８２０大连理工大学硕士学位论文激光ＲｏＭ中的６４位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该ＤＳｌ８８２０的地址序列码。６４位光刻ＲＯＭ的排列是：开始８位（２８Ｈ）是产品类型标号，接着的４８位是该ＤＳｌ８８２０自身的序列号，最后８位是前面５６位的循环冗余校验码（ＣＲＣ码）。光刻ＲＯＭ的作用是使每一个ＤＳｌ８８２０都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个ＤＳｌ８８２０的目的【１６】。ＤＳｌ８８２０中的温度传感器可完成对温度的测量，用１６位符号扩展的二进制补码读数形式提供以Ｏ．０６２５℃／ＬＳＢ形式表达，例如＋１２５℃的数字输出为０７ＤＯＨ，＋２５．０６２５℃的数字输出为０１９１Ｈ，一２５．０６２５℃的数字输出为ＦＦ６ＦＨ，一５５℃的数字输出为ＦＣ９０Ｈ，如表４．２所列。表４．２温度值对照表Ｔａｂ．４．２ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｔａｂｌｅＤＳｌ８８２０完成温度转换后，就把测得的温度值与ＴＨ、ＴＬ（ＴＨ和ＴＬ分别为最高和最低检测温度）作比较。若Ｔ＞ＴＨ或Ｔ＜ＴＬ，则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的告警搜索命令作出响应。因此，可用多只ＤＳｌ８８２０同时测量温度并进行告警探索搜索。一旦某测温点越限，主机利用告警搜索命令即可识别正在告警的器件，并读出其序号，而不必考虑非告警器件。高低温报警触发器ＴＨ和ＴＬ、配置寄存器均由一个字节的ＥＥＰＲｏＭ组成，使用一个存储器功能命令可对ＴＨ、ＴＬ或配置寄存器写入。配置寄存器由ＲＯ和Ｒ１组成。Ｒ１、Ｒ０决定温度转换的精度位数Ｒ１Ｒ０＝００，９位精度，最大转换时间９３．７５ｍｓ；ＲｌＲＯ＝０１，１０位精度，最大转换时间１８７．５ｍｓ；Ｒ１Ｒ０＝１０，１１位精度，最大转换时间３７５ｍｓ；Ｒ１ＲＯ＝１１，１２位精度，最大转换时间７５０ｍｓ；未编程时默认为１２位精度。分辨率设定及用户设定的报警温度存储在ＥＥＰＲｏＭ中，掉电后仍然保存。高速暂存器是一个９字节的存储器。开始两个字节包含被测温度的数字量信息；第３、４、５字节分别是ＴＨ、ＴＬ、配置寄存器的临时复制，每～次上电复位时被刷新；第６家用多功能健康状态检测仪的研制字节未用，表现为全逻辑１；第７、８字节为计数剩余值和每度计数值：第９字节读出的是前面所有８个字节的ＣＲＣ码，可用来保证通信正确【１７】。ＤＳｌ８８２０的测温原理如图４．６所示。低温系数振荡器输出的时钟脉冲信号通过由高温系数振荡器产生的门开通周期而被计数，通过该计数值来测量温度。计数器被预置为与一５５℃对应的一个基数值，如果计数器在高温系数振荡器输出的门周期结束前计数到零，表示测量的温度高于一５５℃，被预置在一５５℃的温度寄存器的值就增加一个增量，同时为了补偿温度振荡器的抛物线特性，计数器被斜率累加器所决定的值进行预置，时钟再次使计数器计数直至零，如果门开通时间仍未结束，那么重复此过程，直到高温度系数振荡器的门周期结束为止。这时温度寄存器中的值就是被测的温度值。电路原理图见图４．７。涂图４．６Ｆｉｇ．４．６ＤＳｌ８８２０测温原理图Ｓｃｈ铋ｌａｔｉｃｄｉａ孕锄ｏｆＤＳ１８８２０ｔ即１ｐｅｒ｛Ｉｎｌｒｅｍｅ吲鹏ｍｅｎｔｌ２３Ｔ皇ｔｏＶｒ。‘。‘。１Ｊｌ。一上研７Ｃｉｒｃｕｉｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｎ№ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ—］图４．７体温采集部分的电路Ｆｉｇ．４．７大连理工大学硕士学位论文４．５脉搏测试部分电路由于本次设计选用的脉搏测试传感器是专用的一体化器件，其输出信号可直接采集，故这部分电路比较简单，硬件连接图见图４．８。图４．８脉搏测试部分电路Ｆｉｇ．４．８ＣｈｕｉｔｏｆｐｕｌｓｅｔｅｓｔｐａＩｔ４．６血压测试部分电路血压测试部分电路由压力传感器、放大电路、带通滤波、二次放大、血压脉冲触发这几个部分组成。主要原理为：Ｐ１］Ｉ『Ｍ输出控制气泵充气漏气调整袖带内气压；一路ＡＤＣ采样袖带内气压直流分量以便取得收缩压和舒张压；一路ＡＤＣ采样袖带内气压交流分量经分析计算后确定收缩压和舒张压的瞬态时间位置；接收血压脉冲信号触发ＡＤＣ工作；将计算出的收缩压和舒张压结果输出至ＬＣＤ显示并声光提示。如图４．９所示，本电路采用ＢＰ０１型压力传感器和运放ＭＡＸ４４７２。ＢＰＯｌ型压力传感器是为检测血压而专门设计的，主要用于便携式电子血压计。它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龙塑料封装，具有高线性、低噪声和外界应力小的特点；采用内部标定和温度补偿方式，提高了测量精度、稳定性和重复性，在全量程范围内，精度为±１％、零点失调不大于±３００ｕＶ。姒Ｘ４４７２是ＭＡｘＩＭ公司的一款集成了四个运算放大器的低功耗放大芯片。本系统中内部集成运放Ａ接恒流源，为压力传感器提供恒定的电流，运放Ｂ和运放Ｃ，运放Ｄ组成差分输入、单端输出放大电路，直接输入ＡＤＣ０监视血压直流分量。家用多功能健康状态检测仪的研制图４．９血压传感电路Ｆｉｇ．４．９Ｃ疵ｕｉｔｏｆｂｌｏｏｄｐｒｅｓｓｕｒｅｓ∞８地ｐａｒｔ滤波放大部分采用ＭＡＸ２６７、ＭＡＸ４４７ｌ和ＭＡＸ９０２８三个芯片和其他外围器件组成。其中ＭＡＸ２６７是ＭＡＸＩＭ公司出产的一个集成滤波器，可以构成低通、带通、高通、等多种方式，使用灵活，性能远远优于采用集成运放组成的滤波电路。ＭＡＸ４４７１是ＭＡＸＩＭ公司的一款低功耗的放大器。ＭＡｘ９０２８是ＭＡｘＩＭ公司的一个低功耗的比较器。滤波电路采用ＭＡＸ２６７构成带通滤波器（允许０．８～３８Ｈｚ的信号通过），滤掉信号中的直流成分和电源以及皮肤与袖带摩擦的高频噪声和工频干扰，然后经过放大器ＭＡＸ４４７１进行进一步放大，得到单片机匹配的电压信号，进入ＡＤＣ２，监视血压的交流分量。同时该信号通过低功耗比较器ＭＡＸ９０２８转换成脉冲信号，触发ＡＤＣｌ工作。电路见图４．１０。强曩７·—＿ｋⅨＢ群器ＢＰＡ《ｐ。￡１栅ｉ。壤一柏。坛Ｔｑ吐Ｆｃ０３翳ＰＲ—鼍１；ｗ：：普乳等’Ⅸ矗Ｑ－ＲＢＱ：ｏＥ诺ｇｖ；｝；；淞’■一犁Ｃ珏国ｆ二驴ＣＵ：Ａ掣２限＊Ｌ旬鹾黼∞；；，ｌⅣ￥兰ｂ攀，臌气．姒札叫∥≮鞠矗¨ｌ讲Ⅲ孰ｊ芏＾卫Ｃ】铌均Ｋ疆，ｌ｜ｌ叫。Ｆｉｇ．４．１０ｌ髅Ｌ一ｌ俐１僦广Ｉ戳≥ｎ整曼。下划》，嗽Ⅲ—刊到蕾戗汀；；—上●嚣、芑￡｝—与图４．１０滤波放大部分电路Ｃｉｒｃｕｉｔｏｆｆｉｌｔｅｒｅｎｌａｌ苫ｅｐａｎ大连理工大学硕士学位论文测血压部分功能电路上主要由控制器、传感器、ＬＣＤ液晶显示器、按键、充气气泵驱动、放气气阀、存储器、电源等部分构成。由于牵涉到的器件较多，这部分电路的示意框图如下：图４．１１血压测量部分电路框图Ｆｉｇ．４．１１ＣｉｒｃｕｉｔｄｉａｇｒａｍｏｆｂｌｏｏｄｐｒｅｓｓｕｒｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐａＪｔ另外，血压计的重要采集数据通过运放放大的袖带气压和隔直后的脉搏波，由于它们都是通过微小的信号放大后得到的，所以Ａ／Ｄ转换的设计也极为重要。系统采用智能充气测量、自动降压，在降压的过程中进行测量【１９１。４．７呼吸测试部分电路本次设计选用热敏电阻加滤波放大之后再经比较器将热敏电阻采集的模拟量转变为矩形波信号，输出给控制器。在本设计中用到两个放大电路，第一个为前置放大，如图４．１２所示：为一个典型的同相放大电路，其输出电压Ｕ。表达式为：虬２惜户得热敏电阻在３４℃时的电阻值Ｒ弘＝１６５Ｑ。他１）由于３７℃电阻经过与人体呼吸出来的气流对流散热后的温度大约为３４℃，经计算要对信号进行滤波处理就必须先对信号进行放大，现取电阻Ｒ。＝５１Ｋ，Ｒ：＝２００Ｋ则：增益为：办＝１＋尝＝１１（４．２）家用多功能健康状态检测仪的研制图４．１２前置放大电路Ｆｉｇ．４．１２Ｐｒｅ砌ｐｌｉｆｉｅｒ本设计采用ＲＣ有源滤波器，其结构简单，调整方便，也易于集成化，实用电路采用运算放大器作有源器件，几乎没有负载效应，利用这些简单的一阶与二阶电路级联，也容易实现复杂的高阶传递函数，在信号处理领域得到广泛的应用。如图４．１３所示为本设计所用的低通滤波电路。＝｝图４．１３滤波电路Ｆｉｇ．４．１３ＦｉｌｔｅｒｃｉＩ－ｃｕｉｔ大连理工大学硕士学位论文其参数为：‰２赢口＝击ｃ击＋击＋击，取电容Ｃ。＝１ｐＦ舻一等（４．３）（４．４）（４．５）其中，Ｋ。为滤波器的放大倍数；∞。为滤波器的固有频率；口为滤波器的阻尼系数。由于本设计要求的是将频率在１０ＨＺ以上的信号滤除，因此取五：１０Ｈｚ，参考表４．３表４．３二阶有源滤波器设计电容选择用表Ｔａｂ．４．３Ｃａｐａｃ“ｏｒｓｅｌｅｃｄｏｎｔａｂｌｅｏｆ让ｌｅｓｅｃ∞．ｄ－ｏｍｅｒａｃｔｉｖｅ丘ｌ衙ｄｅｓｉ盟然后根据所选的电容Ｇ＝ｌｕＦ，按照下式计算电阻换标系数Ｋ如器可得到各电阻的实际值。渔６）其中尼以Ｈｚ为单位；Ｃｌ以ｕＦ为单位，求出Ｋ＝１０。然后按表４．４确定电容Ｃ２与归一化电阻值ｒ１～ｒ３，最后将归一化电阻值乘以换标系数Ｋ，Ｒｉ＝Ｋｒｉ（ｉ＝１，２，３），即家用多功能健康状态检测仪的研制表４．４二阶无限增益多路反馈巴特沃斯低通滤波器设计用表Ｔａｂ．４．４Ｄｅｓｉ印协ｂ１１ｅｏｆＳｅｃｏｎｄ—ｏｒｄｅｒｍｕｌｔｉｐｌｅｆｅｅｄｂａｃｋｉ１１缸ｉｔｅ—ｇａｉｎＢｕｔｔ鲫Ⅳｏ劬１０ｗ．ｐｌａｓｓｆｉｌｔｅｒ对于本设计可算出Ｋ＝ｌＯ，并取Ｋ，＝２，则可以查表得ｒｌ＿２．５６５，ｒ：＝３．２９２，ｒ。＝５．１３０，继而可以算出并取整Ｒ。＝２５ＫＱ，Ｒ２＝３３ＫＱ，Ｒ。＝５１ＫＱ，Ｃ２＝０．１５ｕＦ。信号经放大滤波以后得到的模拟信号可反映呼吸气流温度变化，该信号可直接送到单片机的Ａ／Ｄ端，由软件系统来识别信号的波形变化，但软件识别要占用较长的时间。在此采用硬件电路来识别波形变化。当呼吸的速度和深度不同时，每次气流温度变化信号的波形及幅度都不同，但在每次呼吸过程中，信号波形必然在基线上下波动，因此设计了滞回比较器来进行波形转换。由于滞回比较器输入输出的滞回特性，可以避免由于呼吸气流的小波动而导致信号的误检，提高电路的抗干扰能力。电路如图４．１３。在这里我ｆＩ’］取Ｒ。＝１３Ｋ，Ｒ：＝１００Ｋ，Ｒ。＝２７０Ｋ，ＩＬ＝２．７Ｋ，Ｒ５＝ｌＫ，Ｒ。＝ｌＫ，Ｒ，＝５Ｋ。滞回比较器的输出，通过电平转换，得到可与单片机接口的数字信号。比如，将信号送到控制器来检测呼吸频率信号，可以很容易地计算出呼吸频率，与软件直接分析模拟波形相比，占单片机时间更少。援７图４．１３波形转换电路Ｆｉｇ．４．１３ＷａＶｅｆ－ｏｎｎｃｏｎＶ懿ｉｏｎｃ讹ｕｉｔ大连理工大学硕士学位论文４．８时钟电路由于系统需要用到时钟信号，本次设计加入了常用时钟电路ＤＳｌ３０２，ＤＳｌ３０２与ＣＰＵ的连接需要三条线，即ＳＣＬＫ（７）、Ｉ／Ｏ（６）、ＲＳＴ（５）。ＤＳｌ３０２是美国ＤＡＬＬＡＳ公司推出的一种高性能、低功耗、带ＲＡＭ的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为２．５～５．５Ｖ。采用三线接口与ＣＰＵ进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或ＲＡＭ数据。ＤＳｌ３０２内部有一个３ｌ×８的用于临时性存放数据的Ｉ洲寄存器。ＤＳｌ３０２是ＤＳｌ２０２的升级产品，与ＤＳｌ２０２兼容，但增加了主电源／后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。图４．１４示出ＤＳｌ３０２的引脚排列，其中ＢＡＴＬｖＣＣ为后备电源，ｖＣＣ为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。ＤＳｌ３０２由ＢＡＴＴ—ＶＣＣ或ＶＣＣ两者中的较大者供电。当ＶＣＣ大于ＢＡＴＴＪＣＣ＋０．２Ｖ时，ＶＣｃ给ＤＳｌ３０２供电。当ＶＣＣ小于ＢＡＴＴ－ｖＣＣ时，ＤＳｌ３０２由ＢＡＴＴ＿ｖＣＣ供电。Ｘｌ和Ｘ２是振荡源，外接３２．７６８ｋＨｚ晶振。ＲＳＴ是复位／片选线，通过把ＲｓＴ输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。ＲＳＴ输入有两种功能：首先，ＲＳＴ接通控制逻辑，允许地址／命令序列送入移位寄存器；其次，ＲＳＴ提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当ＲＳＴ为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对ＤＳｌ３０２进行操作。如果在传送过程中ＲＳＴ置为低电平，则会终止此次数据传送，Ｉ／０引脚变为高阻态。上电运行时，在ＶＣＣ≥２．５Ｖ之前，ＲＳＴ必须保持低电平。只有在ＳＣＬＫ为低电平时，才能将ＲＳＴ置为高电平。Ｉ／０为串行数据输入输出端（双向），ＳＣＬＫ始终是输入端。二工ＩＩ．爨鲁ｊＦ图４．１４时钟电路Ｆｉｇ．４．１４Ｃ１０ｃｋｃｉｒｃｕ“家用多功能健康状态检测仪的研制４．９其他电路系统的其他电路部分包括电源部分和ＪＴＡＧ电路以及控制器复位芯片。７８０５和１１１７—３．３都是ＤＣＤＣ降压芯片，其中７８０５把电源适配器输出的９Ｖ电压转成５Ｖ，并且有稳压作用，然后１１１７—３．３将５Ｖ转成３．３Ｖ供控制器使用。ＪＴＡＧ（ＪｏｉｎｔＴｅｓｔＡｃｔｉｏｎＧｒｏｕｐ联合测试行动小组）是～种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试。现在多数的高级器件都支持ＪＴＡＧ协议，如ＤＳＰ、ＦＰＧＡ器件等。标准的ＪＴＡＧ接口是４线：ＴＭＳ、ＴＣＫ、ＴＤＩ、ＴＤＯ，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。本次设计选用的控制器ＭＳＰ４３０也是采用此接口电路烧写芯片。ＵＳＢ转串行口电路本次设计采用ＦＴ２３２ＢＭ，ＦＴ２３２ＢＭ提供的ＵＳＢ转ＲＳ２３２／ＲＳ４８５设备把ＲＳ４２２／ＲＳ４８５与ＵＳＢ两种通讯协议取长补短，将它们的优点集于一身，在ＲＳ２３２／ＲＳ４８５和ＵＳＢ口之间建立可靠的连接。利用ＵＳＢ接口具有的即插即用和热插拔的能力可以给ＲＳ２３２／ＲＳ４８５设备提供非常容易使用的环境。同时利用ＲＳ２３２／ＲＳ４８５具有的远距离传输和抗干扰性能好等特点赋予了ＵＳＢ口远距离传输的功能。它的设计可以让你方便地连接诸如ＰＬＣ和ＰＬＤ、条码扫描器、工控自动化等设备，并提供高达３Ｍｂｐｓ的传输速率。本次设计用于与上位机通讯。大连理工大学硕士学位论文５健康状态检测仪的软件设计５．１ｌＡＲ开发环境ＩＡＲ系统嵌＾式ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ是一种用于开发应用各种不同的目标处理器的灵活的集成环境它提供一个方便的窗口界面用于迅速的开发和调试嵌入式霄ｏｒｋｂｅｎｃｈ支持多种不同的目标处理器用户用不同的目标处理器开发的工程Ｐｒｏｊｅｃｔｓ可以在工程的基础上逐个规定目标工程关于支持目标处理器的更多的信息。工具包括快速编译器高效的连接罂库语法高亮度文本编辑器自动的Ｍａｋｅ工具以及一个可选的的｝ｓＰＹ调试器。软件的开发界面见图５．１。圜面匝墨墨盈墨墨雹盈圈—■嘲童鲤ｍ§∞８抑ｍＩ钟女∞㈨髀Ｒｅａ４￡ｒ㈣０，¨∞０图５ｌＩＡＲＬｎ９，ｃｄ∞ＦＯＲ硒Ｐ４３０软件开发界面№５ＩＩＡＲＦｏＲＭｓＰ４３０ｓｏ脚眦ｄｅｖｄ叩ｍｅｍｍｔｅ恤５．２单片机Ｃ语言的简介用于单片机软件编程的语言有面向单片机的ｃ语言和汇编语言。ｃ是一种源于编写ｕＮＩｘ操作系统的语言，它是一种结构化语言．可产生紧凑代码，可以进行许多机器级函家用多功能健康状态检测仪的研制数控制。汇编语言是用操作内容的英文词的缩写符号代替二进制编码，用符号代替地址或操作的数据。与汇编相比，Ｃ语言有如下特点：１．对单片机的指令系统不要求了解，仅要求对控制器的存储器有初步了解；２．寄存器分配，不同存储器的数据类型等细节可由编译器管理；３．程序有规范的结构，可分为不同的函数，这种方式可使程序结构化；４．具有将可变的选择与特殊操作结合在一起的能力，改善了程序的可读性；５．关键字与运算函数可用近似人的思维过程方式使用；６．编程与程序调试时间显著缩短，从而提高效率；７．提供的库包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能力；８．已编好程序可容易的植入新程序，因为它具有方便的模块化编程技术。因此，用Ｃ语言进行ＭＳＰ４３０程序设计是单片机开发与应用的必然趋势。单片机教学中的程序设计也应该以Ｃ语言为主，汇编语言为辅。对汇编语言掌握到只要可以读懂程序，在时间要求比较严格的模块中进行程序的优化即可。采用Ｃ语言也不必对单片机和硬件接口的结构有很深入的了解，编译器可以自动完成变量的存贮单元的分配，编译者就可以专注于应用软件部分的设计，大大加快了软件的开发速度【２０】。５．３系统软件整体结构系统软件所实现的功能主要是系统功能的实现及数据的处理和应用。根据前面几个章节所述内容，系统软件需要实现以下功能：１．血压信号的采集处理实现对处理过的传感器信号的采集和处理。２．温度采集实现对温度传感器ＤＳｌ８８２０的数据采集。３．呼吸信号采集实现对呼吸传感器输出的数据进行采集。４．脉搏信号的采集实现对脉搏信号的数据进行采集。５．其他信号的采集和其他部分处理程序系统的总体流程图见图５．２。大连理工大学硕士学位论文图５．２系统程序流程图Ｆｉｇ．５．２ＳｙＳｔｅｍｐｒｏｇｒａｍｆｌＯｗｃｈａｒｔ５．４关键点与程序算法综合起来，本系统的软件程序编写方面关键点有两个地方：传感器数据采集、计时方法。对各传感器和外围电路的信号的采集，是测量部分功能启动和测量能否成功的关键。５．４．１体温值测量部分家用多功能健康状态检测仪的研制本系统测温利用ＤＳｌ８８２０温度传感器，它是高精度单总线温度传感器。光刻ＲＯＭ的作用是使每一个ＤＳｌ８８２０都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个ＤＳｌ８８２０的目的。主机操作ＲＯＭ的命令有五种，如表５．１所示。表５．１Ｔａｂ．５．１ＤＳｌ８８２０的ＲｏＭ命令ＴｈｅＲＯＭｃｏｍｍａｎｄｓｏｆＤＳｌ８８２０指令读ＲＯＭ（３３Ｈ）匹配ＲｏＭ（５５Ｈ）说明读ＤＳｌ８２０的序列号继读完６４位序列号的一个命令，用于多个ＤＳｌ８２０时定位此命令执行后的存储器操作将针对在线的所有ＤＳ１８２０识别总线上各器件的编码，为操作各器件作好准备仅温度越限的器件对此命令作出响应跳过ＲＯＭ（ＣＣＨ）搜ＲＯＭ（ＦＯＨ）报警搜索（ＥＣＨ）ＤＳｌ８８２０测量温度时使用特有的温度测量技术。其内部的低温度系数振荡器能产生ＤＳｌ８８２０出厂时被设置为１２位，分辨率设置如表５．２所示。表５．２分辨率设置表Ｔａｂ．５．２Ｒｅｓｏｌｕ廿０ｎｓｅ仳ｉｎｇ根据ＤＳｌ８８２０的通讯协议，主机控制ＤＳｌ８８２０完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对ＤＳｌ８８２０进行复位，复位成功后发送一条ＲＯＭ指令，最后发送ＲＡＭ指令，这样才能对ＤＳｌ８８２０进行预定的操作。复位要求主ＣＰＵ将数据线下拉５００微秒，然后释放，ＤＳｌ８８２０收到信号后等待１６～６０微秒左右，后发出６０～２４０微秒的存在低脉冲，主ＣＰＵ收到此信号表示复位成功。ＲｏＭ命令令和暂存器的命令如表５．１和表５．３。表５．３Ｔａｂ．５．３ＤＳｌ８８２０暂存器的命令ＤＳ１８８２０ｒｅｇｉｓｔｅｒｃｏｍｍ锄ｄ大连理工大学硕士学位论文指令温度转换（４４Ｈ）读数据（ＢＥＨ）写数据（４ＥＨ）复制（４８Ｈ）读ＥＥＲＡＭ（Ｂ８Ｈ）读电源供电方式（Ｂ４Ｈ）说明启动在线ＤＳｌ８２０做温度Ａ／Ｄ转换从高速暂存器读９ｂｉｔｓ温度值和ｃＲｃ值将数据写入高速暂存器的第２和第３字节中将高速暂存器中第２和第３字节复制到ＥＥＲＡＭ将ＥＥＲＡＭ内容写入高速暂存器中第２和第３字节了解ＤＳｌ８２０的供电方式ＤＳｌ８８２０部分程序流程图见图５．３。图５．３Ｆｉｇ．５．３ＤＳｌ８８２０模块程序流程图ＤＳｌ８８２０ｍｏｄｕｌｅｐｒｏｇｒ锄ｎｏｗｃｈａｒｔ一３９—家用多功能健康状态检测仪的研制５．４．２测量呼吸的计时计数本系统中计时是一个关键的步骤，因为对呼吸信号的采集，需要定时计数。设定一个延迟时间为Ｏ．２５ｍｓ的程序，累加器Ａ初值设为２（Ｏ．５／０．２５＝２）。每次电平变化代表着呼吸一次，两次电平之间的间距时间就是呼吸的间距。本次设计对呼吸暂停的检测和报警，作了充分考虑，数据证明１～４％的人在睡眠时会有呼吸暂停现象，因此，对此现象的检测是很有必要的，本次设计对呼吸暂停的判断依据医学试验数据而定，当检测到离上次呼吸１０ｓ以后仍然检测不到呼吸时记录并报警提示，当每小时呼吸暂停次数达到５次以上时，持续报警。并在ＬＣＤ上显示信息。呼吸暂停检测部分的程序流程图见图５．４。图５．４呼吸暂停检测流程图Ｆｉｇ．５．４Ａｐｎｅａｄｅｃｅｃｔｉｏｎｆｌｏｗｃｈａｒｔ大连理工大学硕士学位论文５．４．３血压值测量部分血压数据采集部分主要用到控制器的ＡＤＣ功能，虽然系统硬件已经作了滤波处理，但对采集来的数据仍然有必要作进一步的判断。软件中这部分功能的流程图见图５．５。图５．５血压测试部分程序流程图Ｆ嘻５．５Ｂ１００ｄｐｒｅｓ呲ｔｅＳ：ｔｉｌ鸣ｐｒｏ野蚰ｆｌｏｗｃｈａｒｔ进入血压采集程序后，控制器控制气泵给袖带充气，让袖带迅速充气至人体血压收缩压平均值以上约３０ＩＩ】ＩＩｌＨｇ左右。然后单片机通过一路ＡＤＣ开始采集袖带的气压，并根据袖带内气压下降的速度来控制排气阀排气，使袖带内匀速降压（每秒３～５ＩＩ】ＩＩｌＨｇ）。同时，另外一路ＡＤＣ开始采集经过隔直的脉搏波。当脉搏波的振幅最大时，袖带的压力就是动脉的平均压。动脉的收缩压对应于振幅包络线的第一个拐点，舒张压对应于包络线的第二个拐点ｌ，２１垅Ｊ。软件主要细分为以下２个重要模块：Ａ、匀速降压控制模块尽管气阀有自动缓慢放气的特点，但为了使袖带迅速充气至被测者收缩压以上３０ｍｍＨｇ左右后匀速降压（每秒３～５ＩＩⅡＩｌＨｇ），而不能用普通的处理方法，因为测量过程中容易受到外界干扰的影响，如人为的震动袖带、气管的震动、人体的身体运动等，另外人体气管的刚性度也会影响到袖带内气压微弱的变化。所以袖带内的压力降低的速度与气阀开关的频率为非线形关系。本设计采用了ＰＩＤ算法来控制气阀的开关时间来确保家用多功能健康状态检测仪的研制袖带以每秒３～５ｍｍＨｇ的速度来匀速降压。受到控制器的处理速度和ＲＡＭ资源的，这里不采用浮点数运算，而将所有参数全部用整数，最后再除以２Ｎ（相当于移位），作类似定点数运算，这样可以大大的提高运算速度。最终赋值给定时器，来控制气阀的开启时间，从而保证降压的速度恒定。在ＰＩＤ算法中三个基本的参数Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄ的设定与调整是比较难的部分，根据这些参数的作用原理，总结调整方法大致如下：１、压力很快就降到目标值，但压力降的太多：ａ）比例系数太大；ｂ）微分系数过小；２、压力下降达不到目标值：ａ）比例系数过小；ｂ）积分系数过小；３、基本上能够控制在目标上，但上下偏差较大，且经常波动ａ）微分系数过小；ｂ）积分系数过大；Ｂ、信号处理模块压力传感器ＢＰ０１输出的信号首先进行滤波处理，排除因外界干扰造成的信号读数的误差，之后放大送一次ＡＤＣ，作为静态血压信号；隔直后经再次放大送二次ＡＤＣ。为了最大限度地利用Ａ／Ｄ转换的采样速度，我们用中断来实现Ａ／Ｄ转换后的数据处理。当Ａ／Ｄ转换完毕，在中断程序中，用防脉冲干扰移动平均值法来实现简单有效的数字滤波，使测量更加准确。具体做法为：在一次定时中断内连续进行５次Ａ／Ｄ转换，去掉最大值和最小值，剩余３个数据求算术平均值，该算术平均值作为此次的Ａ／Ｄ转换结果。在测量过程中已经存储各个脉搏波的峰值。收缩压的确定采用最大振幅法，即在袖带放气过程中脉搏波幅度包络线的上升段，当某一个脉搏波的幅度Ｕｉ与最大幅度Ｕｍ（平均压）之比刚刚大于Ｋｓ时，就认为此时对应的气袖压力为收缩压。Ｐｓ＝Ｋｓ水Ｕｍ（５．１）舒张压的确定也是采用最大振幅法来判定的，不过是在脉搏波幅度包络线的下降段，当某一个脉搏波的幅度Ｕｉ与最大幅度Ｕｍ（平均压）之比刚刚小于Ｋｄ时，就认为此时对应的气袖压力为舒张压。Ｐｄ＝Ｋｄ，ｌｃＩＪｍ（５．２）大连理工大学硕士学位论文５．４．４脉搏信号采集控制器收到的脉搏信号，和呼吸信号一样是脉冲形式的，仍然是定时计数的方式测量，所以定时器工作方式等不再详述。程序流程图见图５．６。开始０延时上累加器置初山采集脉搏信号山计算脉搏频率图５．６脉搏采集流程图Ｆｉｇ．５．６Ｐｕｌｓｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｆ１０ｗｃｈａｒｔ５．４．５显示器的功能寄存器介绍及指令说明功能寄存器介绍液晶显示器中的功能寄存器有指令寄存器（ＩＲ）和数据寄存器（ＤＲ）。ＩＲ是用来寄存指令码，与数据寄存器寄存数据相对应。当Ｄ／Ｉ为高电平时，在Ｅ信号下降沿的作用下，指令码写入ＩＲ。ＤＲ是用来寄存数据的，与指令寄存器寄存指令相对应。当Ｄ／Ｉ为高电平时，在Ｅ信号的下降沿作用下，图形显示数据写入ＤＲ，或在Ｅ信号高电平作用下由ＤＲ读ＤＢ７～ＤＢ０数据总线。ＤＲ和ＤＤＲＡＭ之间的数据传输是模块内部自动执行的。指令说明显示开关控制（ＤＩＳＰＬＡＹｏＮ／ＯＦＦ）：当读写信号Ｒ／Ｗ为低电平，Ｄ／Ｉ为低电平，ＤＢ７和ＤＢ６也为低电平，ＤＢ５到ＤＢｌ为高电平时，ＤＢ０为高电平，则开显示（ＤＩＳＰＬ“ｏＮ）意即显示器可以进行各种显示操作；ＤＢＯ为低电平，则关显示（ＤＩＳＰＬＡＹＯＦＦ）意即不能对显示器进行各种显示操作。设置显示起始行（ＤＩＳＰＬＡＹＳＴＡＲＴＬＩＮＥ）：当读写信号Ｒ／Ｗ为低电平，Ｄ／Ｉ为低电平，ＤＢ７和ＤＢ６则为高电平，ＤＢ５为Ａ５，ＤＢ４为Ａ４，ＤＢ３为Ａ３，ＤＢ２为Ａ２，ＤＢｌ为Ａ１，ＤＢ０家用多功能健康状态检测仪的研制为ＡＯ时，为设置显示起始行（Ａ５～ＡＯ）６位地址自动送入Ｚ地址计数器，起始行的地址可以是０～６３的任意一行。例如：选择Ａ５～Ａ０是６２，则起始行与ＤＤＲＡＭ行的对应关系如下：ＤＤ洲行：６２屏幕显示行：６３０１２３………………………………………………２８２９３２１２３４５６…………………………………………………３１设置页地址（ＳＥＴＰＡＧＥ“ＸＡＤＤＲＥＳＳ’’）：当读写信号Ｒ／Ｗ为低电平，Ｄ／Ｉ为低电平，ＤＢ７为高电平，ＤＢ６为低电平，ＤＢ５到ＤＢ３为高电平时，ＤＢ２为Ａ２，ＤＢｌ为Ａｌ，ＤＢ０为ＡＯ时，为设置页地址，所谓页地址就是ＤＤＲＡＭ的行地址，８行为一页，模块共６４行即８页，Ａ２～Ａ０表示Ｏ～７页。读写数据对地址没有影响，页地址由本指令或ＲＳＴ信号改变复位后页地址为０。设置Ｙ地址（ＳＥＴ“ＹＡＤＤＲＥＳＳ＂）：当读写信号Ｒ／Ｗ为低电平，Ｄ／Ｉ为低电平，ＤＢ７也为低电平，ＤＢ６为高电平，ＤＢ５为Ａ５，ＤＢ４为Ａ４，ＤＢ３为Ａ３，ＤＢ２为Ａ２，ＤＢｌ为Ａ１，ＤＢＯ为Ａ０时，为设置Ｙ地址，此指令的作用是将Ａ５～Ａ０送入Ｙ地址计数器，作为ＤＤＲＡＭ的Ｙ地址指针。在对ＤＤＲＡＭ进行读写操作后，Ｙ地址指针自动加１，指向下一个ＤＤＲＡＭ单元。读状态（ＳＴＡＴＵＳＲＥＡＤ）：当Ｒ／Ｗ读写信号管脚为高电平，Ｄ／Ｉ为低电平，在Ｅ信号为高电平的作用下，状态分别输出到数据总线（ＤＢ７～ＤＢ０）的相应位。ＤＢ７为忙标志ＢＦ，ＢＦ标志提供内部工作情况，当ＢＦ为高电平时表示模块在进行内部操作，此时模块不接受外部指令和数据；当ＢＦ为低电平时，模块为准备状态，随时可接受外部指令和数据。ＤＢ６为低电平，ＤＢ５为ＤＦＦ触发器的状态ＯＮ／０ＦＦ，此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制，当ＤＦＦ为高电平时，为开显示（ＤＩＳＰＬＡＹ０Ｎ），叩ＲＡＭ的内容就显示在屏幕上；当ＤＦＦ为低电平时，为关显示（ＤＩＳＰＬＡＹＯＦＦ）。ＤＢ４为ＲＳＴ，当ＲＳＴ为高电平时，表示内部正在初始化，此时组件不接受任何指令和数据，ＤＢ３至ＤＢ０为低电平时，为读状态。写显示数据（ｗＲＩＴＥＤＩＳＰＬＡＹＤＡＴＥ）：Ｒ／Ｗ读写信号管脚为低电平，Ｄ／Ｉ为高电平，ＤＢ７至ＤＢ０分别对应Ｄ７至Ｄ０时，为写显示数据状态，Ｄ７～ＤＯ为显示数据，此指令把Ｄ７～Ｄ０写入相应的ＤＤＲＡＭ单元，Ｙ地址指针自动加１。读显示数据（ＲＥＡＤＤＩＳＰＬＡＹＤＡＴＥ）·：当Ｒ／Ｗ和．Ｄ／Ｉ都为高电平，ＤＢ７至ＤＢＯ分别对应Ｄ７至Ｄ０时，为读显示数据状态，此指令把ＤＤＲＡＭ的内容Ｄ７～Ｄ０读到数据总线ＤＢ７～ＤＢ０，Ｙ地址指针自动加１１２引。显示数据输入子程序设计及代码编写大连理工大学硕士学位论文在液晶显示程序的设计过程中，首先对显示数据输入子程序进行了设计，其程序框图如图５．７所示。其工作过程为：首先对子程序进行程序初始化，接着确定循环次数和初始的输入数据，然后对该数据在液晶显示的地址进行确定，即Ｘ地址和Ｙ地址。显示完该数据后，判断是否显示完毕，如果所要显示的数据还没有显示完，则对需要进行改变的值进行修改，如地址、显示数据等。然后再显示，直到所要显示的数据显示完毕为止。如果判断所要显示的数据已经显示完毕，则退出显示数据子程序。图５．７显示数据输入子程序流程图Ｆｉｇ．５．７Ｄｉｓｐｌａｙｄａｔａｉｎｐｍｓｕｂｒｏｕｔｉｎｅｎｏｗｃｈａｒｔ５．４．６时钟部分ＤＳｌ３０２的控制字如图５．８所示。控制字节的最高有效位（７位）必须是逻辑１，如果它为０，则不能把数据写入ＤＳｌ３０２中，６位如果为０，则表示存取日历时钟数据，为１表示存取ＲＡＭ数据；５位至１位指示操作单元的地址；最低有效位（０位）如为０表示要进行写操作，为１表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。家用多功能健康状态检测仪的研制图５．８Ｆｉｇ．５．８ＤＳｌ３０２的控制字节ＤＳｌ３０２Ｃｏｎ＿ｎ．ｏｌＢｙｔｅ在控制指令字输入后的下一个ＳＣＬＫ时钟的上升沿时，数据被写入ＤＳｌ３０２，数据输入从低位即位０开始。同样，在紧跟８位的控制指令字后的下一个ＳＣＬＫ脉冲的下降沿读出ＤＳｌ３０２的数据，读出数据时从低位０位到高位７。ＤＳｌ３０２有１２个寄存器，其中有７个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为ＢＣＤ码形式。此外，ＤＳｌ３０２还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与ＲＡＭ相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。ＤＳｌ３０２与ＲＡＭ相关的寄存器分为两类：一类是单个ＲＡＭ单元，共３１个，每个单元组态为一个８位的字节，其命令控制字为ＣＯＨ～ＦＤＨ，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的ＲＡＭ寄存器，此方式下可一次性读写所有的ＲＡＭ的３１个字节，命令控制字为ＦＥＨ（写）、ＦＦＨ（读）【２５Ｊ。时钟部分程序流程图见图５．９。大连理工大学硕士学位论文Ｎ图５．９Ｆｉｇ．５．９ＤＳｌ３０２程序流程图ＤＳｌ３０２ｎｏｗｃｈａＪｔ系统时钟设置部分的操作主要由按按键实现，系统工作于时间设定状态还是参数测试状态是由第一位按键实现，见总流程图。对每一部分的设定完成之后，控制器发送命令字给ＤＳｌ３０２，进行读写操作。ＤＳｌ３０２与微处理器进行数据交换时，首先由微处理器向电路发送命令字节，命令字节最高位ＭＳＢ（Ｄ７）必须为逻辑１，如果Ｄ７＝０，则禁止写ＤＳｌ３０２，即写保护；Ｄ６＝０，指定时钟数据，Ｄ６＝１，指定ＲＡＭ数据；Ｄ５～Ｄ１指定输入或输出的特定寄存器；最低位ＬＳＢ（ＤＯ）为逻辑０，指定写操作（输入），ＤＯ＝ｌ，指定读操作（输出）。在ＤＳｌ３０２的时钟日历或ＲＡＭ进行数据传送时，ＤＳｌ３０２必须首先发送命令字节。若进行单字节传送，８位命令字节传送结束之后，在下２个ＳＣＬＫ周期的上升沿输入数据字节，或在下８个ＳＣＬＫ周期的下降沿输出数据字节。ＤＳｌ３０２与Ｉ础相关的寄存器分为两类：一类是单个ＲＡＭ单元，共３１个，每个单元组态为一个８位的字节，其命令控制字为ＣＯＨ～ＦＤＨ，其中奇数为读操作，偶数为写操作；家用多功能健康状态检测仪的研制再一类为突发方式下的Ｉ洲寄存器，在此方式下可一次性读、写所有的ＲＡＭ的３１个字节。大连理工大学硕士学位论文结论本课题是以１６位高性能微处理器ＭＳＰ４３０为核心设计的一款家用多功能健康状态检测仪。根据日常需要实现４种人体健康参数的测试：血压、脉搏、体温、呼吸。其中血压、脉搏、体温三项参数主要用于日常保健级别的测量，呼吸部分主要针对“睡眠呼吸暂停”症状的检测及报警。其硬件部分主要有传感器数据采集电路、与上位机的接口电路、液晶显示电路、按键、稳压电源等电路。软件方面主要实现了血压、脉搏、呼吸、体温等信号的测量及计算，信息在ＬＣＤ上的显示、在ＥＥＰＲｏＭ上的存储和读取等多个方面。经过健康状态检测仪的软硬件设计和实验室的实验、调试，得到以下结果：（１）根据血压测量的最大振幅法原理，利用ＢＰ０ｌ压力传感器采集血压信号，最终转化为人体血压，实现了家用多功能健康检测仪的血压测量功能。（２）利用人在呼吸时，口、鼻腔处由于气流流过而发生的温度变化，采用热敏电阻采集这个温度变化，最终提取出人体的呼吸信号。通过对呼吸的计时和计数来判断是否发生睡眠呼吸暂停症状，并根据情况实行声光报警。实现了家用多功能健康检测仪对睡眠呼吸暂停症状的报警功能。（３）利用ＤＳｌ８８２０和Ｈｌ（一２０００Ａ传感器实现了人体的体温和脉搏的测量，实现了家用多功能健康检测仪的体温、脉搏测量的功能。（４）对所采集的数据，实现了ＬＣＤ显示、ＥＥＰＲＯＭ的存储以及数据通过ＵＳＢ接口与ＰＣ机的通讯功能。通过对本系统的设计和实验，以及对国内外健康状态检测仪的研究现状的了解，我们相信，本系统经过进一步的改善，经过临床和实践的完善，并随着人们对自我健康的不断关心，它将成为人们用以监测日常生活状态、改善生活质量的必备家用医疗仪器。家用多功能健康状态检测仪的研制参考文献［１］唐伟，黄晓庆，杨常清．多参数监护仪的发展与未来［Ｊ］．北京生物医学工程，２００３２２（１）：７２—７３．［２］卜荣．人体生理参数监测系统原理样机的研究［Ｄ］．吉林大学，２００７．［３］ＧｉｌｌｅｓＶｉｒｏｎｅｌ，ＮｏｒｂｅｒｔＮｏｕｒｙＡ．ＨＯ壮ＨＥＡＬｌｌＩＩＮＦＯＲＭＡＴＩｏＮＳＹＳＴＥｌｌＦＩＥＬＤＢＵＳ［Ｊ］ＦｉｅｌｄｂｕｓＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＴｈｅｉｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ａｖｅｉｒｏ．２００３：１—５．ＢＡＳＥＤ０ＮＴＨＥＣＡＮ［４］王玎．阻塞性睡眠呼吸暂停综合征的危害［Ｊ］．中国社区医师．２００２，１９：１５．［５］贾谊伟．健康检测仪长效监控人体健康状况［Ｊ］．中国西部科技，２００５，６：１５．［６］李智奇．ＭＳＰ４３０系列超低功耗单片机原理与系统设计［Ｍ］．西安：西安电子科技大学出版社，２００８［７］胡建波．ＬＣＭｌ２８６４ＺＫ图形液晶显示模块并行实用技术［Ｊ］．信息技术与信息化．２００６，ｌ：６７—６９．［８］郭宝亿，谭宝成，张峰．基于Ａ跚的热敏电阻测温模块设计［Ｊ］．西安工业大学学报，２００９，８：３６３．［９］黄攀，王俊杰．单总线数字温度传感器ＤＳｌ８２０及其应用［Ｊ］．元器件与应用，２００１，２：２９—３１．［１０］刘炜．利用单片机实现无创血压的测量．［Ｊ］电子世界２００４，９：５５［１１］范建伟．ＢＰ０１型压力传感器及其在便携式电子血压计中的应用［Ｊ］．国外电子元器件．２００７（７）：７—８．［１２］张国雄，金篆芷．测控电路［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０００一９．［１３］Ａ．Ｗｏｏｄ，Ｇ．Ｖｉｒｏｎｅ，Ｔ．Ｄｏａｎ，Ｑ．Ｃａｏ，ｅｔａｌ．ＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｓｆｏｒＡｓｓｉｓｔｅｄ—ＬｉｖｉｎｇａｎｄＲｅｓｉｄｅｎｔｉａｌＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇ［Ｊ］．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＶｉｒｇｉｎｉａ．２００８（４）：２２．［１４］沈建华．ＭＳＰ４３０系列１６位超低功率单片机原理与应用［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００４。［１５］秦龙．ＭＳＰ４３０单片机Ｃ语言应用程序设计实例精讲［Ｍ］．电子工业出版社，２００６．［１６］牛爱民，陈洁如．一线式数字温度计ＤＳｌ８２０及其应用［Ｊ］．电子技术，１９９９，１０：３７—３９．［１７］黄攀，王俊杰．单总线数字温度传感器ＤＳｌ８２０及其应用［Ｊ］．元器件与应用，２００ｌ，２：２９．［１８］何涌．ＰＭ一９０００多功能监护仪无创血压模块原理［Ｊ］．医疗卫生装备２００５，２６（２）：１５［１９］刘炜．利用单片机实现无创血压的测量［Ｊ］．电子世界２００４，９：５５［２０］张唏，王德银，张晨．ＭｓＰ４３０系列单片机实用Ｃ语言程序设计［Ｍ］．北京：人民邮电出版社２００５．［２１］李天钢，卞正中．监护仪中振荡法无创血压测量方法的研究［Ｊ］．中国医疗器械杂志，２００３，４：２２４．［２２］邢然，谭南林，吴迪等．基于ｕＰＳＤ３２３４Ａ单片机的心率呼吸率测量仪设计［Ｊ］．国外电子测量技术，２００６，７：６５．一５０—大连理工大学硕士学位论文［２３］江世明．１２８６４图形液晶显示模块与５ｌ系列单片机接口技术［Ｊ］．电子世界，２００５，６：３５．［２４］孙俊喜．ＬＣＤ驱动电路、驱动程序设计及典型应用［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００９。［２５］王晨光，孙运强．串行时钟芯片ＤＳｌ３０２在温度测量记录仪表中的应用［Ｊ］．电子测试，２００２，６５—６６．一５１—家用多功能健康状态检测仪的研制附录Ａ系统电路原理图１数据采集部分一５２—大连理工大学硕士学位论文２控制器及其他部分一５３—家用多功能健康状态检测仪的研制附录Ｂ部分实验照片大连理工大学硕士学位论文附录Ｃ系统主要程序／木书枣木枣木木宰木木宰木枣木宰木宰车术掌宰掌木宰木木拳术宰宰宰宰宰宰宰宰宰掌宰搴书謇宰宰搴宰木掌宰宰宰宰率宰拳术宰枣幸木宰／／奉宰宰幸宰木｝奉幸幸宰枣木家用多功胄邑健康状态检钡０仪宰木·幸母宰幸木枣木木宰木木木水宰木枣木木幸木木／／宰木’｜枣木拳奉木木木木水牛｜巴宰宰宰宰木术宰宰木宰术枣木木木木木宰木宰宰木枣木宰木木木木木木木木木宰木宰木半宰奉孝木枣木枣木／ｊ｜ｊ｝ｉｎｃｌｕｄｅ＜Ｉｎｓｐ４３０．１１＞柏ｎｃｌｕｄｅ”ＢｏａｒｄＣｏｎｆｉｇ．ｈ”柏ｎｃｌｕｄｅ”ＤＳ１８８２０．ｈ”椭ｎｃｌｕｄｅ¨ｃｒｖｌ２８６４．ｈ”衔ｎｃｌｕｄｅ”ｓｕｂ如ｎｃｓ．ｈ¨椭ｎｃｌｕｄｅ”ｄｉｓｐｄａｔａ．ｈ”衔ｎｃｌｕｄｅ”ＤＳｌ３０２．ｈ”撑ｉｎｃｌｕｄｅ”ＥＥＰＲＯＭ．ｈ”｛ｆ｜｝ｉｎｃｌｕｄｅ”ｓｙｓｔ锄１１１ｉｔ．ｈ”ＢｕｚｚｅｒＢｕｚｚｅｒＰｏｒｔＢｕｚｚｅｒＤＩＲＢＩＴ３Ｐ１０ＵＴＰ１ＤⅡ之∥蜂鸣器ｊｆｊ｝｜ｄｅｆｉｎｅ≠ｉ｝ｄｅｆｉｎｅ≠ｉ｝ｄｅｆｉｎｅ∥呼吸群ｄｅ６ｎｅｈｕｘｉｈ．ｕ）【ｉｈｕｘｉＰｏｒｔＤⅡｔＢＩＴ５Ｐ３０ＵＴＰ３ＤＩＲ奔Ｕｅｆ－ｍｅ为【ｄｅｆｉｎｅ｜｜腻搏奔｝ｄｅｆ．ｍｅ存ｄｅｆｉｎｅ奔【ｄｅ６ｎｅｍａｉｂ０ｍａｉｂｏＰｏｒｔｍａｉｂｏＤＩＲＢＩＴ６Ｐ１０ＵＴＰ１ＤⅡ之敞ｌｅｆｉｎｅＮｕｍｏｆＲｅｓｕｌｔｓ３２鼬ａ＿ｔｉｃｕｉｎｔｒｅｓｕｌｔｓ［Ｎ啪ｏ￡Ｒｅｓｕｌｔｓ］；∥保存ＡＤＣ转换结果的数组ｕｃｈａｒｎａｇ＝Ｏ；／／ＪＩ顷序：秒，分，时，日，月，星期，年：格式：ＢＣＤｕｃｈａｒｔｉｍｅｓ【７］；一５５—家用多功能健康状态检测仪的研制／／液晶显示数字编码ｕＣｈａｒｓｌｌｕＺｉ［】＝｛ｆ－０１２３４５６７８９”）；／／游标位置变量ｕｃｈａｒＰＰ＝０；／／是否处于修改状态标志，１一是，Ｏ一否ｕｃｈａｒｃｎａｇ＝０；ｕｃｈａｒｈ＿ｕ）【ｉｃｉｓｈｕ＝０；ｕｃｈａｒｍ抽ｏｃｉｓｈｕ＝Ｏ；ｕｃｈａｒｈｕｘｉｊｉｅｇｕｏ＝Ｏ；ｕＩ出ａｒｇａｏｘ硼羽＝Ｏ；ｌｏｎｇｓｌⅡｎ＝Ｏ；ｕ１１ｓｉ伊ｅｄｕＣｈａｒｈｕ）【ｉｓｈｕｌ，ｈｕＸｌｓｈｕ２，ｈｕｘｉｓｈｕ３，ｍ抽０１，ｍａｉｂ０２，ｍａｉｂ０３，ｗｅｎｄｕｌ，ｗｅＩｌ（ｈ也，ｗ锄ｄｌｌ３；ｕｎｓｉ印ｅｄｃｈａｒｃｈａｒｃｈａｒｃｏｎｓｔｃｏｌｌｓｔｌｉＩｌｅ９［】＿｛”ｈ＿ｕ】【ｉｓｈｕｌ，ｈｕｘｉｓｈｕ２，ｌｌ＿ｕＸｉｓｈ＿１１３”）；ｌｉｌｌｅｌ０口＝｛’．ｍａｏｂｉｌ，ｍａｉｂ０２，ｍａｉｂ０３¨）；１ｉＩｌｅｌｌ【】＿｛ｆ．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作者：

学位授予单位：

孙鹏宇

大连理工大学

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