一种简易无线数字心率计设计

论文总字数：22856字

目 录

1引言 1

1．1 数字心率计技术研究概况及发展趋势 1

1．1．1概述 1

1．1．2研究概况与发展趋势 2

1．2 无线通信技术研究概况及发展趋势 2

1．2．1 概述 2

1．2．2研究概况及发展趋势 3

2 设计内容及目标 3

2．1 设计内容 3

2．2 设计目标 3

3 系统总体设计方案 4

3．1概述 4

3．2系统设计要求 4

3．3系统主要部件的选型 5

3．3．1 传感器的选型 5

3．3．2 微处理器的选型 5

3．3．3 无线模块的选型 6

3．3．4 显示模块的选型 6

3．3．5 语音模块芯片的选型 7

3．4 软件开发平台介绍 7

4 系统硬件设计 8

4．1 XD-58C传感器 8

4．2 STC12C5A60S2单片机 9

4．2．1 STC12C5A60S2单片机主要特性 9

4．2．2 单片机最小系统设计 11

4．3 蓝牙模块介绍 11

4．4 DS1302芯片介绍 12

4．4．1 DS1302芯片的特点 12

4．4．2 DS1302芯片的控制字 13

4．4．3 DS1302芯片的寄存器 13

4．5 ISD1730语音芯片介绍 13

4．5．1 ISD1730芯片特点 13

4．5．2 ISD1730芯片的工作原理 14

4．5．3 ISD1730芯片的SPI模式介绍 15

4．6 AT24C02芯片介绍 15

4．6．1 AT24C02芯片特性 15

4．6．2 AT24C02芯片管脚描述 15

4．7 LM358芯片介绍 16

4．8 LCD1602显示屏介绍 16

4．8．1 主要技术参数 16

4．8．2 内部结构 17

4．8．3 操作指令 17

5 系统软件设计 18

5．1 无线数字心率计的主程序设计 18

5．2 子程序设计 19

5．2．1 ISD1730语音模块工作程序 19

5．2．2 HC-05蓝牙模块工作程序 20

5．2．3 DS1302定时模块工作程序 21

5．2．4 LCD1602显示模块工作程序 22

6 系统调试 23

6．1 按照模块分别调试 23

6．2 系统联调 23

7 结论 24

7．1设计过程 24

7．2设计完成情况及分析 24

7．3设计结论及不足 24

参考文献 26

致谢 27

附录：原理图 28

一种简易无线数字心率计设计

黄艳秋

，China

Abstract:This paper designed a simple wireless digital heart rate meter based on single chip microcomputer, the principle of this design is the use of photoelectric sensor to collect the user's heart, and then through the single chip microcomputer stc12c5a60s2 processing, real-time display on the LCD display LCD1602 user heartbeat values, through wireless communication module HC-05 sent to the mobile data transmission, voice module ISD1730 connected to single chip microcomputer, through the buttons to broadcast the heartbeat numerical, setting the threshold value, the heartbeat over automatically alarm, set the memory module stored previous measurements．This design SCM STC12C5A60S2 as the design of control center, using a bluetooth wireless transmission module to complete the data wireless transmission sent to the electronic products, the design is mainly chosen when mobile phone electronic products, so as to realize the remote monitoring of heart numerical to the user． The design is characterized by simple and convenient structure, which is stable and reliable in performance and very low cost, which is suitable for popularization to practical application．

Key words:STC12C5A60S2;Bluetooth wireless communication; Liquid crystal display; Speech; Memory

1引言

当今医学界，越来越注重测量心跳的精度与时间速度。所以这种应用心率计得以很快产生和发展。当今世界经济发展迅速，人们生活节奏愈来愈快，也愈来愈重视自身的健康状态，而且经济发展使得科技也发展起来，单片机使用技术获得了相对良好的发展 ,设计一种可以迅速测出相对比较精准的使用者心率的心率计,不再仅仅是临床医学者的欲求 ,同时亦是体育训练者、容易染病的老年人和外出旅行者的需求^[1],所以 ,高精度数字心率计的市场前景很广阔。它的产生为现代社会人们的生活带来了诸多便利,提高了人们的生活质量，并且对防治疾病的产生有一定的预见性作用。

以往因为经济科技不是特别发达，所以专门用于对心率进行检测和报警的仪器不是很多，人们为了了解自己的劳动强度是不是超过自身所能承受的最大值，尤其是身体不好的老年人或进行高强度训练的运动员等，他们都得去医院检测而不能随时随地地进行数据采集。现在国家贯彻实行“预防为主”的医疗服务体系，所以为了实现基本医疗保健服务普及到社会上的每个人的目标，将过去的以医院为核心的医疗卫生服务体系过渡到以家庭民生为基础的社区卫生服务体系已经大势所趋，这也促进了便携式数字心率计的大幅度问世。便携式数字心率计量仪它适合在家庭和社区条件下使用。便携式数字心率计的应用在很多方面发挥着重要的影响，特别是在心心脏血管方向的研究和诊断方面发挥出明显的功效^[2]，它们将心脏活动时的生物信号转换成电信号，从而使使用者能够很容易就看懂，并且成为医学上诊断的重要依据，随着我国人口老龄化的严重，这种心率仪可进行病人心率的检测，并为靠体力劳动的人测定其工作的强度，为运动员及士兵测定其训练强度等。

数字心率计主要是通过光电传感器从使用者心跳变化带来的血管容量的变化来采集外界使用者心跳的，接着通过信号的滤波放大处理后再由单片机控制LCD显示器表现出来,并且单片机控制语音模块，超过阈值时会实现语音报警的功能，以及进行实时的蓝牙传输，以实现远程监控的功能。软件部分，程序编写使用的是Keil软件，系统调试结合Altium designer仿真软件来完成,先对各模块进行初始化设置,在编写程序前,首先要对各个模块分别进行调试,其次编写各部分的子程序，最后调试整个系统。

1．1 数字心率计技术研究概况及发展趋势

1．1．1概述

我们使用的智能产品，涉及到计算机控制中心的，一般都只能识别数字量0和1，就是只能识别机器码，而我们日常生活中的温度、湿度、速率等常见的物理信号大部分是模拟量，即时间和幅值均连续变化，因为计算机只能处理0和1的信号，所以，如果要将这些数据利用计算机进行处理，那么必须将这些信号转变为数字量0和1，使得计算机可以识别它们，就是将信号进行采样、量化和编码。 

所谓数据采集，就是利用传感器来感知外界我们需要的信息，主动接收这些物理量，并将它们转变为计算机可以识别的电信号，就是经过量化编码的过程，最终实现信号的数字化，发送给计算机进行处理^[3]。数据采集这项技术，如今应用于各个领域，也推动了科技向前发展，将信息从自然界中提取出来，这样我们才可以在此基础之上，利用计算机加以分析，研究出相关原理，推动社会发展。^[14]

1．1．2研究概况与发展趋势

按照科学院人类社会学院的收集的资料统计，心脏血管方面的疾病已经成为全球威胁人类性命安全的第一大诱因^[4]。此中，由于心脏性疾病猝死的概率更高。人们为了避免死于心脏猝死，开始对心脏心率进行一个实时的监测，一旦产生异常的数据就意味着，很大可能健康受到了威胁。因此从古至今社会各界人士，尤其是医学界，对心率尤为重视，古有把脉切症，今天有心率监测仪。随着科技的进步，把握心跳也就从一定程度上掌握了人体健康状态^[5]。目前心率监护主要有两种手段^[6]，第一种心率计结构比较小巧，方便使用者出行旅游时携带，但正是由于它太常见了，现在市面上鱼龙混杂，很多商家滥竽充数，所以很大一部分的精确度不是很高，报警功能也不是很完善。第二种是使用心电监护仪，由于设备较大，成本较高，所以主要应用于大型医院，虽然具有比较准确的数据但并不适合日常家庭的使用 。基于以上的两种比较，本文采用光电式的脉搏心率传感器对心率进行实时的检测和数据的传送，并且利用LCD显示出来，同时利用蓝牙传输模块将传感器采集到的数据传送给电子设备（比如手机）进行及时地心率监测，在采集到的数据超过设定阈值时实现报警功能。

便携式医疗设备正在使全民性医疗保障真正地走进每家每户，使医疗真正的变得触手可及。现在国外的先进运动手表或手环甚至能够无线记录用户的心率以及跑步的步数。将来，还会创造设计出更多能够明显提高医疗水平及其成效的改进型医疗设备产品。

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