1、天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education毕 业 设 计专 业： 应用电子技术教育 班级学号： 应 电 1114-33 学生姓名： 苑海云 指导教师： 刘新月 讲师 二一六年六月天津职业技术师范大学本科生毕业设计便携式生命体征动态监测仪设计The Dynamic Monitor Vital Signs Design of Portable 专业班级： 应电 1114学生姓名： 苑海云指导教师： 刘新月 讲师学 院： 电子工程学院2016 年 6 月摘 要中国经济的迅速发展很快将成为世界的领头羊，但是现在面临着一个非常严重的问
2、题。通常，65 岁以上的人口比率超过总人口的 7%，就被称为“老龄化社会” 。根据环球资源网的数据表明，中国早在 2005 年就达到了 7.6%；中国将在 2024 年至2026 年前后进入老龄社会。比如老人一旦遇到一些问题常常不能及时被发现，得不到救助，到最后造成令人遗憾和不可挽回的后果，也因此会给社会和家庭带来一些沉重的负担。所以对老年人的身体状况及生命体征的检测成为亟待解决的社会问题，也是我们作为子女所期望的事情。就以上问题提出了利用各种生命体征传感器检测人体的数据，然后通过 nRF905无线方式（或者蓝牙方式）进行数据传输，再通过单片机进行数据处理，最后以简便的方式让监护人可以随时观测
3、老人的身体状况和健康情况。 然后设计了便携式生命体征动态监测仪的方案，讨论了相关的硬件搭建和软件的设计。重点做了以下研究：便携式生命体征动态监测仪监护系统的总体结构设计；12系列单片机控制的基本原理和设计方法。其中硬件上完成了用户端数据采集电路、无线发送和接收电路、报警电路、nRF905 射频收发电路（或者蓝牙模块） 、时钟电路、微处理器控制电路等的设计及上位机的功能架构设计；软件上阐明了主控制器各功能模块的实现过程，C 语言程序设计方法，编写了数据接收和存储转发、数据定时发送、报警功能模块程序。关键词： 便携式；无线监护；单片机；老人监护ABSTRACTThe rapid developme
4、nt of Chinas economy will soon become the world leader, but it has a very serious problem. Infact, the population of 7% of people have 65 years old or more, which is called “aging society“. According to the global sources website data of China showed that in 2005 the population of people who are abo
5、ve 65 years old was 7.6% of the total population. From 2024 to 2026, China people will be at the aging society.Such challenge of aging society will cause old people not to get help and relief from children in time hence at the end they will get sad and irreversible consequences, and therefore will c
6、ause heavy burden to family and society at large. Therefore for the elderly health status and vital signs of detection, it has become a social problem to be solved by children as young generation which seems to be our desired things.The above problem is proposed to be solved in this paper by using a
7、 variety of vital signs data from sensors to detect the human body, and then by nRF905 wireless communication (or Bluetooth), data transmission and data processing by one chip. Thereafter the guardian can observe the health of the old mans physical conditions to see if it is good or not .The propose
8、d the design system of the portable dynamic monitor vital signs deal with the construction of the related hardware and software design.In our proposed system we made and discuss the following things namely; the general structure of the portable dynamic monitor vital signs monitoring system design, B
9、asic principle and design method of 51 series single-chip microcomputer control.C language program design,hardware design for the client data acquisition circuit, wireless transmitter and receiver circuit, alarm circuit, nRF905 RF transceiver circuit (or blue tooth module), the clock circuit, microp
10、rocessor control circuit design and the function of upper machine architecture design.Furthermore we presented Software design which illustrates the main controller which is the process of realization of each function module, the C language program design method, write the programs and download in t
11、he transmitter module as well as receiver module.Key Words：Portable;Wireless monitoring;NRF905;Single chip microcomputer;The old man care目 录1 引言 .11.1 课题研究的目的和意义 .11.2 监护系统的发展和现状 .21.3 无线通信技术的应用 .22 方案论述 .42.1 单片机选择 .42.1.1 性能价格比较优异 .42.1.2 集成度高，体积小可靠性高 .42.1.3 控制功能强 .52.1.4 低功耗 .52.1.5 系统扩展和配置规范 .5
12、2.2 传感器选择 .52.3 显示部分选择 .52.4 无线传输部分 .63 便携式生命体征动态监测设计总体架构 .73.1 总体构架 .73.2 单片机控制器 .83.3 心率传感器 .93.4 体温传感器 .103.5 步数传感器 .113.6 无线传输 nRF905 传输模块 .113.6.1 低功耗 .123.6.2 DR 信号 .133.6.3 自动重发 .133.6.4 低功耗接收模式 .133.6.5 地址匹配 .133.7 紧急报警电路 .143.8 液晶 12864 接收显示 .144 软件程序设计 .164.1 系统程序简介 .165 结论 .19参考文献 .20附录 .
13、21原理图 .21主程序 .22致谢 .35天津职业技术师范大学 2016 届本科生毕业设计01 引 言1.1 课题研究的目的和意义目前我国的人口数量居于世界首位，并且每年以一个飞快的速度在增长；其中老年人的增长速度要比新生儿的出生数量多很多，因为上一个世纪中国没有具体实施计划生育这个政策导致人口呈现一个指数形式的上升，以至于现在老年人也在以一个指数形式的趋势下降；与此同时老年人的养老已成为国家政府不可不考虑的一个重大问题。据统计在 2022 年的时候我国老人数量将会达到 1.74 个亿，将占到总人口数量的 17.2%，到那时我国将会是重度老龄化国家，老人的数量比美国的总人口还要多。就我国现在
14、的养老服务来看存在着严重不足，并且养老服务的质量也有待提高，因为受到条件限制家庭养老居于多数，只是一部分老人可以享受到养老院有人照顾的待遇，并且在家养老也是没有子女或者亲戚在身边，通常都是子女在外上班工作，很少在家，有的甚至在外地一年也回不了几趟家，基本上老人都是自己一个人在家里。如果生活上遇到一些困难或者身体有些不适的情况下很难得到帮助。甚至，如今社会上出现了很多“老人摔倒，没人敢扶”的现象，是怕遇到“碰瓷”的人。真正需要救助的老人没有及时得到帮助，被送到医院以至于很多悲剧发生。翻看报纸时总有那么多老人不幸的报道；打开电视，总有那么多年迈的老人因突发病情而远离人世间的惨状。随着社会的发展和进
15、步，人们的社会思想观念与行为方式也发生了急剧变革，中国传统的“养儿防老” ， “父母在，不远游”等一系列传统思想逐渐被人们忽略。于此同时随着人们生活水平的提高和医疗设备的发展，使老人的年龄普遍提高。鉴于这些现状，针对没有亲属在身边或者没有集体看护的老人，以及在生活上有需要帮助的人们。本文是基于单片机进行数据分析、处理及通过无线技术进行传输的便携式监护系统设计方案。采用了心率传感器、红外传感器、震动传感器、温度传感器来检测老人的生命体征和活动情况，然后再用无线方式将检测结果传输到监护人员或者亲属那里进行观测，当有常或者需求帮助时可以很快的到达老人身边，避免了不幸的事情发生。该设计的思想是依据年迈
16、老人的生活习惯，根据分析和观测老人平时的活动状况所设计的，并且对整体系统的工作方式进行了详尽的设计，当在一定时间之内没有接收到监护者的心率、脉搏、步数等该系统会自动发出报警，监护人员可以很快采取救急行动。天津职业技术师范大学 2016 届本科生毕业设计11.2 监护系统的发展和现状最近几年医院接收到的患者不计其数，其中有很多都是因为没有得到及时的救助或者已经错过了最佳的抢救时机，到最后导致亲人的疾病无法治愈或者更坏的结果。尤其是心脏病这一类的患者，他们在发病时需要及时得到很有效的救助，有的老人发病时自己都很难移动，因此一个方便快捷且价格合适的监护系统急需开发，介于此，便携式生命体征动态监测监护
17、系统有着很好的发展。本监护系统可以观测人体的重要生理信号（心跳、脉搏、体温、步数、红外感应）等各种参数，从心率或者脉搏的跳动是否规律可以观测出老人的身体健康，其便携式生命体征动态监护系统具有携带方便、体积小、检测数据结果随时随地可以观测，且外形美观，价格低廉将会受到人们的关注和各个领域的青睐。我们人体的基本生理参数如脉搏、心率、体温、血压等等是判断我们是否健康的一个标准。如果这些数据长时间处于一个高或者低的状态，则基本可以确定身体状况不是很理想，此时则需要我们对老人或者患者进行一些药物治疗或者手术等措施。然而本设计就是应用无线通信技术对人体进行随时随地、连续变化、实时的数据进行检测，并且以直观
18、的信息让监护者和亲属观测并分析。以此作为对被监护者的身体状况做出准确的判断，并在关键时候做出相应的处理以避免悲剧发生。随着科技的进步电子产品的快速发展，也产生了很多健康监护系统的产品。比如小米手环、测步器，其原理是根据今天的运动量来对身体进行一个合理的饮食和休息安排，他们都是属于移动健康领域。这些产品的出现让我们的生活质量有了很大的提高。移动手环检测我们一天行走了多少路程，然后根据卡路里的消耗可以很明确的判断晚上需要补充哪些营养和维生素，让我们在健康的基础上更加健康。像便携式检测系统则可以提前预测到老人的身体健康，然后做出相应的处理方法。1.3 无线通信技术的应用在以前人们以写信和发电报的方式
19、来进行联络以及信息沟通，这属于那个时代的通信技术。随着社会的进步和无线技术的发展，出现了电话、手机、Email1、QQ、微信、微博等方式进行联络，其速度和快捷代替了旧的方式。在一些公司或者学校还有一类无线通讯方式（无线网、蓝牙、局域网、个域网等）其代表有蓝牙 Bluetooth( IEEE802.15.1)、 Zig-bee( IEEE802.15.4)、 Wife( IEEE802.11 b)和 Home RF 等几种，这些无线工作频段在国际标准在 ISM2.400-2.4835 GHz，这些本质上都是利用无线发射技术通过电磁波作为介质来达到传输目的。它的快速发展给社会和人们的生活带来了不可
20、估量的影响，甚至现在想和国外联系都只需要几秒的时间就能解决，大大提高了办事的高效准确率。应用的人群也越来越广包括每个企业人士、大学教授、学生、护士、商人、部门经理和司机等等。天津职业技术师范大学 2016 届本科生毕业设计2并且随着工作方式的改变，应用的方式也在不断的变化和更新。无线网络技术的快速发展使人们生活在网络时代，推动了人们的工作效率，也更加提高了嵌入式和信息处理技术的发展。能够以准确、高效、的数据通过无线网络发送到目的地，这个领域的技术得到广泛应用并取得了巨大的成绩。尤其是商业界的应用，不出门便可知天下事，展示了它的多样性和广域性。目前医疗设备的发展，比如实时监护，还是一片没有开发的
21、状态，伴随无线技术、通信技术、和医疗设备的逐渐成熟，在便携式无线监护设备这一块，也必然会得到很快的开发和应用，必然会受到人们的关注。天津职业技术师范大学 2016 届本科生毕业设计32 方 案 论 述2.1 单片机选择本课题是基于 12 系列单片机设计的生命体征动态监测系统，其可以基本划分为以下三个部分：客户端使用部分、监护人员使用部分、无线传输部分。其中客户端部分又由传感器感应和数据处理及发送单元组成；在监护端又可以分为处理模块、显示模块、报警装置、接收模块等，以下对这些方案进行比较和选择论证，并做了模块的详细介绍。STC12C5A60s2 单片机是美国 ATMEL 公司生产的带 AD/DA
22、 转换和 2 路 PWM 输出，其封装简单、不易受其他硬件干扰、耗电量低、性能与价格更适合广大人群接受等优点；具有性能高的 8 位 CMOS 结构单片机和 8kb 的 Flash 进行编程和只读程序存储器，它的数据不易丢失和高精度制造工艺是它的另一独特性质。MAX810 专用复位器以极小的模块集成于单片机内部，且全部兼容 8051、8052 指令，STC12C5A60s2 单片机集合了在线编程（ISP） ，即 Flash 程序存储器，可以使用传统的模式进行程序书写和下载。T0 和 T1 的溢出分别在 P3.4 和 P3.5 的输出时钟。此芯片功能强大应用灵活在各个领域得到认可，因此本设计选用
23、STC12C5A60s2 单片机来实现智能控制的要求。2.1.1 性能价格比较优异STC12C5A60s2 单片机由于价格的优势大量应用于各种智能电子产品之中，相对于 430 单片机和 arm 处理器价格相差很大。虽然价格低，但是其功能并没有因此而降低标准。在有些场所只需要实现简单的控制，单片机就能实现其功能，不必要使用 430 或者 arm，也进一步节约资源和节省成本。单片机的 CPU 可以直接对 I/O 口进行控制已达到设计要求，单片机也被称作是小型计算机，它的实用性强以及价格的优势在同类产品中占有不可取代的地位，在即将到来的微型电子时代必然会有极大的发展前景。2.1.2 集成度高，体积小
24、可靠性高STC12C5A60s2 单片机是大规模集成电路（Large Scale Integrated circuit，LSI）技术高度发展的产物，目前市场上 80%的芯片内部都是采用总线结构，并将单片机的每一项功能都集成在一个很小的芯片上，这样可以减轻或者避免连线带来的问题，大幅度的提高了单片机的工作效率和抗干扰能力以及适用性。天津职业技术师范大学 2016 届本科生毕业设计42.1.3 控制功能强单片机的别名为“微控制器” ，一方面反映了单片机是由工业控制催生的产物，另一方面则表明控制功能是单片机的重要特点之一。其硬件方面主要表现为配备了功能强大的定时/计数通道、中断系统和信号 I/O 通
25、道；在对单片机进行编程控制时，可以发现其具有丰富的指令系统，逻辑性强与位处理能力的速度为单片机的控制系统带来了很大的方便。2.1.4 低功耗一种电子产品的使用必然离不开电源，对于各种手持式和便携式产品以及在市电（220V）难以输送的特殊应用场合，电池供电是唯一的选择。而且电源的供电为了便携且不能设计太大或者太笨重，因此系统已经是固定很难再进一步提高，此时就需要对产品进行节能设计，CPU 的低功耗是首先要考虑的部件。单片机常常应用于电池供电的场合，低功耗对其非常重要，也是单片机在发展过程中不断追求的性能指标之一。2.1.5 系统扩展和配置规范系统的扩展分为 I/O 口、定时/计数器、RAM、RO
26、M 的扩展，选择合适的芯片和设置匹配的电路时扩展的前提，其次就是对单片机进行外置设备的扩展，像按键、显示、报警等。在设计和扩展时应尽量满足一些原则：1、设计要留有适当的余地，便于二次开发2、相关器件尽可能做到性能匹配，以达到器件的最大利用3、器件越多干扰性越强，外部可扩展的单片机采用并行端口扩展外部存储器和各种 I/O 接口或功能部件，构成各种规模的应用系统。2.2 传感器选择在本设计中传感器的选择非常重要，首先要考虑的就是需要从身体部位检测到准确的信号，再发送到单片机。如果检测有误差，则处理时误差会跟着放大，此时所显示的结果也就没有意义了。脉搏或心率的检测是本设计最重要的一部分，因此选择合适的传感器是体现本设计的一个重要环节。在选择时，首先要考虑的是传感器的精度、灵敏程度和抗干扰能力，具体的电路需要作出具体的分析。2.3 显示部分选择根据设计要求，系统可以采用以下方案来作为监护者的显示部分：采用 LED、数码管、LCD12864 等来显示脉搏、步数以及体温。采用 LED 灯显示脉搏的数目，LED
