淺談人體健康監測系統設計

張謙

（長江大學電子信息學院 434000）

淺談人體健康監測系統設計

張謙

（長江大學電子信息學院 434000）

隨著全民健康意識的普遍提高，電子科技領域對人體健康監測模塊的研究逐漸進入了大眾視野。本文重點討論了基于單片機控制的人體健康監測系統的設計原理和功能定位，并結合當前的社會背景證實了人體健康監測系統的應用前景。

人體；健康；監測系統；設計

前言

人體健康監測系統主要是通過對人體體溫、血壓和心率的信號采集為基礎，結合電子信息技術實現信號傳遞和數據顯示的功能。目前國內外對于人體健康監測系統的設計思路具有一定的共性，即以單片機為核心，電路設計為主要手段，輔以計算機技術，實現模塊化運行。

1 人體健康監測系統的整理方案和工作原理簡析

心率、體溫和血壓是人體健康問題中經常需要檢測的三個指標，我們可以通過鍵盤設定三種工作方式：心跳檢測、人體體溫檢測和血壓檢測。其中心跳檢測采用傳感器將心跳轉換成單片機可以接受的信號，每跳動一次就產生一個脈沖，讓單片機產生一個中斷，每中斷一次就進行一次計數，每分鐘進行一次采樣進行統計心跳數。人體體溫檢測利用芯片DS18B20這個數字溫度傳感器進行溫度測量。測的數據通過CD4511進行譯碼，輸入數碼管進行顯示。測的數據如果超限則進行報警。血壓檢測利用BP01型壓力傳感器將壓力信號轉化為電信號經過運放由ADC0809轉化為數字量送入單片機處理。如果血壓超限則報警。

在實現設計目標的過程中，硬件起著至為關鍵的作用。人體健康監測器的硬件主要包括主控芯片、傳感器和控制電路，芯片我們采用的是MCS-51，該芯片采用的是馮.諾伊曼提出的經典計算機體系結構框架，即一臺計算機是由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備共五個基本部分組成。MCS-51單片機在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數器和多功能I/O口等；傳感器我們采用DS18B20，該款傳感器是美國DALLAS半導體公司繼DS18B20之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度并且可根據實際要求通過簡單的編程實現9～12位的數字值讀數方式。可以分別在93.75ms和750ms內完成9位和12位的數字量，并且從DS18B20讀出的信息或寫入DS18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫，溫度變換功率來源于數據總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源；控制電路主要由以下幾部分組成：時鐘電路、復位電路、體溫測量電路、心率測量電路、血壓測量電路、顯示電路以及超常報警電路。

2 模塊化工作原理簡析

人體健康監測系統的整理工作流程分為六大模塊，分別是單片機主控模塊、血壓監測模塊、體溫檢測模塊、心率檢測模塊、顯示模塊以及超限報警模塊。

單片機主控模塊上述已經介紹過了，我們采用的是MCS-51，值得一提的是，MCS-51單片機的中斷功能較強，以滿足控制應用的需要。8051共有5個中斷源，即外中斷2個，定時/計數中斷2個，串行中斷1個。所有中斷分為高級和低級兩個中斷優先級。

對于血壓監測模塊，BP01型壓力傳感器是為監測血壓而專門設計的，主要用于便攜式電子血壓計。它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龍塑料封裝，具有高線性、低噪聲和外界應力小的特點；采用內部標定和溫度補償方式，從而提高了測量的精度、穩定性以及可重復性，在全量程范圍內，精度為±1%，零點失調不大于±300μV。

體溫檢測模塊使用DS18B20溫度傳感器，它一種改進型智能溫度傳感器。上述提到，對于傳統傳感器，它在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面較其它傳感器有了很大的優勢，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。

心率檢測模塊采用壓阻式壓力傳感器MPX2100，其采集心跳信號輸出為電壓信號，然后經過電壓比較器，將采集的電壓信號與閾值進行比較，若采集的電壓信號高于閾值則輸出1，否則輸出0，然后單片機計數器進行計數，計數過程利用編程控制，計每10s脈沖個數再乘以6即為心率，同時顯示部分也設定為10s更新顯示一次，即可得到人體此時心率大小。

顯示模塊我們采用液晶顯示體溫以及心率值。液晶顯示屏（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險，平面直角以及影像穩定不閃爍等優勢，可視面積打，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強等特點。同時不只能顯示數字還可以顯示中文漢字及各種單位。

超限報警模塊，采用發光二極管作為上下限超常報警指示燈，方便人們觀察。當人體溫度高于或低于一定的值時系統會發光報警。同樣，當心率值高于或者低于一定的值時系統會發光報警。人體正常體溫范圍為36～37.5℃，正常心率為60～100次/分，所以當測得的體溫以及心率超出以上范圍時，發光二級管發光進行報警，提示人們注意自己的身體狀況。

3 人體健康監測系統應用前景分析

在科學技術突飛猛進的今天，人工智能產品起到了不可忽視的作用，尤其是各種智能化的儀器、儀表在人們日常生活和工農業生產中得到了廣泛應用，給社會帶來了極大的便利。本設計就是一個用單片機控制的人體健康的例子，它完成了從體溫、心率的采集、轉換、顯示以及控制的一系列任務。傳統的體溫測量辦法是利用體溫計計，這樣不僅測量時間長、讀數不方便、攜帶不方便無法達到實時監測的目的，而且功能單一，已經不能滿足人們在數字化時代的要求。本文提出了一種新型的設計方案，利用DS18B20溫度傳感器，通過單片機80C51控制，經液晶顯示當前體溫。系統的心率測量部分主要監測人體心率，借以發現人體是否處于危險狀況。雖然現今市面上有很多體溫、心率測試儀，但針對人們身體健康需要實時監測的儀器卻很少，因此設計出可以實時監測人體健康狀況的儀器十分必要。

4 結語

電子科技領域對人體健康監測系統的研究由來已久，單片機種類和各模塊的設計方案也很豐富，面對殘酷的市場競爭，如何研究出更智能、更精準、更便攜的新型人體健康監測產品是目前業內人士共同追求的目標。

[1]張瑞.基于ZigBee的人體健康監測系統設計[D].曲阜師范大學，2014.

[2]劉偉.基于BIA的人體健康監測與智能評價系統研究[D].合肥工業大學，2013.

[3]趙春燕.基于物聯網技術的人體健康監測系統研究[D].河北工程大學，2012.

TP274

A

1004-7344（2016）06-0258-01

2016-2-2