單片機(jī)的智伴系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

翟雨佳，葉周宇，張琳，潘昊飛，凌應(yīng)花

（安徽新華學(xué)院信息工程學(xué)院，安徽合肥,230088）

0 引言

本文研究?jī)?nèi)容的是基于51單片機(jī)控制脈搏、血壓、體溫傳感器等模塊去監(jiān)測(cè)人體健康信息，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判斷身體機(jī)制是否正常。如果不正常則通過(guò)GSM模塊向監(jiān)護(hù)人手機(jī)發(fā)送報(bào)警信息，使監(jiān)護(hù)人實(shí)時(shí)了解被監(jiān)護(hù)人的人體數(shù)據(jù)信息[1]。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)備硬件整體構(gòu)造

智伴系統(tǒng)配備STC89C52最小系統(tǒng)[2]，血壓傳感器、脈搏傳感器，GSM無(wú)線(xiàn)傳輸模塊。通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸將傳感器采集信息遠(yuǎn)程發(fā)送到上位機(jī)。其硬件構(gòu)造圖1如下。

圖1 智伴系統(tǒng)硬件構(gòu)造圖

1.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)

采用STC89C52為核心開(kāi)發(fā)板，STC89C52支持i2c,spi等通信協(xié)議，有一個(gè)全雙工的串行接口，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳輸，可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。STC89C52功耗低，帶寬高，采用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，ISP可擦除編程經(jīng)過(guò)大量改進(jìn)性能較其他51系列微處理器性能更高。

1.3 血壓傳感器模塊

為了確保智伴系統(tǒng)獲取血壓值的準(zhǔn)確性，本設(shè)計(jì)采用ASDX 001數(shù)字壓力傳感器。ASDX 001數(shù)字壓力傳感器準(zhǔn)確性高，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，是一個(gè)理想的血壓收集的模塊。同時(shí)它的體積小便于攜帶，能夠提供有效的數(shù)據(jù)信息。

1.4 脈搏傳感器模塊

對(duì)于脈搏心率的測(cè)量采用的是光電反射式模擬傳感器PulseSensor[3]。該傳感器對(duì)光電信號(hào)進(jìn)行濾波，然后放大得到輸出模擬電壓的值。然后通過(guò)單片機(jī)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算可以得到心率和脈搏等有效數(shù)據(jù)。該傳感器使用方便，體積小便于攜帶，可靠性強(qiáng)。

1.5 體溫傳感器模塊

體溫檢測(cè)采用MLX90614,該模塊是一款紅外非接觸式傳感器，具有高精確度和高分辨率，溫度分辨率為0.01℃，測(cè)溫范圍是-70℃到382.2℃，在室內(nèi)的誤差在0.02℃，是一個(gè)理想的溫度檢測(cè)模塊，可以為智伴系統(tǒng)提供穩(wěn)定的溫度檢測(cè)信息。

1.6 GSM無(wú)線(xiàn)傳輸模模塊

該模塊采用SIM900a和無(wú)線(xiàn)控制模塊發(fā)送短信，它屬于雙頻gsm/gprs模塊，完全采用smt封裝形式，sim900a性能穩(wěn)定，外觀(guān)精巧，性?xún)r(jià)比高，能滿(mǎn)足多種需求。sim900a可以低功耗實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、sms、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸。另外，sim900a的尺寸小，能適用于應(yīng)用中的各類(lèi)設(shè)計(jì)需求，尤其適用于緊湊型產(chǎn)品設(shè)計(jì)[6]。將模塊與51系列單片機(jī)電平電壓5V的連接應(yīng)為：5VT口到單片機(jī)P3.0端，5VR口到單片機(jī)P3.1端，連接到DC 5V以保證穩(wěn)定性，SIM900A GND與單片機(jī)的GND連接。在電平電壓為3.3V的接入口中，TXD終端可以接收到5vr模塊和RXD模塊5vt。單片機(jī)的GND可接模塊的GND，VCC單片機(jī)模塊可接直流3.3V。如圖2所示為SIM900a連接圖。

圖2 SIM900a與單片機(jī)連接圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

智伴系統(tǒng)使用STC89C52為處理器，對(duì)血壓、脈搏、溫度傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。圖3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程圖。對(duì)于血壓的檢測(cè)采用AD通道采樣，檢測(cè)信號(hào)分為兩路信號(hào)。壓力傳感器的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大送到AD1，作為靜態(tài)血壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)電路的隔直后經(jīng)過(guò)AD2作為脈搏波信號(hào)。采樣的信號(hào)經(jīng)模塊處理最后得到舒張壓和伸縮壓。脈搏信息的采集，采用IBI算法[4]，根據(jù)采集的脈搏信號(hào)，通過(guò)ad模塊轉(zhuǎn)模成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)再傳回單片機(jī)。通過(guò)MLX90614實(shí)時(shí)檢測(cè)人體的溫度變化，并將采集的值傳回單片機(jī)。檢測(cè)到不正常的數(shù)據(jù)，通過(guò)GSM無(wú)線(xiàn)傳輸模塊發(fā)信息給監(jiān)護(hù)人手機(jī)。

圖3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)程序流程圖

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)不斷設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1)實(shí)現(xiàn)身體的體溫、脈搏、血壓進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量；

(2)通過(guò)LED1602顯示檢測(cè)人體信息數(shù)據(jù)；

(3)對(duì)于異常數(shù)據(jù)，通過(guò)GSM模塊，發(fā)送信息到監(jiān)護(hù)人手機(jī)上。

本設(shè)計(jì)通過(guò)大量數(shù)據(jù)分析，考慮到身體日常活動(dòng)可能造成數(shù)據(jù)異常，根據(jù)數(shù)據(jù)異常持續(xù)時(shí)間對(duì)報(bào)警進(jìn)行分級(jí)對(duì)于五秒內(nèi)的數(shù)據(jù)異常不報(bào)警，對(duì)于脈搏低于六十，體溫低于35.5℃進(jìn)行強(qiáng)報(bào)警。其他異常數(shù)據(jù)一分鐘內(nèi)多次檢測(cè)，依舊異常將信息發(fā)送到監(jiān)護(hù)人手機(jī)上。

將體溫傳感器貼著皮膚，將脈搏傳感器正面輕按在食指上，利用袖帶，壓力傳感器采集人體血壓。將各項(xiàng)數(shù)據(jù)顯示在lcd1602顯示屏上。圖4所示為人體各傳感器測(cè)量人體數(shù)據(jù)值。（其中H代表最舒張壓壓，L代表收縮壓，27.5為手指溫度，pluse代表脈搏一分鐘65次）當(dāng)數(shù)據(jù)異常持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，監(jiān)護(hù)人手機(jī)接收到的信息如圖5所示。

圖4 人體各項(xiàng)數(shù)據(jù)值

圖5 短信接收傳感器數(shù)據(jù)信息

4 總結(jié)與展望

在本次項(xiàng)目中我采用了現(xiàn)在stc89c52作為本次項(xiàng)目的核心，stc89c52功能強(qiáng)大處理速率快。也使用了比較先進(jìn)的無(wú)觸碰體溫測(cè)量和血壓模塊，脈搏傳感器及GSM遠(yuǎn)程傳輸模塊。對(duì)于人體進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)，對(duì)于突發(fā)情況緊急短信通知監(jiān)護(hù)人。本系統(tǒng)智能便捷，方便，實(shí)用。在現(xiàn)在疾病頻發(fā)的時(shí)代，對(duì)于人體數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)能很大條件下改善人體健康。以后在醫(yī)療市場(chǎng)也會(huì)得到普遍的使用，實(shí)用價(jià)值高。同時(shí)通過(guò)本項(xiàng)目也讓我學(xué)以致用，通過(guò)科技去改善人類(lèi)的生活為社會(huì)發(fā)展做出自己的貢獻(xiàn)。

對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目還有改進(jìn)的地方，添加GPS對(duì)老人的位置進(jìn)行定位，方便找到老人的位置，還有一鍵報(bào)警的功能，讓老人遇到意外情況，緊急報(bào)警。配合GPS將老人的位置一同發(fā)送出去，保障老人的實(shí)時(shí)安全。