穿戴式人体生理参数监测系统硬件部分
自古以来，身体健康都是人们最大的心愿，在我国更是有“身体是革命的本钱”的说法。然而，随着社会的发展，人们生活压力的加大导致越来越多的人处于亚健康状态。人们希望通过体育训练来改善自身素质，为了避免运动过度对身体造成的危害，通过基于单片机的人体生理参数监测系统的设计，能够帮助训练者进行适度训练。
本系统可实现人体生理参数的监测，由上位机和下位机两部分组成。下位机采集数据，并不断反馈给上位机，上位机用Labview将数据以波形的形式显示并通过Excel保存，提示训练者科学、高效地训练。本系统是一种结构简单、使用方便、价格低廉的生理参数监测系统，具有一定的实用价值。
关键词 单片机，生理参数监测，上位机
目 录
1 绪论 1
1．1 研究背景与意义 1
1．2 国内外发展现况 1
1．3 主要研究内容 2
1．4 本章内容总结 3
2 总体设计及设计工具简介 3
2．1 总体设计简介 3
2．2 设计工具简介 4
2．3 本章内容总结 6
3 硬件电路设计 6
3．1 单片机最小系统 6
3．2 显示模块设计 8
3．3 RS-232串口电路设计 10
3．4 报警模块设计 11
3．5 温度模块设计 12
3．6 呼吸模块设计 13
3．7 脉搏模块设计 14
3．8 血压模块设计 16
3．9 本章内容总结 17
4 系统调试 17
4．1 硬件电路仿真 17
4．2 上位机功能分析 20
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
/> 4．3 误差分析 21
4．4 本章内容总结 22
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
附录A 原理图 26
附录B PCB图 28
附录C 程序代码清单 30
1 绪论
1．1 研究背景与意义
随着我国经济的快速发展，人们生活节奏逐步加快，越来越感到生活的压力，导致越来越多的人患有亚健康疾病，为了改善自身健康情况，更多的人加入到体育训练和锻炼之中。如何进行高效、科学的训练便成为一个不可避免的问题，这就需要先了解锻炼人员的生理状况，获得相应的生理参数，据此才能做出正确的判断，从而进行高效、科学的训练。
在体校里面，大多都是10岁左右的儿童，他们每天参加体育训练，但是并没有进行相应的运动生理参数检测，这样就可能对他们的身体产生危害。因为实践表明,经常参加科学适度的体育运动,可以预防身心疾病,促进身体健康,改善情绪。对于受训人员来说，激烈过量的运动不但不能起到健身的效果，而且还会产生种种不良影响,伤害身体。然而，运动量太小，只能起到安慰作用，并不能达到锻炼的预期效果。只有运动适度，符合生理要求，才能达到科学训练和安全训练的目的[1]。但是在平时训练中，一些小地方的大部分受训人员没有相应的生理参数监测设备，很难判断自身的训练是否适度，容易导致运动过度而影响身体健康，甚至威胁生命安全。因此,研发一种面向低端市场的运动生理监测系统是很有必要的，这也正是我们穿戴式人体生理参数监测系统所要解决的问题。
穿戴式人体生理参数监测系统,在受训人员运动过程中监测身体的各项生理数据,实时显示在屏幕上，并在运动量过度或不足时报警,提醒受训人员调节运动量。这种设备能够解决运动量的监测问题，防止运动过度对身体造成伤害，或者运动不足而达不到预期效果，具有很好的发展前景。基于单片机的穿戴式人体生理参数监测系统操作方便，拥有良好的人机交互界面，易学易用，便捷与舒适，抗干扰强，造价低，经济效益显著，便于大规模推广，对于训练人员有着重要意义。
1．2 国内外发展现况
穿戴式人体生理参数监测系统是一种穿戴式设备，它主要以人的身体为物理支撑，通过背心、背包、皮带等形式的支撑物穿戴在人身上，配上各种类型的传感器等设备，并采用增强现实、智能感知、情景计算等新的人机交互方式，随时监测各种生理量。
目前,世界上很多研究人员认识到穿戴式人体生理参数监测系统有着广泛的前景，未来的发展形势一片大好，都逐步投入到穿戴式生理监测系统的研究。在科技日新月异发展的今天,一些发达国家凭借其先进的技术和雄厚的财力,穿戴式人体生理监测技术已经很成熟，普遍用于人体生理监测系统的开发设计,在各个领域有着重要应用，其中欧洲国家的技术领先于其他国家。
随着先进技术的全球化,穿戴式人体生理监测技术已经在国内得到了前所未有的发展。但是我国在这方面有所欠缺，与外国先进水平相比，我们在数据的采集、分析以及设备的便携性、稳定性上和国外先进水平有一定差距。与此同时，穿戴式设备价格昂贵，一般都是用于医疗和专业的运动员，普及性较差，缺乏针对低端市场的的生理监测设备[2]。就目前现状而言，我国需要拓展科技，创新科技，早日设计出更高水平的穿戴式人体生理监测系统，来帮助人们进行适度、科学的训练，改善身体素质，造福人民。
1．3 主要研究内容
穿戴式人体生理参数监测系统在不妨碍训练者日常活动的前提下，为训练者提供连续、准确的日常生理参数监测功能。生理参数反映了人体各个组织和器官的运作情况，是判断人体是否处于正常状态的关键依据和标准，本课题所研究的穿戴式人体生理参数监测系统主要是面向低端市场，且幅度较小的室内运动，如举重，在跑步机上慢跑等。主要研究了体温、脉搏、呼吸以及血压四项生理参数，利用穿戴式人体生理参数监测系统实时监测运动者的这些生理参数，以STC89C51单片机为核心，配以DS18B20温度传感器、PulseSensor脉搏传感器、呼吸模块、血压模块、报警电路及LCD1602显示电路，使得该设备可以实时监测这几项生理参数并在LCD1602上显示出来，训练者可以直接看到这些生理数据，调节运动量，从而做到适度、高效的训练。在电脑上，我们用软件Labview来进行波形显示和数据保存，一方面可以实时进行波形显示，另一方面可以实现数据存储，便于以后的分析和处理。该系统由生理参数监测单元、单片机信号处理单元以及上位机的显示、存储单元构成，生理参数检测单元通过传感器检测各种生理信号，将检测的微弱信号进行放大和滤波处理，传输给MCU；单片机信号处理单元完成信号采集、处理和数值显示；上位机的功能则是波形显示和存储功能。另外该系统配以报警单元，将监测的数值与已设定的参考数值进行比较，若采集的数值超过参考数值，则会产生报警，提醒训练者“运动过量”，训练者就会适当减少运动量，避免身体受到伤害，从而做到科学、合理的训练。
1．4 本章内容总结
本章主要从三个方面对穿戴式人体生理参数监测系统做了简要概述，了解到穿戴式设备，尤其是运动生理参数监测设备在国内有着很大的发展前景。目前，一些低端市场很需要运动生理参数监测系统，如体校的训练、家庭的锻炼以及社区的体育活动。基于51单片机的穿戴式人体生理参数监测系统，配以Labview的上位机显示和存储，其实用性、便捷性必将产生大的社会效益。
2.2.1 Protel 99 SE
Labview是NI公司研发的主要用于测试的软件,它使用的是一种图形化的编辑语言，由前面板和后面板两个窗口组成，前面板用于界面的显示，后面板的框图则代表程序。Labview软件是NI设计平台的核心，在测试和控制领域有着重要用途,Labview的主要特点如下[6]：
1 绪论 1
1．1 研究背景与意义 1
1．2 国内外发展现况 1
1．3 主要研究内容 2
1．4 本章内容总结 3
2 总体设计及设计工具简介 3
2．1 总体设计简介 3
2．2 设计工具简介 4
2．3 本章内容总结 6
3 硬件电路设计 6
3．1 单片机最小系统 6
3．2 显示模块设计 8
3．3 RS-232串口电路设计 10
3．4 报警模块设计 11
3．5 温度模块设计 12
3．6 呼吸模块设计 13
3．7 脉搏模块设计 14
3．8 血压模块设计 16
3．9 本章内容总结 17
4 系统调试 17
4．1 硬件电路仿真 17
4．2 上位机功能分析 20
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
/> 4．3 误差分析 21
4．4 本章内容总结 22
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
附录A 原理图 26
附录B PCB图 28
附录C 程序代码清单 30
1 绪论
1．1 研究背景与意义
随着我国经济的快速发展，人们生活节奏逐步加快，越来越感到生活的压力，导致越来越多的人患有亚健康疾病，为了改善自身健康情况，更多的人加入到体育训练和锻炼之中。如何进行高效、科学的训练便成为一个不可避免的问题，这就需要先了解锻炼人员的生理状况，获得相应的生理参数，据此才能做出正确的判断，从而进行高效、科学的训练。
在体校里面，大多都是10岁左右的儿童，他们每天参加体育训练，但是并没有进行相应的运动生理参数检测，这样就可能对他们的身体产生危害。因为实践表明,经常参加科学适度的体育运动,可以预防身心疾病,促进身体健康,改善情绪。对于受训人员来说，激烈过量的运动不但不能起到健身的效果，而且还会产生种种不良影响,伤害身体。然而，运动量太小，只能起到安慰作用，并不能达到锻炼的预期效果。只有运动适度，符合生理要求，才能达到科学训练和安全训练的目的[1]。但是在平时训练中，一些小地方的大部分受训人员没有相应的生理参数监测设备，很难判断自身的训练是否适度，容易导致运动过度而影响身体健康，甚至威胁生命安全。因此,研发一种面向低端市场的运动生理监测系统是很有必要的，这也正是我们穿戴式人体生理参数监测系统所要解决的问题。
穿戴式人体生理参数监测系统,在受训人员运动过程中监测身体的各项生理数据,实时显示在屏幕上，并在运动量过度或不足时报警,提醒受训人员调节运动量。这种设备能够解决运动量的监测问题，防止运动过度对身体造成伤害，或者运动不足而达不到预期效果，具有很好的发展前景。基于单片机的穿戴式人体生理参数监测系统操作方便，拥有良好的人机交互界面，易学易用，便捷与舒适，抗干扰强，造价低，经济效益显著，便于大规模推广，对于训练人员有着重要意义。
1．2 国内外发展现况
穿戴式人体生理参数监测系统是一种穿戴式设备，它主要以人的身体为物理支撑，通过背心、背包、皮带等形式的支撑物穿戴在人身上，配上各种类型的传感器等设备，并采用增强现实、智能感知、情景计算等新的人机交互方式，随时监测各种生理量。
目前,世界上很多研究人员认识到穿戴式人体生理参数监测系统有着广泛的前景，未来的发展形势一片大好，都逐步投入到穿戴式生理监测系统的研究。在科技日新月异发展的今天,一些发达国家凭借其先进的技术和雄厚的财力,穿戴式人体生理监测技术已经很成熟，普遍用于人体生理监测系统的开发设计,在各个领域有着重要应用，其中欧洲国家的技术领先于其他国家。
随着先进技术的全球化,穿戴式人体生理监测技术已经在国内得到了前所未有的发展。但是我国在这方面有所欠缺，与外国先进水平相比，我们在数据的采集、分析以及设备的便携性、稳定性上和国外先进水平有一定差距。与此同时，穿戴式设备价格昂贵，一般都是用于医疗和专业的运动员，普及性较差，缺乏针对低端市场的的生理监测设备[2]。就目前现状而言，我国需要拓展科技，创新科技，早日设计出更高水平的穿戴式人体生理监测系统，来帮助人们进行适度、科学的训练，改善身体素质，造福人民。
1．3 主要研究内容
穿戴式人体生理参数监测系统在不妨碍训练者日常活动的前提下，为训练者提供连续、准确的日常生理参数监测功能。生理参数反映了人体各个组织和器官的运作情况，是判断人体是否处于正常状态的关键依据和标准，本课题所研究的穿戴式人体生理参数监测系统主要是面向低端市场，且幅度较小的室内运动，如举重，在跑步机上慢跑等。主要研究了体温、脉搏、呼吸以及血压四项生理参数，利用穿戴式人体生理参数监测系统实时监测运动者的这些生理参数，以STC89C51单片机为核心，配以DS18B20温度传感器、PulseSensor脉搏传感器、呼吸模块、血压模块、报警电路及LCD1602显示电路，使得该设备可以实时监测这几项生理参数并在LCD1602上显示出来，训练者可以直接看到这些生理数据，调节运动量，从而做到适度、高效的训练。在电脑上，我们用软件Labview来进行波形显示和数据保存，一方面可以实时进行波形显示，另一方面可以实现数据存储，便于以后的分析和处理。该系统由生理参数监测单元、单片机信号处理单元以及上位机的显示、存储单元构成，生理参数检测单元通过传感器检测各种生理信号，将检测的微弱信号进行放大和滤波处理，传输给MCU；单片机信号处理单元完成信号采集、处理和数值显示；上位机的功能则是波形显示和存储功能。另外该系统配以报警单元，将监测的数值与已设定的参考数值进行比较，若采集的数值超过参考数值，则会产生报警，提醒训练者“运动过量”，训练者就会适当减少运动量，避免身体受到伤害，从而做到科学、合理的训练。
1．4 本章内容总结
本章主要从三个方面对穿戴式人体生理参数监测系统做了简要概述，了解到穿戴式设备，尤其是运动生理参数监测设备在国内有着很大的发展前景。目前，一些低端市场很需要运动生理参数监测系统，如体校的训练、家庭的锻炼以及社区的体育活动。基于51单片机的穿戴式人体生理参数监测系统，配以Labview的上位机显示和存储，其实用性、便捷性必将产生大的社会效益。
2.2.1 Protel 99 SE
Labview是NI公司研发的主要用于测试的软件,它使用的是一种图形化的编辑语言，由前面板和后面板两个窗口组成，前面板用于界面的显示，后面板的框图则代表程序。Labview软件是NI设计平台的核心，在测试和控制领域有着重要用途,Labview的主要特点如下[6]：
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzdq/781.html
