老人健康远程监护系统硬件设计
本课题设计了一种基于51单片机的老人健康远程监护系统。系统整体设计由STC89C52单片机、LCD1602、光电传感器和DS18B20传感器、无线收发模块NRF24L01、信号采集电路等组成。本系统的主要功能是从机通过传感器模块测试得到老人的体温和脉搏数据，再经过无线收发模块传输到主机进行处理。本次课题设计，主要由软硬件构成，本次课题的硬件部分是由单片机最小系统，显示模块，无线收发模块，信号采集电路，传感器模块5个部分组成。经软硬联合测试，可以达到以上功能，系统正常运行，达到设计要求。关键词 STC89C52，远程健康监护，信号采集电路，无线收发模块NRF24L01
目 录
1引言 1
1.1研究背景意义 2
1.2老人健康远程监护系统的发展与应用 2
1.3本章总结 3
2系统的总体设计 3
2.1 系统整体设计的概述 3
2.2系统框架结构 3
2.3系统功能概述 4
3硬件电路总体设计 5
3.1主控模块 5
3.2显示模块 10
3.3信号采集电路设计 12
3.4 DS18B20传感器 14
3.5光电传感器ST188 15
3.6无线发射与接收模块 15
3.7实物图 18
3.8本章总结 19
4调试与测试 19
4.1硬件调试 19
4.2测试结果 19
4.3测试图 20
4.4误差分析 23
结论 25
致谢 26
参考文献 27
1引言
1.1研究背景意义
地域差异是我国医疗卫生所面临的主要问题,人口结构老龄化带来了如何保障老人身体健康的要求增加，远程监控提供了解决上述问题的方法。远程监控是将远程生理和医疗信号通过通信技术传输到监控中心的技术手段。
我国医疗卫生存在的主要问题是: ( 1)西部地区医疗水平与东部沿海地区具有明显的区域差异,东部沿海地区的医疗条件优于广大西部地区,不仅在医疗设施配置上,而且在医疗专家分布的不均上。( *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
2)计划生育的国策在90年代的实施加快了我国人口结构的老龄化。目前中国人口约14亿,其中60岁以上人口已达1.5亿 ,年均增长3%,健康需求增加。为了解决上述问题，可以用到远程医疗这项技术。降低区域医疗条件的差异可以通过远程医疗、提高医疗效率与质量、降低死亡率、缩短病人的治疗时间,所以大力发展远程医疗在未来是相当关键的。
在国外,超过60岁老人的身体体质每年下降一次或多次,老年人跌倒摔伤的概率随着年龄的增加而大大加大,超过75岁以上的老人跌倒的发生率高达50%,据一些社会机构的统计在老年人年纪较大的家庭，跌倒的发生率较高。但由于大多数摔伤不易造成死亡，所以许多老人跌倒并不引起重视,但跌倒会造成严重的后果,约8%的跌倒会造成骨折、15%以上的跌倒会造成脑损伤、软组织损伤或脱位,并造成老年人的体质下降。在跌倒引起的骨折中,骨骼骨折引起了最严重、最多的健康问题。在骨骼骨折的老年人中, 有1/4在6个月内死。,50%以上的康复者在出院后只能留在家中不能外出活动。他们的预期寿命减少了15%到20%,生活质量大大降低。住院治疗跌倒老人的人数是患有其他疾病老人人数的5倍,住院时间是其两倍。大量资料表明,老年人跌倒是许多国家老年人口群体死亡的主要原因之一。据统计在中国,跌倒是70岁以上人口死亡的第3个原因,而跌倒造成的老人死亡或受伤占总数的四分之三, 每年约10000名老年人死亡的原因是跌倒死亡。与儿童相比,老年住院患者的住院风险为10倍,死亡率为8倍。2008年据《世界卫生组织统计年鉴》,中国城市男士人口年龄在75岁跌倒的死亡率位1700万,妇女65岁以上跌倒的死亡率位1600万。据不完全统计中国65岁以上的老人跌倒死亡率位居世界前列。由此可见跌倒是老年人伤害和死亡的主要原因。因此,跌倒已成为影响老年人健康的重要因素。
1.2老人健康远程监护系统的发展与应用
随着无线射频技术和无线传感器技术的发展,科学研究水平的不断提高,加上老龄化趋势快速的增长,促进了老年人远程健康监测领域的快速发展。在国内,中国组装的老年监控系统逐渐进入了中国的主要医院。在清华大学,白静教授领导的研究小组在家庭护理、远程医疗等方面进行了深入的研究。他们的研究团队设计了家庭护理小护士系统是中国第一个远程监护系统。该系统由家庭和医院联合监控,其先进性是将智能控制系统嵌入病人监护仪,在远程监控中,系统可以监测和记录心电和动态血压,还可以实时采集家庭的心电数据。如果患者的心电异常,系统可以通过无线传输系统把患者数据送入到监护病人的医院,供医院医生参考。此外,研究团队还将基于互联网的虚拟医疗数据收集纳入研究范围。
1.3本章总结
本章主要介绍了本课题的研究意义与背景。在过去很长的一段时间由于技术，成本，老旧的信息共享机制，限制远程监护技术的发展，在未来我们有希望看到远程监护技术的重大突破。因为现在是一个信息与科技爆炸的时代，为发展远程监护技术提供了新的机遇。
2系统的总体设计
2.1 系统整体设计的概述
整体设计是STC89C52单片机、LCD1602、光电传感器ST188和DS18B20传感器、无线收发模块NRF24L01、信号采集电路等构成。本系统设置有按键设置，按键设置的功能主要是设定心率的上限和下限的报警值，而且本该系统还具有掉电保存功能，把已经设置好的心率上下限报警值存储在STC单片机内部中，这样即使电源断电了心率上下限的报警值也不会归零而是继续显示为已经设置好的报警值。当实际测量的心率超过上限或低于下限时，心率的不正常会让蜂鸣报警器发出响声来提示。该系统的LCD1602液晶第一行显示了当前的心率和温度，单位是心率/分钟，第二行显示了定心率，上限与下限的报警值。本设计共两块板子一块主机一块从机，采用NRF24L01无线通信，从机负责检测心率和体温并无线发射，主机负责显示当前检测到的心率和体温，同时显示设定的心率报警上下限范围。
2.2系统框架结构
本系统分别由从机与主机组成，图2.1为系统硬件模型框图。光电传感器获得人体脉搏信号转换成频率信号送入从机处理；DS18B20温度传感器将采集到的温度信号以二进制码的形式串行也送入从机处理。处理后的数据经无线发射模块发送到主机的无线接收模块，接收到的数据送给主机进行处理，处理后的结果通过显示模块显示出来。
目 录
1引言 1
1.1研究背景意义 2
1.2老人健康远程监护系统的发展与应用 2
1.3本章总结 3
2系统的总体设计 3
2.1 系统整体设计的概述 3
2.2系统框架结构 3
2.3系统功能概述 4
3硬件电路总体设计 5
3.1主控模块 5
3.2显示模块 10
3.3信号采集电路设计 12
3.4 DS18B20传感器 14
3.5光电传感器ST188 15
3.6无线发射与接收模块 15
3.7实物图 18
3.8本章总结 19
4调试与测试 19
4.1硬件调试 19
4.2测试结果 19
4.3测试图 20
4.4误差分析 23
结论 25
致谢 26
参考文献 27
1引言
1.1研究背景意义
地域差异是我国医疗卫生所面临的主要问题,人口结构老龄化带来了如何保障老人身体健康的要求增加，远程监控提供了解决上述问题的方法。远程监控是将远程生理和医疗信号通过通信技术传输到监控中心的技术手段。
我国医疗卫生存在的主要问题是: ( 1)西部地区医疗水平与东部沿海地区具有明显的区域差异,东部沿海地区的医疗条件优于广大西部地区,不仅在医疗设施配置上,而且在医疗专家分布的不均上。( *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
2)计划生育的国策在90年代的实施加快了我国人口结构的老龄化。目前中国人口约14亿,其中60岁以上人口已达1.5亿 ,年均增长3%,健康需求增加。为了解决上述问题，可以用到远程医疗这项技术。降低区域医疗条件的差异可以通过远程医疗、提高医疗效率与质量、降低死亡率、缩短病人的治疗时间,所以大力发展远程医疗在未来是相当关键的。
在国外,超过60岁老人的身体体质每年下降一次或多次,老年人跌倒摔伤的概率随着年龄的增加而大大加大,超过75岁以上的老人跌倒的发生率高达50%,据一些社会机构的统计在老年人年纪较大的家庭，跌倒的发生率较高。但由于大多数摔伤不易造成死亡，所以许多老人跌倒并不引起重视,但跌倒会造成严重的后果,约8%的跌倒会造成骨折、15%以上的跌倒会造成脑损伤、软组织损伤或脱位,并造成老年人的体质下降。在跌倒引起的骨折中,骨骼骨折引起了最严重、最多的健康问题。在骨骼骨折的老年人中, 有1/4在6个月内死。,50%以上的康复者在出院后只能留在家中不能外出活动。他们的预期寿命减少了15%到20%,生活质量大大降低。住院治疗跌倒老人的人数是患有其他疾病老人人数的5倍,住院时间是其两倍。大量资料表明,老年人跌倒是许多国家老年人口群体死亡的主要原因之一。据统计在中国,跌倒是70岁以上人口死亡的第3个原因,而跌倒造成的老人死亡或受伤占总数的四分之三, 每年约10000名老年人死亡的原因是跌倒死亡。与儿童相比,老年住院患者的住院风险为10倍,死亡率为8倍。2008年据《世界卫生组织统计年鉴》,中国城市男士人口年龄在75岁跌倒的死亡率位1700万,妇女65岁以上跌倒的死亡率位1600万。据不完全统计中国65岁以上的老人跌倒死亡率位居世界前列。由此可见跌倒是老年人伤害和死亡的主要原因。因此,跌倒已成为影响老年人健康的重要因素。
1.2老人健康远程监护系统的发展与应用
随着无线射频技术和无线传感器技术的发展,科学研究水平的不断提高,加上老龄化趋势快速的增长,促进了老年人远程健康监测领域的快速发展。在国内,中国组装的老年监控系统逐渐进入了中国的主要医院。在清华大学,白静教授领导的研究小组在家庭护理、远程医疗等方面进行了深入的研究。他们的研究团队设计了家庭护理小护士系统是中国第一个远程监护系统。该系统由家庭和医院联合监控,其先进性是将智能控制系统嵌入病人监护仪,在远程监控中,系统可以监测和记录心电和动态血压,还可以实时采集家庭的心电数据。如果患者的心电异常,系统可以通过无线传输系统把患者数据送入到监护病人的医院,供医院医生参考。此外,研究团队还将基于互联网的虚拟医疗数据收集纳入研究范围。
1.3本章总结
本章主要介绍了本课题的研究意义与背景。在过去很长的一段时间由于技术，成本，老旧的信息共享机制，限制远程监护技术的发展，在未来我们有希望看到远程监护技术的重大突破。因为现在是一个信息与科技爆炸的时代，为发展远程监护技术提供了新的机遇。
2系统的总体设计
2.1 系统整体设计的概述
整体设计是STC89C52单片机、LCD1602、光电传感器ST188和DS18B20传感器、无线收发模块NRF24L01、信号采集电路等构成。本系统设置有按键设置，按键设置的功能主要是设定心率的上限和下限的报警值，而且本该系统还具有掉电保存功能，把已经设置好的心率上下限报警值存储在STC单片机内部中，这样即使电源断电了心率上下限的报警值也不会归零而是继续显示为已经设置好的报警值。当实际测量的心率超过上限或低于下限时，心率的不正常会让蜂鸣报警器发出响声来提示。该系统的LCD1602液晶第一行显示了当前的心率和温度，单位是心率/分钟，第二行显示了定心率，上限与下限的报警值。本设计共两块板子一块主机一块从机，采用NRF24L01无线通信，从机负责检测心率和体温并无线发射，主机负责显示当前检测到的心率和体温，同时显示设定的心率报警上下限范围。
2.2系统框架结构
本系统分别由从机与主机组成，图2.1为系统硬件模型框图。光电传感器获得人体脉搏信号转换成频率信号送入从机处理；DS18B20温度传感器将采集到的温度信号以二进制码的形式串行也送入从机处理。处理后的数据经无线发射模块发送到主机的无线接收模块，接收到的数据送给主机进行处理，处理后的结果通过显示模块显示出来。
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