单片机和语音模块的便携式心率计设计
摘 要如今，人们的生活水平和生活品质越来越高，更多的人希望能够随时测量心率来保持健康，而随着智能化产品的迅速发展，心率计被人们研制出来来随时测量心率。本心率计系统主要基于51单片机、语音模块、传感器模块和显示模块，其主要实现的功能是心率的测量。硬件设计主要包括：研究STC89C52单片机核心系统的构建；研究语音模块和传感器模块的应用，并完成其与STC89C52的关联设计；以及研究液晶屏、串口等外围接口的详细设计。软件设计主要包括：首先利用AD画出原理图，构建硬件以后，利用编程软件即keil软件编写程序完成各个模块的连接与运行。经过软硬件调试，整个系统基本可以通过传感器实现对心率的数据采集，然后通过显示屏读取数据并语音播报。
Keywords:voice module;STC89C52 processor;Pulse detection 目 录
第一章 绪 论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2课题研究的内容和工作 2
第二章 系统总体方案设计 3
2.1系统概述 3
2.2 系统主要功能描述 3
第三章 系统硬件设计 4
3.1系统硬件功能与结构 4
3.1.1 STC89C52最小系统 4
3.1.2语音模块电路设计 4
3.1.3显示模块电路设计 5
3.1.4传感器模块电路设计 5
3.2 系统硬件对比与选择 6
3.2.1传感器选择 6
3.2.2心率测量方法选择 6
3.2.3单片机控制电路选择 7
3.2.4显示模块选择 7
第四章 系统软件设计 8
4.1系统开发工具简介 8
4.1.1 Altium Designer简介 8
4.2系统软件流程图 8
4.2.1系统软件总体流程图 8
4.2.2程序设计原理 10
第五章 系统调试 12
5.1问题与解决 12
5.3调试结果 12
结束语 14
致
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
谢 15
参考文献 16
附录A 17
第一章 绪 论
1.1课题研究的背景及意义
现今生活，人民经济水平逐步上升，生活节奏也越来越快，不健康的饮食和锻炼的的缺乏导致越来越多的人死于心血管疾病。心血管疾病，顾名思义，与人体心脏息息相关，事实上，调查显示，心血管疾病是心肌梗塞、猝死等突发疾病的很大一部分起因，所以人们也越来越意识到提前预防的重要性，响应WHO曾经表示的一句话：“只要采取预防措施，最少有一半人的死亡是可以避免的。”那么接下来，我们要怎么预防呢？要想预防，首先要获取人体活动信息，而在人体活动中，心率即人体心脏每分钟搏动的次数是人体活动最直接、最重要的信息源头。通过心率我们能简单的了解我们的身体素质和身体健康，做有效的防护措施。医学领域上，脉搏是获取身体基本信息的重要途径，在中医中最为明显，中国几千年的历史上，通过把脉诊断屡见不鲜。脉搏反应的是心脏跳动，所以用脉搏获取心率心率信息最为直接。通过人手把脉包括用听诊器听心跳都是比较常见的估算心率的方法，这样做虽然简便、无痛，但是缺点也是比较明显的，费时，而且精度也不高。于是，在人们意识到这个缺陷的时候，人们便积极地谋求方法。随着单片机的普遍，心率计渐渐出现在人们的视线中，各种类型的心率计被国内外研究出来。
起初国内外研究比较多的是接触式传感器，应用比较多的，比较耳熟能详的有指脉、耳脉等。接触式的传感器优点有很多，但是久而久之，缺点也是比较显而易见的。指脉测量比较方便、简单，但随着时间的推移，测量次数的增多，手指上面的汗腺渐渐污染了测量环境，导致测量不准确。耳脉测量弥补了手指测量的缺陷，比较干净，测量环境不会被污染，但是耳脉上面的脉搏信息较微弱，不易测量。医院医生使用的听诊器就是一个简易的脉搏测量仪，且是接触式的，直接听人心脏的跳动，测量时跳动明显，但是也有缺陷，首先是人为测量有误差，再来，如果遇到比较紧急的情况，如地震，医生拿着听诊器一个一个测量比较麻烦，很多时候，测量的几秒钟就丧失了一个人的生命，因此必须采用更简单、更有效的测量方法。
接触式传感器方法简单，需要检测脉搏的时候也是立刻能实现，但是缺点也是非常明显的，于是随着科技的发展，光电式传感器的优点也开始明朗。光电式传感器的原理主要是应用光电容积法。人体心脏的跳动，血液的流动会造成脉搏波，脉搏波的传播会导致人体动脉里面的血流浓度产生周期性的变化，光电传感器就是根据这种血液浓度的变化来检测出人体脉搏的变化次数，从而检测出心率。而人体的手指和耳朵皮肤较薄，所以测量的时候也会以耳朵和手指为主要位置。
1.2课题研究的内容和工作
本课题的研究内容主要是基于51单片机和语音模块的便携式心率计设计，通过学习该系统的工作原理和工作方法，设计硬件电路将其实现。该系统的核心处理器采用STC89C52，传感器选用光电传感器，显示模块采用LCD1602显示屏实现相应需要实现的功能。最后实现的功能是：首先，将手指放在光电传感器 以达到实时显示测量的结果，同时，语音模块会通过喇叭语音及时播报采集到的数据。具体研究的主要内容如下：
(1)搜集并整理与课题有关的数据，并对红外传感器、语音模块等应用进行基本的了解。对STC89C52单片机最小系统电路进行学习与了解，并且学会使用STC89C52单片机的内部操作及学会其I/O口使用的方法，最后实现数据的编辑与显示；
(2)将已经搜集到的资料进行整理与研究，整合整个资料，学习并了解基于单片机的心率计的产品发展与前景，最终，完成系统的总体方案设计；
(3)了解完基本理论知识，也确定好总体的设计方案后，我们开始对系统所需要的硬件进行筛选。首先我们选定主控芯片，在这里我们当然选用性价比较高的STC89C52处理器，然后我们对所需的语音模块，显示屏以及传感器种类进行筛选，最后将各个模块进行组合搭配，完成硬件的设计；
(4)系统硬件搭配好以后，便开始进行软件设计。最后以流程图的方式展示语音模块、显示模块、红外传感器等主要模块的软件程序的工作流程。
(5)硬件软件全部搭建好了以后就要开始调试与测试，这是比较漫长的过程，主要是检测STC89C52如何对传感器模块采集到的数据进行处理然后传送给给显示部分的模块，同时调试与测试语音模块相关的功能；
(6)对本毕业设计做最后的总结报告。
第二章 系统总体方案设计
2.1系统概述
本课题的设计任务是完成基于51单片机和语音模块的便携式心率计设计。随着人们生活节奏的加快，渐渐意识到身体健康的重要性，但是因为各种原因，往往我们没有办法时时去医院健康检查，特别是遇到突发情况时，所以在自己的家庭里面就可以实现对身体的简单体检越来越受到人们的青睐，智能产品的普及填补了这一片空白，心率计渐渐得到普及，人们随时都能够检查自己的身体。但是，随着智能产品的的普及以及科学技术的发展，人们对智能产品的要求也越来越高，心率计开始以各种形式出现在人们的生活中，且越来越小巧方便，目前市面上最常见的是手环，表带等。心率计测量显示方法有多种多样的，其中将测量到的心率信息通过手机APP显示是比较常见的方法。心率计的品牌，目前发展比较好的有博能、佳明，他们的产品主要是有胸带产品，另外迈欧品牌也是比较受年轻人喜爱的，他的主要产品是无胸带心率表。心率计产品现在市面上已经非常成熟，本次的心率计产品主要是通过51单片机实现，主要实现的方法分为几个模块，分别是51单片机核心处理器，光电传感器模块，显示模块和语音模块。通过这几个模块和运放电路及滤波电路的配合实现心率的测量与显示，同时语音模块实现语音播报的功能。
Keywords:voice module;STC89C52 processor;Pulse detection 目 录
第一章 绪 论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2课题研究的内容和工作 2
第二章 系统总体方案设计 3
2.1系统概述 3
2.2 系统主要功能描述 3
第三章 系统硬件设计 4
3.1系统硬件功能与结构 4
3.1.1 STC89C52最小系统 4
3.1.2语音模块电路设计 4
3.1.3显示模块电路设计 5
3.1.4传感器模块电路设计 5
3.2 系统硬件对比与选择 6
3.2.1传感器选择 6
3.2.2心率测量方法选择 6
3.2.3单片机控制电路选择 7
3.2.4显示模块选择 7
第四章 系统软件设计 8
4.1系统开发工具简介 8
4.1.1 Altium Designer简介 8
4.2系统软件流程图 8
4.2.1系统软件总体流程图 8
4.2.2程序设计原理 10
第五章 系统调试 12
5.1问题与解决 12
5.3调试结果 12
结束语 14
致
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
谢 15
参考文献 16
附录A 17
第一章 绪 论
1.1课题研究的背景及意义
现今生活，人民经济水平逐步上升，生活节奏也越来越快，不健康的饮食和锻炼的的缺乏导致越来越多的人死于心血管疾病。心血管疾病，顾名思义，与人体心脏息息相关，事实上，调查显示，心血管疾病是心肌梗塞、猝死等突发疾病的很大一部分起因，所以人们也越来越意识到提前预防的重要性，响应WHO曾经表示的一句话：“只要采取预防措施，最少有一半人的死亡是可以避免的。”那么接下来，我们要怎么预防呢？要想预防，首先要获取人体活动信息，而在人体活动中，心率即人体心脏每分钟搏动的次数是人体活动最直接、最重要的信息源头。通过心率我们能简单的了解我们的身体素质和身体健康，做有效的防护措施。医学领域上，脉搏是获取身体基本信息的重要途径，在中医中最为明显，中国几千年的历史上，通过把脉诊断屡见不鲜。脉搏反应的是心脏跳动，所以用脉搏获取心率心率信息最为直接。通过人手把脉包括用听诊器听心跳都是比较常见的估算心率的方法，这样做虽然简便、无痛，但是缺点也是比较明显的，费时，而且精度也不高。于是，在人们意识到这个缺陷的时候，人们便积极地谋求方法。随着单片机的普遍，心率计渐渐出现在人们的视线中，各种类型的心率计被国内外研究出来。
起初国内外研究比较多的是接触式传感器，应用比较多的，比较耳熟能详的有指脉、耳脉等。接触式的传感器优点有很多，但是久而久之，缺点也是比较显而易见的。指脉测量比较方便、简单，但随着时间的推移，测量次数的增多，手指上面的汗腺渐渐污染了测量环境，导致测量不准确。耳脉测量弥补了手指测量的缺陷，比较干净，测量环境不会被污染，但是耳脉上面的脉搏信息较微弱，不易测量。医院医生使用的听诊器就是一个简易的脉搏测量仪，且是接触式的，直接听人心脏的跳动，测量时跳动明显，但是也有缺陷，首先是人为测量有误差，再来，如果遇到比较紧急的情况，如地震，医生拿着听诊器一个一个测量比较麻烦，很多时候，测量的几秒钟就丧失了一个人的生命，因此必须采用更简单、更有效的测量方法。
接触式传感器方法简单，需要检测脉搏的时候也是立刻能实现，但是缺点也是非常明显的，于是随着科技的发展，光电式传感器的优点也开始明朗。光电式传感器的原理主要是应用光电容积法。人体心脏的跳动，血液的流动会造成脉搏波，脉搏波的传播会导致人体动脉里面的血流浓度产生周期性的变化，光电传感器就是根据这种血液浓度的变化来检测出人体脉搏的变化次数，从而检测出心率。而人体的手指和耳朵皮肤较薄，所以测量的时候也会以耳朵和手指为主要位置。
1.2课题研究的内容和工作
本课题的研究内容主要是基于51单片机和语音模块的便携式心率计设计，通过学习该系统的工作原理和工作方法，设计硬件电路将其实现。该系统的核心处理器采用STC89C52，传感器选用光电传感器，显示模块采用LCD1602显示屏实现相应需要实现的功能。最后实现的功能是：首先，将手指放在光电传感器 以达到实时显示测量的结果，同时，语音模块会通过喇叭语音及时播报采集到的数据。具体研究的主要内容如下：
(1)搜集并整理与课题有关的数据，并对红外传感器、语音模块等应用进行基本的了解。对STC89C52单片机最小系统电路进行学习与了解，并且学会使用STC89C52单片机的内部操作及学会其I/O口使用的方法，最后实现数据的编辑与显示；
(2)将已经搜集到的资料进行整理与研究，整合整个资料，学习并了解基于单片机的心率计的产品发展与前景，最终，完成系统的总体方案设计；
(3)了解完基本理论知识，也确定好总体的设计方案后，我们开始对系统所需要的硬件进行筛选。首先我们选定主控芯片，在这里我们当然选用性价比较高的STC89C52处理器，然后我们对所需的语音模块，显示屏以及传感器种类进行筛选，最后将各个模块进行组合搭配，完成硬件的设计；
(4)系统硬件搭配好以后，便开始进行软件设计。最后以流程图的方式展示语音模块、显示模块、红外传感器等主要模块的软件程序的工作流程。
(5)硬件软件全部搭建好了以后就要开始调试与测试，这是比较漫长的过程，主要是检测STC89C52如何对传感器模块采集到的数据进行处理然后传送给给显示部分的模块，同时调试与测试语音模块相关的功能；
(6)对本毕业设计做最后的总结报告。
第二章 系统总体方案设计
2.1系统概述
本课题的设计任务是完成基于51单片机和语音模块的便携式心率计设计。随着人们生活节奏的加快，渐渐意识到身体健康的重要性，但是因为各种原因，往往我们没有办法时时去医院健康检查，特别是遇到突发情况时，所以在自己的家庭里面就可以实现对身体的简单体检越来越受到人们的青睐，智能产品的普及填补了这一片空白，心率计渐渐得到普及，人们随时都能够检查自己的身体。但是，随着智能产品的的普及以及科学技术的发展，人们对智能产品的要求也越来越高，心率计开始以各种形式出现在人们的生活中，且越来越小巧方便，目前市面上最常见的是手环，表带等。心率计测量显示方法有多种多样的，其中将测量到的心率信息通过手机APP显示是比较常见的方法。心率计的品牌，目前发展比较好的有博能、佳明，他们的产品主要是有胸带产品，另外迈欧品牌也是比较受年轻人喜爱的，他的主要产品是无胸带心率表。心率计产品现在市面上已经非常成熟，本次的心率计产品主要是通过51单片机实现，主要实现的方法分为几个模块，分别是51单片机核心处理器，光电传感器模块，显示模块和语音模块。通过这几个模块和运放电路及滤波电路的配合实现心率的测量与显示，同时语音模块实现语音播报的功能。
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