单片机的多功能医用心脉体温测量计
摘 要本文以基于单片机的多功能医用心脉体温测量计作为研究课题，设计了一款能够实现人体体温和心率快速测量的控制系统，并且具有当测量结果异常报警的功能，报警阀值可以通过按键进行灵活设置。本系统在硬件上采用了目前市面上较为常用的AT89C51单片机作为主控芯片，在片外结合了复位电路以及晶振电路组成了51单片机最小系统，并且与DS18B20温度传感器、红外对管、比较器、液晶屏以及按键等模块共同构成了心率测量仪的硬件系统，在软件上采用C语言作为程序描述语言，并在Keil以及Proteus两款软件上进行了程序的优化和改进。经过多次测试，本系统表现出了较高的稳定性和准确性，非常适合推向未来的医疗器械市场，能够有效地降低心率测量仪的生产成本。
目 录
一、 引言 1
（一） 心率计的发展背景 1
（二） 心率计的国内外研究现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控芯片的选择 3
（二） AT89C51单片机介绍 3
（三） LCD1602型显示器介绍 4
（四） DS18B20概述 4
（五） 红外对管模块介绍 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 心脉体温测量计系统方案设计 7
（二） 最小系统设计 7
（三） 显示模块电路 8
（四） 报警器模块设计 9
（五） DS18B20电路设计 10
（六） 红外对管模块电路设计 10
（七） 按键电路设计 11
四、 软件系统设计 12
（一） 心脉体温测量计软件系统流程图设计 12
（二） 显示模块工作流程设计 13
（三） DS18B20温度转换流程设计 13
（四） 红外对管模块工作流程图设计 14
五、 Proteus系统仿真 16
总结 21
参考文献 22
附录一 原理图 23
附录二 PCB图 24
附录三 元件列表 25
附录四 程序 27<
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br /> 引言
心率计的发展背景
人们的生活质量在科技和经济迅速发展后得到了大幅度的提升，然而很多健康问题却在不断地威胁着人类的健康，比如说糖尿病、肥胖等富态病大多是由于人们不注重健康的生活方式导致的。在威胁人类健康的一些疾病中，心脑血管疾病是最为严重的一种，由它引起的人类死亡每年都居高不下，如果人类能够时常关注自身状况，这些疾病就会很容易的远离人类。对于应对心脑血管疾病，长期按时的对心率进行测量是一个切实有效的办法，因为这样一方面能够时时提醒人们要关注自身的健康状况，另一方面人们能够定期测量到自身的心率，从而能够根据心率值的情况合理调整自己的生活规律，使得疾病能够远离人们，因此本文提出对心率测量仪研究的课题，通过自身所掌握的专业知识为人类健康付出一份力。
红外心率测量仪控制系统是一种能够实现人体心率频率自动测量的自动控制系统，这种系统主要由心率传感器、显示器、微处理器、报警模块以及按键等模块组成。心率测量在中西医中都被使用到，只是在中医中被称为“号脉”，在西医中主要通过电子仪器进行测量，可见心率测量在医学中的重要性。在中医中，老中医通过手指感应患者的动脉跳动来大致计算患者的心跳规律以及心率数，这可谓是传统的心率测试方法。而一切都借助电子仪器进行测量的西医，其医学的发展是受益于电子技术的，当单片机以及传感器技术还不是很成熟时，西方医学还不能直接对人体心率、X光或者B超等进行测量。随着电子技术以及超大规模集成电路的迅速发展，人们已经能够将成千上万个电子元件集成在指甲大小的硅片上了，推动了自动控制技术和智能技术走向成熟。最早的电子心率测量仪是基于血管的压力改变来显示的，由于心脏在跳动时将血液压进动脉后，血管的压力迅速提升，而当血液流过后的一小段时间，血管压力又降低到较低水平，接着心脏再次将血液压进动动脉，血管压力再次提升，这样通过测量血管的压力变化频率就能够直接得到心率的频率，设计人员将高灵敏度的压力传感器置于皮肤表面，测量皮肤表层血管的压力变化，这样就直接得到了心率值。这种测试方法不会对皮肤造成影响，但是由于皮肤表面的血管较少并且血管较细，因此血管压力非常微弱，对压力传感器的要求极高，因此测量出的结果准确度不是很高。在人类发现红外线后，科学家发现当红外线穿过血管后，不同血压的血管对红外线的吸收程度不同，当血压大时，血液能够极大程度地吸收红外线，而血压小时，血液对红外线的吸收现象非常微弱。通过这个现象，设计人员迅速设计出了通过红外线测量人体心率的方法，这种方法主要通过发射红外线，接受红外线，并测量接收到的红外线强度，从而直接测量人体心率频率。本课题提出采用红外对管作为心率测试探头的方法，实现对人体心率的测量。
心率计的国内外研究现状
目前国内外对于高性能心率测量仪的研究非常火热，这是由于人类提升了对健康关注的意识。心率测量仪目前正朝着远程化以及微型化发展，在远程化方面，主要是为了实现将心率测试结果通过GSM模块等远程通信模块植入到心率测试系统中，实现家人对患者健康状况的实时了解；在微型化方面，主要依靠超大规模集成电路技术，大大减小心率测量仪的体积，达到能够随身携带，24小时监测的目标。
本文主要研究内容
本文以基于单片机的体温心率计作为研究对象，设计了一款采用51单片机作为主控核心的体温和心率测量系统，并实现了如下指标：
1、能够快速测量到人体的心率值，反应时间低于3秒；
2、具有超限报警功能；
3、心率上下限可通过按键设置；
4、具有快速的体温测量功能；
4、具有液晶显示功能。
方案选择及元器件介绍
主控芯片的选择
方案一：选择8位单片机中的51单片机作为控制系统的主控芯片，所谓51单片机是指那些片内采用MCS—51架构作为内核的单片机，如美国ATMEL公司的AT89C51、AT89C52、AT89S51以及AT89S52，中国宏晶公司生产的STC89C51、AT89C51、STC12系列等，它们都是采用51内核，只是片内资源不同的经典51单片机。采用51单片机作为控制系统有两大好处，一是51单片机内部需要操控的寄存器较少，非常适合初学者和学生使用，容易完成系统的设计；而是51单片机采用串口进行程序的下载和调试，不需要专门的JATG式仿真器，因此成本非常低。但是使用51单片机作为主控核心也有几个缺点，一是51单片机的主频较低，内部没有集成锁相环电路，因此芯片的处理速度较低；二是51单片机内部集成的资源较少，如常用的IIC、SPI以及AD采样模块都没有集成进去，使用者需要自己在片外配置。然而综合到自身的学习情况，对于51单片机的使用能够很熟练的程度，这对于顺利完成毕业设计是有利的。
目 录
一、 引言 1
（一） 心率计的发展背景 1
（二） 心率计的国内外研究现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控芯片的选择 3
（二） AT89C51单片机介绍 3
（三） LCD1602型显示器介绍 4
（四） DS18B20概述 4
（五） 红外对管模块介绍 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 心脉体温测量计系统方案设计 7
（二） 最小系统设计 7
（三） 显示模块电路 8
（四） 报警器模块设计 9
（五） DS18B20电路设计 10
（六） 红外对管模块电路设计 10
（七） 按键电路设计 11
四、 软件系统设计 12
（一） 心脉体温测量计软件系统流程图设计 12
（二） 显示模块工作流程设计 13
（三） DS18B20温度转换流程设计 13
（四） 红外对管模块工作流程图设计 14
五、 Proteus系统仿真 16
总结 21
参考文献 22
附录一 原理图 23
附录二 PCB图 24
附录三 元件列表 25
附录四 程序 27<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
br /> 引言
心率计的发展背景
人们的生活质量在科技和经济迅速发展后得到了大幅度的提升，然而很多健康问题却在不断地威胁着人类的健康，比如说糖尿病、肥胖等富态病大多是由于人们不注重健康的生活方式导致的。在威胁人类健康的一些疾病中，心脑血管疾病是最为严重的一种，由它引起的人类死亡每年都居高不下，如果人类能够时常关注自身状况，这些疾病就会很容易的远离人类。对于应对心脑血管疾病，长期按时的对心率进行测量是一个切实有效的办法，因为这样一方面能够时时提醒人们要关注自身的健康状况，另一方面人们能够定期测量到自身的心率，从而能够根据心率值的情况合理调整自己的生活规律，使得疾病能够远离人们，因此本文提出对心率测量仪研究的课题，通过自身所掌握的专业知识为人类健康付出一份力。
红外心率测量仪控制系统是一种能够实现人体心率频率自动测量的自动控制系统，这种系统主要由心率传感器、显示器、微处理器、报警模块以及按键等模块组成。心率测量在中西医中都被使用到，只是在中医中被称为“号脉”，在西医中主要通过电子仪器进行测量，可见心率测量在医学中的重要性。在中医中，老中医通过手指感应患者的动脉跳动来大致计算患者的心跳规律以及心率数，这可谓是传统的心率测试方法。而一切都借助电子仪器进行测量的西医，其医学的发展是受益于电子技术的，当单片机以及传感器技术还不是很成熟时，西方医学还不能直接对人体心率、X光或者B超等进行测量。随着电子技术以及超大规模集成电路的迅速发展，人们已经能够将成千上万个电子元件集成在指甲大小的硅片上了，推动了自动控制技术和智能技术走向成熟。最早的电子心率测量仪是基于血管的压力改变来显示的，由于心脏在跳动时将血液压进动脉后，血管的压力迅速提升，而当血液流过后的一小段时间，血管压力又降低到较低水平，接着心脏再次将血液压进动动脉，血管压力再次提升，这样通过测量血管的压力变化频率就能够直接得到心率的频率，设计人员将高灵敏度的压力传感器置于皮肤表面，测量皮肤表层血管的压力变化，这样就直接得到了心率值。这种测试方法不会对皮肤造成影响，但是由于皮肤表面的血管较少并且血管较细，因此血管压力非常微弱，对压力传感器的要求极高，因此测量出的结果准确度不是很高。在人类发现红外线后，科学家发现当红外线穿过血管后，不同血压的血管对红外线的吸收程度不同，当血压大时，血液能够极大程度地吸收红外线，而血压小时，血液对红外线的吸收现象非常微弱。通过这个现象，设计人员迅速设计出了通过红外线测量人体心率的方法，这种方法主要通过发射红外线，接受红外线，并测量接收到的红外线强度，从而直接测量人体心率频率。本课题提出采用红外对管作为心率测试探头的方法，实现对人体心率的测量。
心率计的国内外研究现状
目前国内外对于高性能心率测量仪的研究非常火热，这是由于人类提升了对健康关注的意识。心率测量仪目前正朝着远程化以及微型化发展，在远程化方面，主要是为了实现将心率测试结果通过GSM模块等远程通信模块植入到心率测试系统中，实现家人对患者健康状况的实时了解；在微型化方面，主要依靠超大规模集成电路技术，大大减小心率测量仪的体积，达到能够随身携带，24小时监测的目标。
本文主要研究内容
本文以基于单片机的体温心率计作为研究对象，设计了一款采用51单片机作为主控核心的体温和心率测量系统，并实现了如下指标：
1、能够快速测量到人体的心率值，反应时间低于3秒；
2、具有超限报警功能；
3、心率上下限可通过按键设置；
4、具有快速的体温测量功能；
4、具有液晶显示功能。
方案选择及元器件介绍
主控芯片的选择
方案一：选择8位单片机中的51单片机作为控制系统的主控芯片，所谓51单片机是指那些片内采用MCS—51架构作为内核的单片机，如美国ATMEL公司的AT89C51、AT89C52、AT89S51以及AT89S52，中国宏晶公司生产的STC89C51、AT89C51、STC12系列等，它们都是采用51内核，只是片内资源不同的经典51单片机。采用51单片机作为控制系统有两大好处，一是51单片机内部需要操控的寄存器较少，非常适合初学者和学生使用，容易完成系统的设计；而是51单片机采用串口进行程序的下载和调试，不需要专门的JATG式仿真器，因此成本非常低。但是使用51单片机作为主控核心也有几个缺点，一是51单片机的主频较低，内部没有集成锁相环电路，因此芯片的处理速度较低；二是51单片机内部集成的资源较少，如常用的IIC、SPI以及AD采样模块都没有集成进去，使用者需要自己在片外配置。然而综合到自身的学习情况，对于51单片机的使用能够很熟练的程度，这对于顺利完成毕业设计是有利的。
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