单片机的呼吸综合征检测系统设计
摘 要本课题在当前呼吸综合征报警器系统的研究基础上，提出了一种可以通过AT89C51单片机作为主控来实现的一款新型呼吸综合征报警器控制系统，在其内部使用了新型模块PVDF压电薄膜式呼吸传感器、LCD1602液晶屏等作为核心部分，构建了其硬件框架结构，实现了对呼吸障碍病人是否呼吸正常进行实时监测、报警以及液晶显示等功能，经过了系统仿真以及专业仪器测量发现这款系统的实现大大降低了目前相关产品的总体功耗，在硬件上由于大多数使用的都是新型并且价格低廉的芯片模块，大大压缩了总体系统的生产成本。本系统最终经过了多方面的测试和发现问题后的不断改进完善，最终呈现出了很高的实用性，推向市场后将淘汰大量现有相关产品。
目录
引言 2
（一）呼吸综合征检测系统的发展背景 2
（二）呼吸综合征报警器系统的国内外发展现状 3
（三）本文主要研究内容 3
一、方案选择及元器件介绍 5
（一）系统主控核心的选取 5
（二）AT89C51控制芯片简介 6
（三）PVDF压电薄膜式传感器 7
（四）LCD1602点阵显示器简介 8
（五）蜂鸣器简介 9
二、硬件系统设计 10
（一）呼吸综合征报警器系统的硬件结构框图设计 10
（二）AT89C51单片机最小系统设计 10
1.晶振电路设计 11
2.复位电路设计 11
（三）点阵显示器电路设计 12
（四）呼吸监测电路设计 12
（五）报警电路设计 13
（六）按键电路 14
三、软件系统设计 15
（一）呼吸综合征报警器系统的软件工作流程设计 15
（二）点阵显示工作流程设计 16
（三）PCDF压电薄膜传感器的软件工作流程 17
（四）报警电路工作流程设计 17
总结 19
致 谢 20
参考文献 21
附录一： 原理图 22
附录二： 元件列表 23
附录三： 程序 24
引言
（一）呼吸
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综合征检测系统的发展背景
本文将要介绍一种通过51单片机作为主要控制器来实现的一款智能型呼吸综合征报警器控制系统，这款系统的实现将突破目前市面上相关产品的平均性能，并且在功能上将得到较大的扩展。呼吸综合征报警器系统已经在人们的生产生活中出现了较长一段时间，起初在单片机技术还未成熟并推向使用前，逻辑电路以及cpld等一些具有逻辑运算功能的芯片在控制届大行其道，是大多数控制系统的首要选择，通过这些具有简单运算功能的芯片能够实现一些常见的按键检测、报警器驱动以及数码管显示等功能，这一时期的呼吸综合征报警器控制系统已经具有了一些简单的功能设置、报警信号发出以及是否出现呼吸暂停等基本功能，但是离今天以单片机等微处理器作为主控器的呼吸综合征报警器控制系统还具有相当大的一段距离，无论是在功能还是用户使用体验上，都不能最大满足用户的需求。
图1 呼吸综合征检测器
在这一现状下，呼吸综合征报警器控制系统的设计师们意识到只有采用更高性能并且集成度更高的控制器芯片才能够设计出具有突破意义的产品来，因此在二十世纪九十年代当单片机生产技术和使用方法得到大规模的普及之后，各行各业的电子设计师们开始了对单片机系统的开发，其中在呼吸综合征报警器控制系统领域，设计师们将以往的逻辑门电路或者cpld等一些主控器进行剔除，接着将微处理器芯片进行嵌入，通过程序代码的编写和编译并烧写，这样就使得呼吸综合征报警器控制系统具有了一定程度的智能意义，不但能够实现呼吸暂停次数记录、呼吸暂停时间记录、历史数据分析、多途径报警信号发出等智能功能，并且生产设计成本进一步下降，因为它将设计师的思想换算成软件代码并下载到了微处理器芯片中进行对呼吸综合征报警器控制系统中其他模块的驱动，实现具有一定智能化的操作。另外通过单片机等微处理器的嵌入，能够更好的实现呼吸综合征报警器控制系统与用户之间的交互，由于单片机等芯片具有几十个甚至上百个管脚，因此能够实现更多模块的驱动。本次毕业设计就将以C51单片机来作为主控器，设计一款能够突破现有产品性能，改进目前相关产品所存在的普遍缺点，并且能够通过软硬件的不断优化，将控制系统的功耗降到最低。
（二）呼吸综合征报警器系统的国内外发展现状
国内外大多数企业已经普遍掌握了生产制造中高以上性能的呼吸综合征报警器控制系统产品，但一些具有高端性能的呼吸综合征报警器产品只占有很少的比例，这些顶尖技术只有世界上一些少有国家或者研究团队掌握，因此生产成本非常高，导致这些高端产品并不能够在市面上进行普及。许多科研单位和研究小组为了打破这种局面，开始着重开始对呼吸综合征报警器控制系统进行研究，不但在硬件上更在软件上寻找突破口，使用更高性能的传感器和更先进的处理器来构建呼吸综合征报警器系统的整体框架，相信这种少有高端技术垄断的局面在不久的将来很快会被打破。
（三）本文主要研究内容
本文选用了目前在市场上和大学单片机教学中使用最为广泛，并且受到一致好评的51单片机作为主要控制芯片，以此作为核心芯片，设计了一款能够实现对呼吸障碍病人是否呼吸正常进行实时监测、报警以及液晶显示等功能的单片机自动控制系统，通过对硬件系统以及软件系统的构建，轻松地实现了毕业设计初期设立的所有指标和性能，并最终通过Proteus 7.8仿真平台实现了对控制系统的仿真，通过电脑显示器展现了单片机控制系统实际运行中所表现的功能和现象。
1.设计晶振电路以及复位电路，通过与AT89C51单片机芯片的有效搭配，实现51单片机最小系统的设计；
2.通过PVDF压电薄膜式传感器实现对病人呼吸是否出现暂停等危险状况进行实时检测；
3.穿戴好检测设备后，当佩戴者出现10秒以上的呼吸暂停后，系统立即发出报警；
4.系统具有时间显示功能，能够将呼吸暂停的时间记录下来。
5.通过Proteus软件对系统进行仿真测试，并最终制作出一个仿真系统；
一、方案选择及元器件介绍
（一）系统主控核心的选取
本章开始进行硬件相关元器件的选择以及特性描述，其中对于软硬件系统的主控核心是最重要的，因为这将决定最终是否能够实现最终的指标和功能，这主要体现在功能、性价比以及功耗等几个方面，因此本章首先对主控核心即单片机进行选择。
方案一：选择我较为熟悉的Arduino Mega 2560单片机作为本系统的主控核心部分，由于之前在学习51过程中，触及到了一些关于Mega 2560的学习，感受到了Mega 2560单片机的高效性、多资源性以及艺术性，因此对于Mega 2560单片机有着较好的使用体验，所谓高效性指的是Mega 2560高速的数据处理速度以及常用资源都被囊括在了同一片内，因此在硬件设计过程中就无需在外部配置相关的硬件芯片，如AD模数转换器、DA模数转换器等常用器件；多资源性与高效性是一种因果关系，正是因为Mega 2560内部配置了很多常用的模块如AD、DA、IIC、SPI以及UART等模块，才使得拥护能够在极短的时间内开发出自己所需要的产品；而艺术性指的是该系列单片机（Arduino）是由意大利一所艺术类团队设计出来的，之所以要设计这款单片机是为了解决他们在进行艺术设计过程中所面临的一些难题，因此他们在设计这款单片机时或多或少的掺杂了很多艺术成分，如Mega 2560开发板的外观设计、开发环境IDE的界面人机感受等。然而如果将其运用在该系统所带来的难题主要是我目前对该单片机不是非常熟悉，如果遇到难题需要耗费很多的时间去解决。
目录
引言 2
（一）呼吸综合征检测系统的发展背景 2
（二）呼吸综合征报警器系统的国内外发展现状 3
（三）本文主要研究内容 3
一、方案选择及元器件介绍 5
（一）系统主控核心的选取 5
（二）AT89C51控制芯片简介 6
（三）PVDF压电薄膜式传感器 7
（四）LCD1602点阵显示器简介 8
（五）蜂鸣器简介 9
二、硬件系统设计 10
（一）呼吸综合征报警器系统的硬件结构框图设计 10
（二）AT89C51单片机最小系统设计 10
1.晶振电路设计 11
2.复位电路设计 11
（三）点阵显示器电路设计 12
（四）呼吸监测电路设计 12
（五）报警电路设计 13
（六）按键电路 14
三、软件系统设计 15
（一）呼吸综合征报警器系统的软件工作流程设计 15
（二）点阵显示工作流程设计 16
（三）PCDF压电薄膜传感器的软件工作流程 17
（四）报警电路工作流程设计 17
总结 19
致 谢 20
参考文献 21
附录一： 原理图 22
附录二： 元件列表 23
附录三： 程序 24
引言
（一）呼吸
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
综合征检测系统的发展背景
本文将要介绍一种通过51单片机作为主要控制器来实现的一款智能型呼吸综合征报警器控制系统，这款系统的实现将突破目前市面上相关产品的平均性能，并且在功能上将得到较大的扩展。呼吸综合征报警器系统已经在人们的生产生活中出现了较长一段时间，起初在单片机技术还未成熟并推向使用前，逻辑电路以及cpld等一些具有逻辑运算功能的芯片在控制届大行其道，是大多数控制系统的首要选择，通过这些具有简单运算功能的芯片能够实现一些常见的按键检测、报警器驱动以及数码管显示等功能，这一时期的呼吸综合征报警器控制系统已经具有了一些简单的功能设置、报警信号发出以及是否出现呼吸暂停等基本功能，但是离今天以单片机等微处理器作为主控器的呼吸综合征报警器控制系统还具有相当大的一段距离，无论是在功能还是用户使用体验上，都不能最大满足用户的需求。
图1 呼吸综合征检测器
在这一现状下，呼吸综合征报警器控制系统的设计师们意识到只有采用更高性能并且集成度更高的控制器芯片才能够设计出具有突破意义的产品来，因此在二十世纪九十年代当单片机生产技术和使用方法得到大规模的普及之后，各行各业的电子设计师们开始了对单片机系统的开发，其中在呼吸综合征报警器控制系统领域，设计师们将以往的逻辑门电路或者cpld等一些主控器进行剔除，接着将微处理器芯片进行嵌入，通过程序代码的编写和编译并烧写，这样就使得呼吸综合征报警器控制系统具有了一定程度的智能意义，不但能够实现呼吸暂停次数记录、呼吸暂停时间记录、历史数据分析、多途径报警信号发出等智能功能，并且生产设计成本进一步下降，因为它将设计师的思想换算成软件代码并下载到了微处理器芯片中进行对呼吸综合征报警器控制系统中其他模块的驱动，实现具有一定智能化的操作。另外通过单片机等微处理器的嵌入，能够更好的实现呼吸综合征报警器控制系统与用户之间的交互，由于单片机等芯片具有几十个甚至上百个管脚，因此能够实现更多模块的驱动。本次毕业设计就将以C51单片机来作为主控器，设计一款能够突破现有产品性能，改进目前相关产品所存在的普遍缺点，并且能够通过软硬件的不断优化，将控制系统的功耗降到最低。
（二）呼吸综合征报警器系统的国内外发展现状
国内外大多数企业已经普遍掌握了生产制造中高以上性能的呼吸综合征报警器控制系统产品，但一些具有高端性能的呼吸综合征报警器产品只占有很少的比例，这些顶尖技术只有世界上一些少有国家或者研究团队掌握，因此生产成本非常高，导致这些高端产品并不能够在市面上进行普及。许多科研单位和研究小组为了打破这种局面，开始着重开始对呼吸综合征报警器控制系统进行研究，不但在硬件上更在软件上寻找突破口，使用更高性能的传感器和更先进的处理器来构建呼吸综合征报警器系统的整体框架，相信这种少有高端技术垄断的局面在不久的将来很快会被打破。
（三）本文主要研究内容
本文选用了目前在市场上和大学单片机教学中使用最为广泛，并且受到一致好评的51单片机作为主要控制芯片，以此作为核心芯片，设计了一款能够实现对呼吸障碍病人是否呼吸正常进行实时监测、报警以及液晶显示等功能的单片机自动控制系统，通过对硬件系统以及软件系统的构建，轻松地实现了毕业设计初期设立的所有指标和性能，并最终通过Proteus 7.8仿真平台实现了对控制系统的仿真，通过电脑显示器展现了单片机控制系统实际运行中所表现的功能和现象。
1.设计晶振电路以及复位电路，通过与AT89C51单片机芯片的有效搭配，实现51单片机最小系统的设计；
2.通过PVDF压电薄膜式传感器实现对病人呼吸是否出现暂停等危险状况进行实时检测；
3.穿戴好检测设备后，当佩戴者出现10秒以上的呼吸暂停后，系统立即发出报警；
4.系统具有时间显示功能，能够将呼吸暂停的时间记录下来。
5.通过Proteus软件对系统进行仿真测试，并最终制作出一个仿真系统；
一、方案选择及元器件介绍
（一）系统主控核心的选取
本章开始进行硬件相关元器件的选择以及特性描述，其中对于软硬件系统的主控核心是最重要的，因为这将决定最终是否能够实现最终的指标和功能，这主要体现在功能、性价比以及功耗等几个方面，因此本章首先对主控核心即单片机进行选择。
方案一：选择我较为熟悉的Arduino Mega 2560单片机作为本系统的主控核心部分，由于之前在学习51过程中，触及到了一些关于Mega 2560的学习，感受到了Mega 2560单片机的高效性、多资源性以及艺术性，因此对于Mega 2560单片机有着较好的使用体验，所谓高效性指的是Mega 2560高速的数据处理速度以及常用资源都被囊括在了同一片内，因此在硬件设计过程中就无需在外部配置相关的硬件芯片，如AD模数转换器、DA模数转换器等常用器件；多资源性与高效性是一种因果关系，正是因为Mega 2560内部配置了很多常用的模块如AD、DA、IIC、SPI以及UART等模块，才使得拥护能够在极短的时间内开发出自己所需要的产品；而艺术性指的是该系列单片机（Arduino）是由意大利一所艺术类团队设计出来的，之所以要设计这款单片机是为了解决他们在进行艺术设计过程中所面临的一些难题，因此他们在设计这款单片机时或多或少的掺杂了很多艺术成分，如Mega 2560开发板的外观设计、开发环境IDE的界面人机感受等。然而如果将其运用在该系统所带来的难题主要是我目前对该单片机不是非常熟悉，如果遇到难题需要耗费很多的时间去解决。
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