单片机的人体健康检测系统的设计
【摘要】随着时代的进步，科技的发展，人类知识的提高，渐渐地大多数人反而忽略了自己的健康，随着年龄的增大，身体各项指标都有所下降。所以本文以人体健康检测器为研究核心，在主控上使用了51单片机来担任主控核心，以血压传感器，温度传感器为辅，设计了一款能够实现对人体的心跳、血压以及体温测量、液晶显示以及异常报警等功能的人体健康检测器控制系统，在软硬件设计上，以先搭建硬件系统后进行软件程序代码编写的顺序进行设计，本系统突破了目前市面上相关产品的高价格弊端，不但使得成本大大降低，更是将系统的功耗特性以及使用性能大大提升。
目 录
引言 1
（一）研究背景 1
（二）国内外发展现状 1
（三）本文主要研究内容 2
一、系统组成 2
二、单片机介绍 3
三、系统硬件设计 5
（一）最小系统设计 5
（二）血压检测电路设计 6
（三）心率检测电路设计 8
（四）温度检测电路设计 9
（五）显示电路设计 10
（六）报警电路设计 12
四、系统软件设计 12
（一）主程序设计 12
（二）AD转换子程序设计 14
（三）温度传感器子程序设计 16
（四）显示子程序设计 18
结束语 19
参考文献 20
附录一 原理图 21
附录二 源程序 22
致谢 25
引言
（一）研究背景
人体健康检测器控制系统就是指一种内部嵌入单片机等微处理器作为主控芯片，在单片机片外搭配高性能血压检测模块、脉搏检测、体温检测、高精度液晶屏、按键、报警器以及某些无线收发模块，这些系统所表现出的特点往往是以单片机作为核心部分，在软件上以SPI、IIC或者串口等一些典型接口进行相互之间数据收发。本课题将要设计的这种人体健康检测器控制系统主要为了完成心率检测、体温测量、功能设置、报警信号发出以及测量参数显示等功能，能够实现这种功能的系统或者机械结构在很早以前就已经出现了，较早期的人体健康检测器系统在组成上以机械结构占据主要部分，在功能的实现上
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
也主要是以机械结构来实现的，随着电子技术逐渐发展后，设计者将一些简易的电子功能融入到传统人体健康检测器系统中，虽然这些功能在实现难度上非常容易，但是智能功能的加入，使得传统人体健康检测器系统更加具有实用性，使用者在用这种传统人体健康检测器系统时能够得到更高的使用体验感，因此设计者们意识到这一趋势之后，不断将当时较为先进的电子技术和成熟控制技术嵌入到传统人体健康检测器系统内部。在二十世纪后半页半导体技术和单片机技术实现大发展后，传统人体健康检测器系统迎来了发展的新契机，单片机丰富的控制方式和成熟的控制性能得到了设计师的一致好评，这一时机的人体健康检测器系统设计人员纷纷将单片机控制系统进行嵌入，通过将温度传感器、血压传感器等模块的组合，实现了人体健康状况实时快速测量等新型智能功能。上世纪七十年代后期集成传感器技术的成熟为新型人体健康检测器控制系统的发展注入了新鲜的血液，这些外型小巧、测量灵敏的传感器探头往往能够按照被测对象的变化而按规律输出相应能够被测量到的电压/电流信号，通过单片机等微处理器与集成传感器的搭配，是实现更高性能人体健康检测器系统的最佳搭配。
（二）国内外发展现状
人体健康检测器控制系统在我国的研究起步期相对较晚，其开始时间大约可以追溯到二十世纪初，当时单片机控制系统在国内飞速普及后，使得国内一些技术从业人员开始将目光对准了将单片机系统嵌入到人体健康检测器控制系统内部，国内的相关技术人员不断从国外一些先进的成熟系统中进行学习，在此基础上能够实现一些简单的开环控制系统，但是对于人体健康检测器系统的复杂控制，相对于当时国外一些发达国家还有一定的差距。目前国内外对于人体健康检测器控制系统的研究仍旧处于一种热情的状态，由于微处理器技术不断发展，这在很大程度上不断促进人体健康检测器系统向前发展，得益于微处理器的处理速度、处理性能、生产成本以及稳定性的逐渐提升，使得人体健康检测系统也在不断地提高其性价比。
（三）本文主要研究内容
本文在人体健康检测器发展背景的基础上选择了人体健康检测器作为研究课题，考虑到这种控制系统目前的生产成本处于一种较高的位置，使得相关产品的性价比一直上不去，这种现象的关键在于其内部主控芯片以及其他模块的造价昂贵以及开发成本高，因此本文选用了具有超高性价比以及较低功耗的51单片机作为控制系统的主控器件，并结合其他的低价模块，设计一款能够实现自动控制功能的人体健康检测器系统，并实现以下功能。
1.采用C51单片机作为主控器件，并通过C语言进行程序开发；
2. 通过时钟电路以及复位电路的搭建，设计其最小系统电路，实现对ADC0832模数转换器、红外对管、DS18B20温度传感器、BP01血压传感器以及液晶屏等模块的驱动；
3.配置红外对管电路，实现心率的快速测量；
4.配置DS18B20温度传感器电路，实现对人体体温的快速测量；
5.配置BP01血压传感器电路，实现对人体血压的快速测量；具有液晶显示功能。
6.具有正常心率范围设置功能，当心率超过正常范围时，发出报警信号。
7.使用价格低并且显示效果良好的LCD1602液晶屏作为显示模块；
8.采用+5V直流电压进行系统供电。
一、系统组成
通过对人体健康检测器控制系统的功能分析，在主要元器件以及控制芯片被确定后，本文开始对人体健康检测器控制系统的硬件电路结构进行设计，在进行各个模块实际电路的详细设计前，对于系统的总体原理框图的设计是非常有必要的，如下图所示，其中框图中最核心的部分为51单片机部分，其他模块都通过51单片机的驱动或者读取/写入进行工作，相互配合，从而实现系统的总体功能，下面对各模块的主要功能做简要介绍。
其中51单片机与复位和晶振模块一起构建出了最小系统，该系统是整个控制系统的核心部分，其中复位电路的作用是向单片机提供复位电平信号，而晶振模块电路用于向单片机提供时钟脉冲；红外对管模块用于发出红外线，红外线穿过测试者的手指后，通过红外接收管进行接收，并通过模拟电压值大小来反映接收到的红外线强度；比较器模块与红外对管模块输出的模拟电压值进行比较，对其方波脉冲进行整理成有规则的波形；温度传感器采用DS18B20集成模块，用于实现对人体体温的快速测量，并将测量结果送入到单片机内部；血压传感器采用BP01型集成模块，用于实现对人体血压的快速测量，并通过输出直流模拟电压来反应血压的大小；模数转换器的作用是首先对血压传感器输出的直流模拟电压值进行采样，并将采样转换结果以数字信号方式传送入到AT89C51单片机内部；按键用于设定报警阀值;液晶显示模块采用了LCD1602屏幕，通过这款具有32个字符显示能力的液晶屏对系统中的相关参数进行呈现，这就是各模块的主要功能介绍。
目 录
引言 1
（一）研究背景 1
（二）国内外发展现状 1
（三）本文主要研究内容 2
一、系统组成 2
二、单片机介绍 3
三、系统硬件设计 5
（一）最小系统设计 5
（二）血压检测电路设计 6
（三）心率检测电路设计 8
（四）温度检测电路设计 9
（五）显示电路设计 10
（六）报警电路设计 12
四、系统软件设计 12
（一）主程序设计 12
（二）AD转换子程序设计 14
（三）温度传感器子程序设计 16
（四）显示子程序设计 18
结束语 19
参考文献 20
附录一 原理图 21
附录二 源程序 22
致谢 25
引言
（一）研究背景
人体健康检测器控制系统就是指一种内部嵌入单片机等微处理器作为主控芯片，在单片机片外搭配高性能血压检测模块、脉搏检测、体温检测、高精度液晶屏、按键、报警器以及某些无线收发模块，这些系统所表现出的特点往往是以单片机作为核心部分，在软件上以SPI、IIC或者串口等一些典型接口进行相互之间数据收发。本课题将要设计的这种人体健康检测器控制系统主要为了完成心率检测、体温测量、功能设置、报警信号发出以及测量参数显示等功能，能够实现这种功能的系统或者机械结构在很早以前就已经出现了，较早期的人体健康检测器系统在组成上以机械结构占据主要部分，在功能的实现上
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
也主要是以机械结构来实现的，随着电子技术逐渐发展后，设计者将一些简易的电子功能融入到传统人体健康检测器系统中，虽然这些功能在实现难度上非常容易，但是智能功能的加入，使得传统人体健康检测器系统更加具有实用性，使用者在用这种传统人体健康检测器系统时能够得到更高的使用体验感，因此设计者们意识到这一趋势之后，不断将当时较为先进的电子技术和成熟控制技术嵌入到传统人体健康检测器系统内部。在二十世纪后半页半导体技术和单片机技术实现大发展后，传统人体健康检测器系统迎来了发展的新契机，单片机丰富的控制方式和成熟的控制性能得到了设计师的一致好评，这一时机的人体健康检测器系统设计人员纷纷将单片机控制系统进行嵌入，通过将温度传感器、血压传感器等模块的组合，实现了人体健康状况实时快速测量等新型智能功能。上世纪七十年代后期集成传感器技术的成熟为新型人体健康检测器控制系统的发展注入了新鲜的血液，这些外型小巧、测量灵敏的传感器探头往往能够按照被测对象的变化而按规律输出相应能够被测量到的电压/电流信号，通过单片机等微处理器与集成传感器的搭配，是实现更高性能人体健康检测器系统的最佳搭配。
（二）国内外发展现状
人体健康检测器控制系统在我国的研究起步期相对较晚，其开始时间大约可以追溯到二十世纪初，当时单片机控制系统在国内飞速普及后，使得国内一些技术从业人员开始将目光对准了将单片机系统嵌入到人体健康检测器控制系统内部，国内的相关技术人员不断从国外一些先进的成熟系统中进行学习，在此基础上能够实现一些简单的开环控制系统，但是对于人体健康检测器系统的复杂控制，相对于当时国外一些发达国家还有一定的差距。目前国内外对于人体健康检测器控制系统的研究仍旧处于一种热情的状态，由于微处理器技术不断发展，这在很大程度上不断促进人体健康检测器系统向前发展，得益于微处理器的处理速度、处理性能、生产成本以及稳定性的逐渐提升，使得人体健康检测系统也在不断地提高其性价比。
（三）本文主要研究内容
本文在人体健康检测器发展背景的基础上选择了人体健康检测器作为研究课题，考虑到这种控制系统目前的生产成本处于一种较高的位置，使得相关产品的性价比一直上不去，这种现象的关键在于其内部主控芯片以及其他模块的造价昂贵以及开发成本高，因此本文选用了具有超高性价比以及较低功耗的51单片机作为控制系统的主控器件，并结合其他的低价模块，设计一款能够实现自动控制功能的人体健康检测器系统，并实现以下功能。
1.采用C51单片机作为主控器件，并通过C语言进行程序开发；
2. 通过时钟电路以及复位电路的搭建，设计其最小系统电路，实现对ADC0832模数转换器、红外对管、DS18B20温度传感器、BP01血压传感器以及液晶屏等模块的驱动；
3.配置红外对管电路，实现心率的快速测量；
4.配置DS18B20温度传感器电路，实现对人体体温的快速测量；
5.配置BP01血压传感器电路，实现对人体血压的快速测量；具有液晶显示功能。
6.具有正常心率范围设置功能，当心率超过正常范围时，发出报警信号。
7.使用价格低并且显示效果良好的LCD1602液晶屏作为显示模块；
8.采用+5V直流电压进行系统供电。
一、系统组成
通过对人体健康检测器控制系统的功能分析，在主要元器件以及控制芯片被确定后，本文开始对人体健康检测器控制系统的硬件电路结构进行设计，在进行各个模块实际电路的详细设计前，对于系统的总体原理框图的设计是非常有必要的，如下图所示，其中框图中最核心的部分为51单片机部分，其他模块都通过51单片机的驱动或者读取/写入进行工作，相互配合，从而实现系统的总体功能，下面对各模块的主要功能做简要介绍。
其中51单片机与复位和晶振模块一起构建出了最小系统，该系统是整个控制系统的核心部分，其中复位电路的作用是向单片机提供复位电平信号，而晶振模块电路用于向单片机提供时钟脉冲；红外对管模块用于发出红外线，红外线穿过测试者的手指后，通过红外接收管进行接收，并通过模拟电压值大小来反映接收到的红外线强度；比较器模块与红外对管模块输出的模拟电压值进行比较，对其方波脉冲进行整理成有规则的波形；温度传感器采用DS18B20集成模块，用于实现对人体体温的快速测量，并将测量结果送入到单片机内部；血压传感器采用BP01型集成模块，用于实现对人体血压的快速测量，并通过输出直流模拟电压来反应血压的大小；模数转换器的作用是首先对血压传感器输出的直流模拟电压值进行采样，并将采样转换结果以数字信号方式传送入到AT89C51单片机内部；按键用于设定报警阀值;液晶显示模块采用了LCD1602屏幕，通过这款具有32个字符显示能力的液晶屏对系统中的相关参数进行呈现，这就是各模块的主要功能介绍。
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