GSM系统心率异常警报器的设计毕业论文
【KEY WORD]: AT89S51 monolithic integrated circuit, infrared sensor, data acquisition, alarm circuit, GSM. 目 录
一、 绪论 1
二、心率异常警报器的工作原理简介 1
（一）常见的几种脉搏传感器介绍 1
1.光电容积脉搏波法 2
2. 压阻式脉搏传感器 2
3.光电式脉搏传感器 2
（二）光电式脉搏传感器主要电路原理及设计原理 2
三、硬件系统设计 3
（一）系统结构图 3
（二）GSM系统模块设计 4
（三）红外对管减震电路设计 5
（四）放大器电路设计 6
（五）比较器电路设计 7
（六）LCD1602显示器电路设计 8
（七）按键电路设计 8
四、 软件方案设计 9
（一）主程序工作流程图 9
（二）中断程序流程图 11
（三）单片机和GSM系统的工作流程图设计 13
（四）LCD1602液晶屏子程序流程图设计 13
五、模拟仿真调试 15
六、总结与展望 16
参考文献 17
附件一： 19
一、绪论
随着科学技术的普遍发展，在很多场合要求操作更加迅捷，因此感应与无线控制传输技术应运而生，而远程无线遥控器是目前远程控制的主流，具有距离远，方便快捷和节约能源等显著优点，远程控制传输器结合三者的优点，是一种非常有发展前途的远程控制技术。
对于脉搏感应测量仪的设计，必须是通过采集人体脉搏变 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
化引起的一些生物信号，然后把生物信号转化为物理信号，使得这些变化的物理信号能够表达人体的脉搏变化，最后要得出每分钟的脉搏次数，就需要通过相应的硬件电路及芯片来处理物理变化并存储脉搏次数。在硬件设计中一般的物理信号就是电压变化。
最近几年，越来越多的人开始关心心率和身体健康的问题，因此对于心率的问题也有了一定的深入研究。
早在二十一世纪初期，美国迈欧集团就已经开始了运动健康心率表的研究，现在已成功研制出与芬兰博能心率表想媲美的迈欧心率表，并且是全球仅有的无胸带仪器，也由此成为了最大的销售心率器的集团，到了2010年，广西纺织科技技术学院也进行了心率测试衣的研究与分析，包括了数据分析和信号在测试衣内的高速运转和计算；2014年年初重庆医科大学也开始了心率恢复可预测心血管疾病的死亡率的研究，通过心率恢复情况监测病人的身体状况。同时，国外也在时刻关注心率问题，英国普莱塞半导体（Plessey Semiconductors）与诺丁汉特伦特大学共同提出利用电容式传感器测量驾驶员心脏信号；2014年5月北华航天工业学院周中寒，吴兴元，陶明建共同设计出了51系统的心率异常报警器，其主要研究内容就是利用单片机STC15F2K61S2系统完成信号输入，对比及报警。
本课题的提出是基于本人在中国人寿保险股份有限公司的岗位的相关的工作经验。主要研究感应信号传输的硬件设计、软件设计与测试。硬件部分主要包括电源模块、信息传递控制模块、数字信号处理模块、远程无线遥控模块；软件部分主要是无线电的信号传输，传感器的信号输入与输出；远程无线信息的输入与输出；自动报警信号的传递；测试部分主要研究传感器异常是的信息是否传递正确：如脉搏跳动过快或过慢时与正常跳动的对比，调试实现以下功能：当用户独自一人时，可把报警系统设置在控制状态，电子传感器工作，当心率超出正常值范围时，红外传感器将检测到用户心率状况，设置在用户手腕上的电子传感器将脉搏跳动的物理信号变换成电信号，经放大电路、比较电路送至对比电路，经单片机处理运算后驱动手机GSM 系统发送报警信息到指定号码。
二、心率异常警报器的工作原理简介
（一）常见的几种脉搏传感器介绍
常见的脉搏传感器测试方法主要有：光电容积脉搏波法，压阻式脉搏传感器，应变式脉搏传感器等，不同的脉搏传感器有不同的工作原理，简单的介绍其中最常见的三种光电容积脉搏波法、压阻式脉搏传感器测试法和光电式脉搏传感器测试法。
1.光电容积脉搏波法
光电容积法主要是根据血液容积的脉动性变化测试心率功能及异常，检测心血管和微循环的重要信息同时用超声的方法进行动脉的动脉研究。其基本原理是：光源于光电接收器组成的探头与皮肤相接触，光束将会反射会接收器，并由接收器分析采集的信息。
2. 压阻式脉搏传感器
实际的研究中，发现一种基于对压阻式压力传感器薄膜表面应力的有限元分析(FEA)和路径积分的仿真方法。通过这一方法实现了在满量程范围内不同压力值下对传感器电压输出值的精确估计，在此基础上对压力传感器的灵敏度和线性度进行了有效仿真。
微压传感器发展迅速，新研制出的一类传感器采用压电单晶片结构，并内置前置放大器，通过放大器放大微弱信号并实现阻抗变换，从而使传感器具有量程小、灵敏度高、抗干扰性好等特点。这类传感器已广泛用于脉搏、管壁压力波动等微小信号的检测。
3.光电式脉搏传感器
传感器是红外以其透镜始点，向四周散发120度，长3厘米的圆锥形的探测区域，在这区域内，只要是会产生动能的物体在区域内活动，其散发的动能将被吸收放大并且最终转化为物理信号，这就是光电式脉搏传感器的原理。
光电式脉搏传感器是近年发展起来的一种新型高灵敏度探测组件，是一种能检测人体发出的动能而转换成电信号的一种传感器。它能组成感应报警器或各种智能化调节的节能装置。它能以接触形式检测出人体发出的运动的能量的变化，并将其转换成电压信号输出，将这个电压信号加以放大，便可智能驱动各种控制及报警电路。
（二）光电式脉搏传感器主要电路原理及设计原理
图2-1光电式脉搏传感器原理图
本设计所用的光电式感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如下图所示, 在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压组件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平，如图2-1所示。
光电式脉搏传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于动能输出的是物理信号，并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电压形式，该电阻阻抗高达104MΩ，故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式，即源极跟随器来完成阻抗变换。
光电式脉搏传感器由传感探测元、干涉过滤片和场效应管匹配器三部分组成。本设计由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。
光电式传感器主要是由一种高热电系数制成的探测组件，在每个探测器内装入一个或两个探测组件，并将两个探测组件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测组件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。
图3-1 系统设计原理框图
（二）GSM系统模块设计
(a)
(b)
一、 绪论 1
二、心率异常警报器的工作原理简介 1
（一）常见的几种脉搏传感器介绍 1
1.光电容积脉搏波法 2
2. 压阻式脉搏传感器 2
3.光电式脉搏传感器 2
（二）光电式脉搏传感器主要电路原理及设计原理 2
三、硬件系统设计 3
（一）系统结构图 3
（二）GSM系统模块设计 4
（三）红外对管减震电路设计 5
（四）放大器电路设计 6
（五）比较器电路设计 7
（六）LCD1602显示器电路设计 8
（七）按键电路设计 8
四、 软件方案设计 9
（一）主程序工作流程图 9
（二）中断程序流程图 11
（三）单片机和GSM系统的工作流程图设计 13
（四）LCD1602液晶屏子程序流程图设计 13
五、模拟仿真调试 15
六、总结与展望 16
参考文献 17
附件一： 19
一、绪论
随着科学技术的普遍发展，在很多场合要求操作更加迅捷，因此感应与无线控制传输技术应运而生，而远程无线遥控器是目前远程控制的主流，具有距离远，方便快捷和节约能源等显著优点，远程控制传输器结合三者的优点，是一种非常有发展前途的远程控制技术。
对于脉搏感应测量仪的设计，必须是通过采集人体脉搏变 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
化引起的一些生物信号，然后把生物信号转化为物理信号，使得这些变化的物理信号能够表达人体的脉搏变化，最后要得出每分钟的脉搏次数，就需要通过相应的硬件电路及芯片来处理物理变化并存储脉搏次数。在硬件设计中一般的物理信号就是电压变化。
最近几年，越来越多的人开始关心心率和身体健康的问题，因此对于心率的问题也有了一定的深入研究。
早在二十一世纪初期，美国迈欧集团就已经开始了运动健康心率表的研究，现在已成功研制出与芬兰博能心率表想媲美的迈欧心率表，并且是全球仅有的无胸带仪器，也由此成为了最大的销售心率器的集团，到了2010年，广西纺织科技技术学院也进行了心率测试衣的研究与分析，包括了数据分析和信号在测试衣内的高速运转和计算；2014年年初重庆医科大学也开始了心率恢复可预测心血管疾病的死亡率的研究，通过心率恢复情况监测病人的身体状况。同时，国外也在时刻关注心率问题，英国普莱塞半导体（Plessey Semiconductors）与诺丁汉特伦特大学共同提出利用电容式传感器测量驾驶员心脏信号；2014年5月北华航天工业学院周中寒，吴兴元，陶明建共同设计出了51系统的心率异常报警器，其主要研究内容就是利用单片机STC15F2K61S2系统完成信号输入，对比及报警。
本课题的提出是基于本人在中国人寿保险股份有限公司的岗位的相关的工作经验。主要研究感应信号传输的硬件设计、软件设计与测试。硬件部分主要包括电源模块、信息传递控制模块、数字信号处理模块、远程无线遥控模块；软件部分主要是无线电的信号传输，传感器的信号输入与输出；远程无线信息的输入与输出；自动报警信号的传递；测试部分主要研究传感器异常是的信息是否传递正确：如脉搏跳动过快或过慢时与正常跳动的对比，调试实现以下功能：当用户独自一人时，可把报警系统设置在控制状态，电子传感器工作，当心率超出正常值范围时，红外传感器将检测到用户心率状况，设置在用户手腕上的电子传感器将脉搏跳动的物理信号变换成电信号，经放大电路、比较电路送至对比电路，经单片机处理运算后驱动手机GSM 系统发送报警信息到指定号码。
二、心率异常警报器的工作原理简介
（一）常见的几种脉搏传感器介绍
常见的脉搏传感器测试方法主要有：光电容积脉搏波法，压阻式脉搏传感器，应变式脉搏传感器等，不同的脉搏传感器有不同的工作原理，简单的介绍其中最常见的三种光电容积脉搏波法、压阻式脉搏传感器测试法和光电式脉搏传感器测试法。
1.光电容积脉搏波法
光电容积法主要是根据血液容积的脉动性变化测试心率功能及异常，检测心血管和微循环的重要信息同时用超声的方法进行动脉的动脉研究。其基本原理是：光源于光电接收器组成的探头与皮肤相接触，光束将会反射会接收器，并由接收器分析采集的信息。
2. 压阻式脉搏传感器
实际的研究中，发现一种基于对压阻式压力传感器薄膜表面应力的有限元分析(FEA)和路径积分的仿真方法。通过这一方法实现了在满量程范围内不同压力值下对传感器电压输出值的精确估计，在此基础上对压力传感器的灵敏度和线性度进行了有效仿真。
微压传感器发展迅速，新研制出的一类传感器采用压电单晶片结构，并内置前置放大器，通过放大器放大微弱信号并实现阻抗变换，从而使传感器具有量程小、灵敏度高、抗干扰性好等特点。这类传感器已广泛用于脉搏、管壁压力波动等微小信号的检测。
3.光电式脉搏传感器
传感器是红外以其透镜始点，向四周散发120度，长3厘米的圆锥形的探测区域，在这区域内，只要是会产生动能的物体在区域内活动，其散发的动能将被吸收放大并且最终转化为物理信号，这就是光电式脉搏传感器的原理。
光电式脉搏传感器是近年发展起来的一种新型高灵敏度探测组件，是一种能检测人体发出的动能而转换成电信号的一种传感器。它能组成感应报警器或各种智能化调节的节能装置。它能以接触形式检测出人体发出的运动的能量的变化，并将其转换成电压信号输出，将这个电压信号加以放大，便可智能驱动各种控制及报警电路。
（二）光电式脉搏传感器主要电路原理及设计原理
图2-1光电式脉搏传感器原理图
本设计所用的光电式感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如下图所示, 在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压组件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平，如图2-1所示。
光电式脉搏传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于动能输出的是物理信号，并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电压形式，该电阻阻抗高达104MΩ，故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式，即源极跟随器来完成阻抗变换。
光电式脉搏传感器由传感探测元、干涉过滤片和场效应管匹配器三部分组成。本设计由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。
光电式传感器主要是由一种高热电系数制成的探测组件，在每个探测器内装入一个或两个探测组件，并将两个探测组件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测组件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。
图3-1 系统设计原理框图
（二）GSM系统模块设计
(a)
(b)
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