人体生理参数穿戴式监测系统软件设计
近年来，由于我国经济水平的不断提高，越来越多的人被冠心病、心血管疾病等困扰，而且这些疾病有向年轻化发展的趋势，我国越来越越多的人群饱受着心血管疾病的折磨。而且由于这类疾病发病速度比较迅疾，难以防范，所以造成的后果非常严重。目前我们医院的心血管检查和监测的器械都过于庞大笨重，不适用于患者进行实时的监测，而且这些设备的使用费用十分昂贵，许多患者家庭都难以承受，因此，如何能够设计出一款既小巧简单实用携带方便且能实时监护，又经济实惠的生理监测系统，成为了我们思考的问题。为了解决以上问题，我们设计了一款人体生理穿戴式监测系统，该系统以单片机为核心，利用PCF8591芯片对数据进行模拟，可以得到体温、心率、血压、血氧饱和度这四种生理参数，同时将数据存储到SD卡内，再通过与PC连接，对记录的数据进行分析比较。我们用DS18B20作为体温测量模块，用光电二极管作为血氧饱和度测量模块，用压力传感器作为心率测量模，而血压由于技术的限制，我们采用模拟的方式获得。以此方案设计，我们达到了预期的效果，基本实现了监测的功能。关键词 单片机，PC机, 传感器，MAX30100
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2研究意义 1
1.3 国内外研究现状与发展趋势 2
1.4 本课题设计方案简介 3
2 总体设计 4
2.1概述 4
2.2 研究内容分析 4
3 开发工具及设计 6
3.1 开发工具 6
3.2 PC机与下位机通讯简介 9
3.3 通信协议 10
3.4生理参数算法设计 11
3.5系统软件设计思路 11
4 下位机系统功能模块设计 12
4.1 MCU模块 12
4.2 外围电路 13
4.3 参数测量与采集模块 14
4.4 SD卡存储模块 26
5上位机部分 27
5.1系统主流程 27
5.2界面与系统设计 28
5.3系统仿真 28
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
附录1：原理图 33
附录1：部分代码 34
1 绪论
1．1 研究背景
现代社会，我国经济发展的越来越好，人民大众夜越来越富有，而随着这些因素的增加，进入亚健康状态的人数在不断增加，人们会患上各种各样的疾病，而心血管疾病首当其冲，是最严重也发病率最高的疾病。当前患者能够使用的生理数据监护仪，没有一个合适的体积，价钱也较高，且大部分只能给医院使用。从前的的大型医疗监测仪器过于庞大和难懂，对于使用者来说是一个巨大的难题。因此我们的科研人员将会设计更加微型更加智能的方向发展。我们医疗仪器所要研讨的问题一定会是穿戴式和移动式的医疗器械。为了能让患者得到更好的身体生理参数的监护，我们决定尝试制作出一种可以穿戴的可实时监测生理数据的系统。这个系统非常适合我们普通人群，因为它体积不大，使用方法不难，还有很多功能，使患者对自身的各种情况有细致的了解。
1.2研究意义
我国采取一系列经济政策，是的经济有了长足进步，人们吃的穿的都越来越好，致使心血管疾病也越来越多发，我们人类越来越多的患心血管疾病，当前心血管疾病的发病状况对于我国人民来说也相当严峻。相关调查报告报道，目前中国越来越多的人患上心血管疾病，而且以每天9000多人的速度死亡，死亡的速度与死亡的人数都相当之大，而且成年人之中患病的比例相当大，达到20% 。大约会有350多万人会因为心血管疾病死亡，是疾病致死率最高的一种疾病，我国每年的死亡人数有41%是因为心血管疾病[1]。如再不注意心血管健康，心血管疾病将给我们带来巨大损失，所以，我们要对心血管疾病加以重视。但是目前的生命监测仪器都太过庞大笨重，而且只适用于医院，普通人群不能携带在身边进行实时监护，但是心血管疾病发病速度相当快，一旦发病，病人迅速就有生命危险，因此，能够为病人提供实时监护的生理监测仪器将十分重要。依据当前严峻的形势，我们将研发出一套可以为人提供实时生理数据监测的穿戴式监测系统，该系统具有体积小、易于携带使用、经济实惠、且不影响正常的工作学习的特点，能让使用者随时知道自己的生理参数和身体状况，实现对心血管系统功的监测，从而达到对饮血管疾病的预防监测，降低心血管疾病的死亡率，减少居民的家庭损失与国家的经济损失。
1.3国内外研究现状与发展趋势
早在20世纪的8090年代，科学技术有了长足的发展，计算机技术越来越成熟，许多来自北美的科学家都在研究可穿戴胜利参数监测系统，取得了一些成果，其中麻省理工学院、多伦多大学等为可穿戴式计算机做出了巨大贡献。
上个世纪90年代的末期，我国也开始研究可穿戴式计算机方面的理论，其中哈尔滨工业大学、电子科技大学、重庆大学和哈尔滨工业大学率先进行了研究。但是我们国家在可穿戴生理参数监测系统方面的研究还很落后，与外国的差距也相当之大，我们要不断努力，取得先进的成果。
外国的有研究人员一直在孜孜不倦地研究这一领域的知识，这个系统包含了血氧饱和度、心率、血压等人体生理参数的测量模块，它是由中央控制，并且能够实现无线发射。外国在这方面取得了相当大的成果，尤其是My Heart 和Code Blue这两个系统，是相当的先进。
Code Blue 系统的尺寸相当小，而且它的功耗也相当之低，这就节约了成本，并且它能够检测的生理参数也有很多，对我们了解自身的生理状况有很大的好处。他的显示也很方便，可以在电脑或者移动设备上显示，这就给使用者带来了很大的实用性，假如测得的数据有异常的话，设备里面的蜂鸣器报警模块就会进行报警。
My Heart 系统把电极与衣服结合在了一起，把传感器测量模块和都放到了穿戴衣内部，让使用者使用起来方便舒适。这个系统能够让我们心率、血氧饱和度这些生理参数被实时监测，让我们防患于未然 。为了能够让我国在这一方面的研究能够有长足的进展，我国的许多科研人员呕心沥血，他们使用Zig Bee技术，制作出了可穿戴的监测生理数据的系统，这个系统能够使用传感器采集患有心血管疾病的生理参数，再将这些数据进行处理，处理之后再把它们传输到无线模块，最后利用Zig Bee传输协议在显示界面显示[2]。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2研究意义 1
1.3 国内外研究现状与发展趋势 2
1.4 本课题设计方案简介 3
2 总体设计 4
2.1概述 4
2.2 研究内容分析 4
3 开发工具及设计 6
3.1 开发工具 6
3.2 PC机与下位机通讯简介 9
3.3 通信协议 10
3.4生理参数算法设计 11
3.5系统软件设计思路 11
4 下位机系统功能模块设计 12
4.1 MCU模块 12
4.2 外围电路 13
4.3 参数测量与采集模块 14
4.4 SD卡存储模块 26
5上位机部分 27
5.1系统主流程 27
5.2界面与系统设计 28
5.3系统仿真 28
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
附录1：原理图 33
附录1：部分代码 34
1 绪论
1．1 研究背景
现代社会，我国经济发展的越来越好，人民大众夜越来越富有，而随着这些因素的增加，进入亚健康状态的人数在不断增加，人们会患上各种各样的疾病，而心血管疾病首当其冲，是最严重也发病率最高的疾病。当前患者能够使用的生理数据监护仪，没有一个合适的体积，价钱也较高，且大部分只能给医院使用。从前的的大型医疗监测仪器过于庞大和难懂，对于使用者来说是一个巨大的难题。因此我们的科研人员将会设计更加微型更加智能的方向发展。我们医疗仪器所要研讨的问题一定会是穿戴式和移动式的医疗器械。为了能让患者得到更好的身体生理参数的监护，我们决定尝试制作出一种可以穿戴的可实时监测生理数据的系统。这个系统非常适合我们普通人群，因为它体积不大，使用方法不难，还有很多功能，使患者对自身的各种情况有细致的了解。
1.2研究意义
我国采取一系列经济政策，是的经济有了长足进步，人们吃的穿的都越来越好，致使心血管疾病也越来越多发，我们人类越来越多的患心血管疾病，当前心血管疾病的发病状况对于我国人民来说也相当严峻。相关调查报告报道，目前中国越来越多的人患上心血管疾病，而且以每天9000多人的速度死亡，死亡的速度与死亡的人数都相当之大，而且成年人之中患病的比例相当大，达到20% 。大约会有350多万人会因为心血管疾病死亡，是疾病致死率最高的一种疾病，我国每年的死亡人数有41%是因为心血管疾病[1]。如再不注意心血管健康，心血管疾病将给我们带来巨大损失，所以，我们要对心血管疾病加以重视。但是目前的生命监测仪器都太过庞大笨重，而且只适用于医院，普通人群不能携带在身边进行实时监护，但是心血管疾病发病速度相当快，一旦发病，病人迅速就有生命危险，因此，能够为病人提供实时监护的生理监测仪器将十分重要。依据当前严峻的形势，我们将研发出一套可以为人提供实时生理数据监测的穿戴式监测系统，该系统具有体积小、易于携带使用、经济实惠、且不影响正常的工作学习的特点，能让使用者随时知道自己的生理参数和身体状况，实现对心血管系统功的监测，从而达到对饮血管疾病的预防监测，降低心血管疾病的死亡率，减少居民的家庭损失与国家的经济损失。
1.3国内外研究现状与发展趋势
早在20世纪的8090年代，科学技术有了长足的发展，计算机技术越来越成熟，许多来自北美的科学家都在研究可穿戴胜利参数监测系统，取得了一些成果，其中麻省理工学院、多伦多大学等为可穿戴式计算机做出了巨大贡献。
上个世纪90年代的末期，我国也开始研究可穿戴式计算机方面的理论，其中哈尔滨工业大学、电子科技大学、重庆大学和哈尔滨工业大学率先进行了研究。但是我们国家在可穿戴生理参数监测系统方面的研究还很落后，与外国的差距也相当之大，我们要不断努力，取得先进的成果。
外国的有研究人员一直在孜孜不倦地研究这一领域的知识，这个系统包含了血氧饱和度、心率、血压等人体生理参数的测量模块，它是由中央控制，并且能够实现无线发射。外国在这方面取得了相当大的成果，尤其是My Heart 和Code Blue这两个系统，是相当的先进。
Code Blue 系统的尺寸相当小，而且它的功耗也相当之低，这就节约了成本，并且它能够检测的生理参数也有很多，对我们了解自身的生理状况有很大的好处。他的显示也很方便，可以在电脑或者移动设备上显示，这就给使用者带来了很大的实用性，假如测得的数据有异常的话，设备里面的蜂鸣器报警模块就会进行报警。
My Heart 系统把电极与衣服结合在了一起，把传感器测量模块和都放到了穿戴衣内部，让使用者使用起来方便舒适。这个系统能够让我们心率、血氧饱和度这些生理参数被实时监测，让我们防患于未然 。为了能够让我国在这一方面的研究能够有长足的进展，我国的许多科研人员呕心沥血，他们使用Zig Bee技术，制作出了可穿戴的监测生理数据的系统，这个系统能够使用传感器采集患有心血管疾病的生理参数，再将这些数据进行处理，处理之后再把它们传输到无线模块，最后利用Zig Bee传输协议在显示界面显示[2]。
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