人体生理参数穿戴式监测系统硬件设计
随着社会的发展和人们生活质量的提高，健康意识的逐渐加强，人们开始日益关注自己的身体健康。相应的他们对健康状况的来源不在局限于传统而单一的医院检查了。健康问题已经成为人们关注的焦点，人体生理参数穿戴式监测系统的研究将是下阶段人类研究的重要课题。穿戴式监护系统不在局限于传统医疗监护系统的有线方式、布线复杂、体积笨重等缺点。相对于传统监测设备，穿戴式监测系统低生理、心理负荷技术，它具有体积小、成本低、功耗小、携带方便等突出特点。本设计的人体生理参数穿戴系统方案是以AT89C51为核心控制的一个集数据采集分析、模拟、显示、报警、存储并分析的系统，以此实现人们对自己生理参数的了解和长期变化。其工作原理是通过传感器模块完成数据的采集，单片机的处理将人体的体温、心率、血氧、血压这些生理参数测量出并且在LCD显示屏上显示，在超过限定值时发出警报，SD卡将数据存储。在PC机部分通过对这些大量数据来绘制图表，长期的图表分析可以看出人的身体健康状况。关键词 穿戴式监测系统、生理参数、传感器
目 录
1 引 言 1
1．1 研究背景 1
1．2 研究意义 1
1. 3 国内外发展状况 2
1．4 课题的主要研究内容 4
2 生理参数监测系统硬件设计 4
2．1 主控模块硬件设计 4
2．2 器件选型 5
2．3 相关生理参数测量方法 10
3 系统硬件关键元件简介 12
3. 1 传感器简介 12
3. 2 52单片机简介 17
3. 3 外围电路设计 18
3. 4 PC机部分 23
3. 5 关键元件通讯方式 24
4 硬件制作 27
4. 1 焊接及注意 27
4. 2 成果功能说明 28
5 测试与结果分析 29
5. 1 分模块测试 29
5. 2 测试结果 30
5. 3 KEIL软件仿真 30
5. 4 Proteus软件仿真 31
结 论 33
致 谢 34
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
/> 参考 文献 35
附录 1：软件仿真原理图 36
附录 2：硬件原理图 37
附录 3：PCB电路板 38
1 引言
1.1研究背景
21世纪技术在飞速发展与变迁，科学技术信息瞬息万变，人们工作生活的压力也渐渐变大，节奏很快。伴随而来的问题就是亚健康人口的规模日益扩大，他们的健康状况需要得到关注与重视，常规的大医院体检已经不能够满足人们日益增长的健康需求了，他们需要一种能够实时监测自身各项生理健康指标的仪器来满足这一需求。
21世纪同时也是人口老龄化的时代，中国是一个较早就进入老龄化社会的发展中国家。在我国有着全世界最多的老龄人口，新的社会矛盾与压力也就随之而来了，老龄化问题成了对经济和社会的发展新的挑战。为了建立完善的社会服务体系来缓解养老、医疗等社会保障压力[1]；为了满足老年人口的生活需求，我们不仅仅要注重在社会保障体系方面的发展，也要对医疗体系、手段进行全方位的改进。传统的大型医疗设备已经不能满足这个时代了，医疗器械需要克服时间与空间的阻碍。随着科技的进步和嵌入式产品迅速发展，智能可穿戴设备开始进入人们的视线中，人们开始慢慢接受这种科技前沿的产品，因此对可穿戴计算技术的应用研究已经成为科学家团队进军的主要方向。这种趋势让我们不得不重新思考人和计算机之间的关系，进而衍生出当代人类所要追求的理念（以人为本）和新的人机之间关系的变革。所以智能可穿戴设备的发展洪流必将向着智能、微型和个性这几方面前进。因此能够穿戴的移动式的医疗监测器械比将会成为医疗仪器方面的研究热点。
1.2研究意义
在20世纪的60年代，在北美洲一个赌场里赌徒们利用小巧的摄像头、对讲机等机器来谋取利益。这给我们带来了 一个信息，那就是从那时开始人们就已不满足于将计算机放在桌面上那种人机分离的状态，有人已经开始思考如何让人机结合得更加紧密。然而目前，可穿戴式计算机还没有明确的定义，多伦多大学的Steve Mann将可穿戴式计算机归纳总结出六个属性和三个操作模式：三个操作模式是持续、增强、介入；六个属性是交流性、非独占性、可控制性、非限制性、环境感知性和客观性。
可穿戴监测设备的使用就是增强人体局部功能与辅助，让微信计算机与人体生理特征监测结合起来，可以用于老年人监护领域、运动健身和健康医疗等方面。可穿戴监护设备具有可移动性、可穿戴性、可交互性轻便、价格低廉、可长期佩戴等特点，渐渐的进入人们的生活中。在未来的日子里，伴随着医用监护设备的低成本化和穿戴式设备的普遍应用，人们可以将特定时间段的生理数据（包括体温、心率、血压、血氧等）通过各种方式上传到数据库中，经过对这些生理参数的数据分析来得到各自的健康评价[2]。以此来达到对自身健康状况的了解，有利于养成健康生活和科学运动的好习惯。特别是对于老年人群体疾病的预防，出院后病人复健情况的了解有着不可替代的作用。因此能够使得用户不再局限于时间与地点，研究人员以及用户都越来越热衷于不去医院做检查也能够随时了解自身健康状况的生理参数监测系统。
1.3国内外发展状况
伴随着全球智能可穿戴设备市场的渐渐发展，中国市场也迅速开拓，由于老龄化人口等因素中国市场逐渐成长为全球性的智能可穿戴设备市场核心。智能穿戴技术作为前沿的科技朝阳产业，它已经开始融入到健身、安全、医疗等众多领域，在未来将是可移动智能产品发展的主流，能够改变人们的生活方式。这个新兴产业因为庞大的成长空间因而它的发展前景一片光明。
智能可穿戴设备是一项通过微型计算机来解放人类双手设双眼的颠覆性技术。很多的国际性大公司例如三星、微软、苹果、谷歌、索尼等都争相加入到这个行列中来，在全新的领域去探索研究[3]。
在国外，曾闻名一时的Jawbone 公司发布过一款智能健康手环Jawbone Up手环，这个手环可以监测和记录用户在呼吸、心率睡眠等多个面的生理参数。而要实现这些生理参数记录的方法非常简单方便，使用者只需要将Jawbone Up手环戴在手上，手环内部的微型计算机就会启动，并且记录下由于运动引起的体温、心率甚至是消耗的卡路里状况。举个例子，每当用户开始运动的时候，Jawbone Up手环就能够不间断的记录下运动总的步数和每次运动消耗的卡路里。手环也可以实时监控心率、血压等指标，当运动负荷最大时会自动震动警报。而这些运动时的生理参数，用户只要将Jawbone Up手环与手机相连接，就可以将内部芯片记录的运动数据传输到用户的手机App里。每天运动的数据都会保存在手环里因此每几天传输一次就可以了。
虽然智能可穿戴设备在世界各地都很受欢迎，但是这个领域依旧处于发展的初级阶段，产业链、商业模式都还有没有一个基本的雏形。目前主要存在以下几个问题：
目 录
1 引 言 1
1．1 研究背景 1
1．2 研究意义 1
1. 3 国内外发展状况 2
1．4 课题的主要研究内容 4
2 生理参数监测系统硬件设计 4
2．1 主控模块硬件设计 4
2．2 器件选型 5
2．3 相关生理参数测量方法 10
3 系统硬件关键元件简介 12
3. 1 传感器简介 12
3. 2 52单片机简介 17
3. 3 外围电路设计 18
3. 4 PC机部分 23
3. 5 关键元件通讯方式 24
4 硬件制作 27
4. 1 焊接及注意 27
4. 2 成果功能说明 28
5 测试与结果分析 29
5. 1 分模块测试 29
5. 2 测试结果 30
5. 3 KEIL软件仿真 30
5. 4 Proteus软件仿真 31
结 论 33
致 谢 34
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
/> 参考 文献 35
附录 1：软件仿真原理图 36
附录 2：硬件原理图 37
附录 3：PCB电路板 38
1 引言
1.1研究背景
21世纪技术在飞速发展与变迁，科学技术信息瞬息万变，人们工作生活的压力也渐渐变大，节奏很快。伴随而来的问题就是亚健康人口的规模日益扩大，他们的健康状况需要得到关注与重视，常规的大医院体检已经不能够满足人们日益增长的健康需求了，他们需要一种能够实时监测自身各项生理健康指标的仪器来满足这一需求。
21世纪同时也是人口老龄化的时代，中国是一个较早就进入老龄化社会的发展中国家。在我国有着全世界最多的老龄人口，新的社会矛盾与压力也就随之而来了，老龄化问题成了对经济和社会的发展新的挑战。为了建立完善的社会服务体系来缓解养老、医疗等社会保障压力[1]；为了满足老年人口的生活需求，我们不仅仅要注重在社会保障体系方面的发展，也要对医疗体系、手段进行全方位的改进。传统的大型医疗设备已经不能满足这个时代了，医疗器械需要克服时间与空间的阻碍。随着科技的进步和嵌入式产品迅速发展，智能可穿戴设备开始进入人们的视线中，人们开始慢慢接受这种科技前沿的产品，因此对可穿戴计算技术的应用研究已经成为科学家团队进军的主要方向。这种趋势让我们不得不重新思考人和计算机之间的关系，进而衍生出当代人类所要追求的理念（以人为本）和新的人机之间关系的变革。所以智能可穿戴设备的发展洪流必将向着智能、微型和个性这几方面前进。因此能够穿戴的移动式的医疗监测器械比将会成为医疗仪器方面的研究热点。
1.2研究意义
在20世纪的60年代，在北美洲一个赌场里赌徒们利用小巧的摄像头、对讲机等机器来谋取利益。这给我们带来了 一个信息，那就是从那时开始人们就已不满足于将计算机放在桌面上那种人机分离的状态，有人已经开始思考如何让人机结合得更加紧密。然而目前，可穿戴式计算机还没有明确的定义，多伦多大学的Steve Mann将可穿戴式计算机归纳总结出六个属性和三个操作模式：三个操作模式是持续、增强、介入；六个属性是交流性、非独占性、可控制性、非限制性、环境感知性和客观性。
可穿戴监测设备的使用就是增强人体局部功能与辅助，让微信计算机与人体生理特征监测结合起来，可以用于老年人监护领域、运动健身和健康医疗等方面。可穿戴监护设备具有可移动性、可穿戴性、可交互性轻便、价格低廉、可长期佩戴等特点，渐渐的进入人们的生活中。在未来的日子里，伴随着医用监护设备的低成本化和穿戴式设备的普遍应用，人们可以将特定时间段的生理数据（包括体温、心率、血压、血氧等）通过各种方式上传到数据库中，经过对这些生理参数的数据分析来得到各自的健康评价[2]。以此来达到对自身健康状况的了解，有利于养成健康生活和科学运动的好习惯。特别是对于老年人群体疾病的预防，出院后病人复健情况的了解有着不可替代的作用。因此能够使得用户不再局限于时间与地点，研究人员以及用户都越来越热衷于不去医院做检查也能够随时了解自身健康状况的生理参数监测系统。
1.3国内外发展状况
伴随着全球智能可穿戴设备市场的渐渐发展，中国市场也迅速开拓，由于老龄化人口等因素中国市场逐渐成长为全球性的智能可穿戴设备市场核心。智能穿戴技术作为前沿的科技朝阳产业，它已经开始融入到健身、安全、医疗等众多领域，在未来将是可移动智能产品发展的主流，能够改变人们的生活方式。这个新兴产业因为庞大的成长空间因而它的发展前景一片光明。
智能可穿戴设备是一项通过微型计算机来解放人类双手设双眼的颠覆性技术。很多的国际性大公司例如三星、微软、苹果、谷歌、索尼等都争相加入到这个行列中来，在全新的领域去探索研究[3]。
在国外，曾闻名一时的Jawbone 公司发布过一款智能健康手环Jawbone Up手环，这个手环可以监测和记录用户在呼吸、心率睡眠等多个面的生理参数。而要实现这些生理参数记录的方法非常简单方便，使用者只需要将Jawbone Up手环戴在手上，手环内部的微型计算机就会启动，并且记录下由于运动引起的体温、心率甚至是消耗的卡路里状况。举个例子，每当用户开始运动的时候，Jawbone Up手环就能够不间断的记录下运动总的步数和每次运动消耗的卡路里。手环也可以实时监控心率、血压等指标，当运动负荷最大时会自动震动警报。而这些运动时的生理参数，用户只要将Jawbone Up手环与手机相连接，就可以将内部芯片记录的运动数据传输到用户的手机App里。每天运动的数据都会保存在手环里因此每几天传输一次就可以了。
虽然智能可穿戴设备在世界各地都很受欢迎，但是这个领域依旧处于发展的初级阶段，产业链、商业模式都还有没有一个基本的雏形。目前主要存在以下几个问题：
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