基于单片机的脉搏、体温监测仪的制作方法

本实用新型属于医疗技术领域，特别涉及基于单片机的脉搏、体温监测仪。

背景技术：

随着我国城市人口老龄化程度的加快和物质生活的改善，心血管、心脏病一类疾病也在不断的增长，人们对这一类疾病的预防和诊断的需求也在增长。传统仪器测量生命体征往往存在仪器笨重且测量过程复杂的缺点，因此，开发一种便携式且能够随时随地监测生命体征的仪器具有较高的实际意义。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供基于单片机的脉搏、体温监测仪，解决现有技术中存在的仪器笨重和测量过程复杂的问题，具有便携、过程简单的特点。

为实现上述目的，本发明才有的技术方案是：本实用新型所采用的技术方案是：基于单片机的脉搏、体温监测仪，包括有单片机，单片机与脉搏传感器、体温传感器、液晶显示器、人工复位电路及键盘相连；

所述的单片机与脉搏传感器通过脉搏传感器电路相连，脉搏传感器电路包括光发射电路、光电转换电路，在光感受器用低通滤波器和由运放MCP6001组成放大电路；采用分压电阻设置直流偏置电压为源电压的1/2，使放大后的信号被单片机的P1.0口采集。

所述的脉搏传感器电路通过脉搏传感器连接线与单片机的P1.0口相连。

所述的液晶显示器采用LCD12864显示器。

所述的单片机的模拟输入端0与脉搏传感器电路的信号输出线相连；单片机的电源端与脉搏传感器电路的电源输入线相连；单片机的地线端与脉搏传感器电路的地线相连。

所述的脉搏传感器采用了峰值波长为515nm的绿光LED，型号为AM2520。

所述的单片机采用美国ATMEL公司的CMOS8位单片机。

本实用新型的有益效果是：

本设计利用AT89C51单片机开发板、LCD12864显示屏、脉搏传感器、DS182B20温度传感器，组成一个便携式监测脉搏和体温的生命体征监测系统。该仪器的脉搏传感器采用光电容积法，光电容积法的基本原理是利用人体组织在血管搏动时造成透光率不同来进行脉搏测量的。其使用的传感器由光源和光电变换器两部分组成，通过绑带或夹子固定在病人的手指或耳垂上。光源一般采用对动脉血中氧和血红蛋白有选择性的一定波长（500nm～700nm）的发光二极管，当光束透过人体外周血管，由于动脉搏动充血容积变化导致这束光的透光率发生改变，此时由光电变换器接收经人体组织反射的光线，转变为电信号并将其放大和输出。由于脉搏是随心脏的搏动而周期性变化的信号，动脉血管容积也周期性变化，因此光电变换器的电信号变化周期就是脉搏率。

该仪器局限了采集信号的部位只能在手指或耳垂处，若要采集其它部位的信号，可以考虑更改放大倍数或者振动类的传感器来解决此类问题。

本实用新型方便人们特别是老人随时随地对身体情况进行监测。生命体征监测仪是医院不可缺少的重要设备，能够实时、连续、长时间地监测病人的重要医学生理参数，并将获得的数据传送给医护人员，以供医护人员进行分析，使得医护人员能够对病人当前的状态做出正确判断，从而做出正确的处理。便携式生命体征监测仪采用随身式设计，小型轻便，能实时地进行人体生理参数的监护，最适合于野外及家中，并可用于普通医院作为个人生命参数监护设备。

附图说明

图1为本实用新型系统主程序流程图。

图2为本实用新型的结构示意图。

图3为本实用新型的脉搏传感器；其中图3（a）为脉搏传感器的实施例外形图，图3（b）为图3（a）的内部示意图。

图4为本实用新型的脉搏传感器连接线。

图5为本实用新型的脉搏传感器电路。

图6为本实用新型的液晶显示器示意图。

图7为本实用新型单片机写数据到模块示意图。

图8为本实用新型单片机从模块读取数据。

图9为本实用新型DS18B20温度传感器及接口示意图；其中图9（a）为温度传感器图；图9（b）为接口电路示意图。

图10为本实用新型测温原理图。

图11为本实用新型脉搏传感器佩戴方式；其中图11（a）为手部佩戴图；图11（b）为耳部佩戴示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

参见图2、5，基于单片机的脉搏、体温监测仪，包括有单片机，单片机与脉搏传感器、体温传感器、液晶显示器、人工复位电路及键盘相连；所述的单片机与脉搏传感器通过脉搏传感器电路相连，脉搏传感器电路包括光发射电路、光电转换电路，在光感受器用低通滤波器和由运放MCP6001组成放大电路；采用分压电阻设置直流偏置电压为源电压的1/2，使放大后的信号被单片机的P1.0口采集。

所述的脉搏传感器电路通过脉搏传感器连接线与单片机的P1.0口相连。所述的液晶显示器采用LCD12864显示器。所述的单片机的模拟输入端0与脉搏传感器电路的信号输出线相连；单片机的电源端与脉搏传感器电路的电源输入线相连；单片机的地线端与脉搏传感器电路的地线相连。

本实用新型以AT89C51单片机为控制核心，通过温度感器获得人体温度、脉搏传感器来获取人体脉搏，再由单片机实时计算测量值并将结果送至液晶显示器显示。系统设有键盘、人工复位电路。

本实用新型的运行软件采用模块化设计方法，由主程序及参数测量、液晶显示、和键盘处理等若干子程序组成。系统主程序流程图如图1所示，系统上电后首先初始化，然后进行各参数的测定、判断超量报警及显示等操作。

参见图3，脉搏传感器

传统的脉搏测量方法主要有三种：一是从心电信号中提取；二是从测量血压时压力传感器测到的波动来计算脉率；三是光电容积法。前两种方法提取信号都会限制病人的活动，如果长时间使用会增加病人生理和心理上的不舒适感。而光电容积法脉搏测量作为监护测量中最普遍的方法之一，其具有方法简单、佩戴方便、可靠性高等特点。

连接传感器的共有3根线，如图4所示。标有S的为信号输出线（最左边）；标有+的为电源输入线（中间）；标有－的为地线（最右边）。这3根线与下位机单片机开发板的对应关系为：

S→A0(单片机开发板的模拟输入端0)；

+→5V(或3.3V)；

－→GND。

根据相关文献和实验结果，560nm的波可以反映皮肤浅部微动脉信息，适合用来提取脉搏信号。该脉搏传感器采用了峰值波长为515nm的绿光LED，型号为AM2520，而光接收器采用了APDS—9008，这是一款环境光感受器，感受峰值波长为565nm，两者的峰值波长相近，灵敏度较高。此外，由于脉搏信号的频带一般在0.05～200Hz之间，信号幅度均很小，一般在毫伏级水平，容易受到各种信号干扰。在感受器后面使用了低通滤波器和由运放MCP6001构成的放大器，将信号放大了331倍，同时采用分压电阻设置直流偏置电压为电源电压的1/2，使放大后的信号可以很好地被单片机的AD采集到。脉搏传感器的电路如图5所示。

参见图6，图6为液晶显示器LCD12864的示意图

一、液晶显示模块概述

12864汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16×16 点阵）、128个字符（8×16 点阵）及64×256 点阵显示RAM（GDRAM）。

主要技术参数和显示特性：

电源：VDD3.3V~+5V(内置升压电路，无需负压)；

显示内容：128列×64行；

显示颜色：黄绿/蓝屏/灰屏；

显示角度：6:00钟直视；

LCD类型：STN；

与MCU接口：8位或4位并行/3位串行；

配置LED背光；

多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等。

二、外形尺寸

外观尺寸：93×70×12.5mm视域尺寸：73×39mm。

三、模块引脚说明

逻辑工作电压(VDD)：4.5～5.5V；

电源地(GND)：0V；

工作温度(Ta)：0～60℃(常温)/－20～75℃（宽温）；

四、接口时序

模块有并行和串行两种连接方法，8位并行读写时序如图7、8所示。

串行数据传送共分三个字节完成：

第一字节：串口控制—格式11111ABC

A为数据传送方向控制：H表示数据从LCD到MCU，L表示数据从MCU到LCD；

B为数据类型选择：H表示数据是显示数据，L表示数据是控制指令；

C固定为0。

第二字节：(并行)8位数据的高4位—格式DDDD0000

第三字节：(并行)8位数据的低4位—格式0000DDDD

串行接口时序参数：(测试条件：T=25℃VDD=4.5V)。

参见图9，DS18B20温度传感器

DS18B20数字温度计提供9～12位摄氏温度测量而且有一个由高低电平触发的可编程的不因电源消失而改变的报警功能。DS18B20通过一个单线接口发送或接受信息，因此在中央处理器和DS18B20之间仅需一条连接线（加上地线）。它的测温范围为－55～＋125℃，并且在－10～＋85℃精度为±5℃。除此之外，DS18B20能直接从单线通讯线上汲取能量，除去了对外部电源的需求。 SHAPE\* MERGEFORMAT

高速暂存器含有两个字节的温度寄存器，这两个寄存器用来存储温度传感器输出的数据。除此之外，高速暂存器提供一个直接的温度报警值寄存器（TH和TL），和一个字节的的配置寄存器。配置寄存器允许用户将温度的精度设定为9，10，11或12位。TH，TL和配置寄存器是非易失性的可擦除程序寄存器（EEPROM），所以存储的数据在器件掉电时不会消失。

完成温度转换经过3个步骤：

1）每一次读写之前都要对DS18B20进行初始化操作；

2）初始化成功后发跳过ROM指令；

3）最后发送温度转换RAM指令。这样等转换完成后将所测温度值送入缓冲区以供LCD显示，若温度值超过预设阈值，则触发报警提示。

从DS18B20读取出的二进制值必须先转换成十进制值，才能用于字符的显示。因为DS18B20的转换精度为9～12位可选的，为了提高精度采用12位。在采用12位转换精度时，温度寄存器里的值是以0.0625为步进的，即温度值为寄存器里的二进制值乘以0.0625，

T = [ (MSB and 7) ×256 + LSB] ×0.0625 ℃。测温原理图如图10所示。

单片机开发板

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。

功能特性概述：

P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I／O 口，也即地址／数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 FIash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I／O 口，P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

FIash 编程和程序校验期间，P1 接收低 8 位地址。

P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I／O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器（例如执行 MOVX@DPTR 指令）时，P2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行 MOVX@RI 指令）时，P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中 R2 寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash 编程或校验时，P2 亦接收高位地址和其它控制信号。

P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I／O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL逻辑门电路。对 P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3 口除了作为一般的 I／O 口线外，更重要的用途是它的第二功能。

·编程方法：

编程前，须按所设置好地址、数据及控制信号。编程单元的地址加在 P1 口和 P2 口的 P2.0－P2.3（11 位地址范围为 0000H－0FFFH），数据从 P0 口输入， PSEN为低电平，RST保持高电平，EA／Vpp 引脚是编程电源的输入端，按要求加上编程电压，ALE／PROG引脚输入编程脉冲（负脉冲）。编程时，可采用 4～20MHz 的时钟振荡器，AT89C51 编程方法如下：

1）在地址线上加上要编程单元的地址信号；

2）在数据线上加上要写入的数据字节；

3）激活相应的控制信号；

4）在高电压编程方式时，将EA／Vpp 端加上+12V 编程电压；

5）每对 Flash 存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加上一个 ALE／PROG编程脉冲；

6）改变编程单元的地址和写入的数据，重复 1—5 步骤，直到全部文件编程结束。

使用方法，按下启动键，将脉搏传感器按照图11的方式佩戴，脉搏传感器的佩戴方式一定要正确，因为512nm的波长适合采集皮肤表微动脉的脉搏信号，而放到其他各处采集的脉搏信号很小，不是很理想。体温传感器放置在腋窝。

软件采用模块化设计方法，由主程序及参数测量、液晶显示、和键盘处理等若干子程序组成。系统主程序流程图如图1所示，系统上电后首先初始化，然后进行各参数测定、判断超量报警及显示灯操作。