人體健康監(jiān)測(cè)器的設(shè)計(jì)

...wd......wd......wd...目錄第1章課題分析11.1課題來(lái)源11.2功能分析11.3方案分析2第2章方案論證32.1人體安康監(jiān)測(cè)器的設(shè)計(jì)根本方案32.2各局部電路模塊根本設(shè)計(jì)原理32.2.1單片機(jī)主控模塊32.2.2體溫測(cè)量模塊42.2.3心率測(cè)量模塊42.2.4顯示模塊52.2.5超限報(bào)警模塊6第3章硬件設(shè)計(jì)73.1主控芯片、傳感器簡(jiǎn)介及其工作原理73.1.1AT89C51單片機(jī)的介紹73.1.2DS18B20簡(jiǎn)介及其工作原理93.1.3MPX2100壓阻式傳感器簡(jiǎn)介及其工作原理123.2硬件電路設(shè)計(jì)123.2.1時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)133.2.2復(fù)位電路的設(shè)計(jì)133.2.3體溫測(cè)量電路設(shè)計(jì)以及誤差分析143.2.2心率測(cè)量電路設(shè)計(jì)以及誤差分析153.2.4顯示電路設(shè)計(jì)163.2.5報(bào)警電路設(shè)計(jì)17第4章軟件設(shè)計(jì)184.1主程序流程圖184.2子程序流程圖204.2.1體溫測(cè)量程序流程圖204.2.2心率測(cè)量子程序流程圖214.2.3報(bào)警程序流程圖214.2.4顯示子程序流程圖22第5章系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程與分析245.1軟件調(diào)試245.2Proteus仿真255.3系統(tǒng)仿真調(diào)試255.4功能實(shí)現(xiàn)255.5硬件調(diào)試285.5.1靜態(tài)調(diào)試285.5.2動(dòng)態(tài)調(diào)試295.5遇到的問(wèn)題及解決方案29第6章社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析31第7章總結(jié)32致謝34參考資料35附錄Ⅰ電路原理圖37附錄Ⅱ程序清單38課題分析本課題的題目是人體安康監(jiān)測(cè)器的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的測(cè)量方法比擬麻煩，而且需要一定的專(zhuān)業(yè)知識(shí)以及相關(guān)的專(zhuān)業(yè)人士來(lái)測(cè)量，本設(shè)計(jì)利用AT89C51單片機(jī)，通過(guò)編程對(duì)其加以控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體根本體征的監(jiān)測(cè)，方便實(shí)用，普通人群就可以使用，并且價(jià)格相對(duì)低廉。此設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)人體的心率以及體溫，此兩項(xiàng)人體安康參數(shù)一旦超出正常人體安康范圍就會(huì)報(bào)警，時(shí)刻保證人體的安康。1.1課題來(lái)源隨著社會(huì)的開(kāi)展，人類(lèi)的安康不斷受到威脅，環(huán)境的污染帶來(lái)了食物的污染，人們的身體安康狀況也隨之受到威脅，此時(shí)人們開(kāi)場(chǎng)注重如何實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)人們的安康，一旦發(fā)現(xiàn)異常狀況，可以及時(shí)進(jìn)展控制，甚至是必要的治療，為人們的安康提供可靠的保障。電子技術(shù)不斷更新，飛速開(kāi)展，人體安康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組件豐富起來(lái)，由最傳統(tǒng)的人工測(cè)量到模擬產(chǎn)品再到數(shù)字化、綜合化轉(zhuǎn)化，并且不斷的走向人性化。本設(shè)計(jì)充分發(fā)揮人性化性質(zhì)，利用單片機(jī)AT89C51速度快、功耗本錢(qián)低、調(diào)試廉價(jià)等特點(diǎn)，配合溫度以及壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體根本體征的監(jiān)控，并且有顯示功能以及超限報(bào)警功能，及時(shí)提醒人們的安康狀況，到達(dá)監(jiān)測(cè)預(yù)警作用。1.2功能分析本設(shè)計(jì)是人體安康監(jiān)測(cè)器系統(tǒng)，它可對(duì)人體體溫和心率進(jìn)展監(jiān)測(cè)，通過(guò)四位數(shù)字顯示，其中第一位作為功能識(shí)別，其余三位顯示數(shù)據(jù)，體溫設(shè)置一位小數(shù)，同時(shí)要設(shè)置心跳指示燈，能同步顯示心跳情況。最終要到達(dá)既能正確顯示測(cè)量結(jié)果，又能超常報(bào)警的目的。本設(shè)計(jì)是以AT89C51單片機(jī)為核心，輔以一些外圍電路。對(duì)于體溫監(jiān)測(cè)，采用溫度傳感器采集體溫信號(hào)并把數(shù)據(jù)放大再經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)進(jìn)展處理；對(duì)于心率監(jiān)測(cè)，采用壓電傳感器采集心率信號(hào)并把數(shù)據(jù)放大濾波后送入單片機(jī)進(jìn)展處理?？梢酝ㄟ^(guò)按鍵進(jìn)展測(cè)量轉(zhuǎn)換，操作方便快捷。該系統(tǒng)的研究，在很多方面都有著積極的意義。該系統(tǒng)主要是針對(duì)國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，立足我國(guó)實(shí)際情況，應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體體溫和心率等重要體征參數(shù)的智能化測(cè)量。在對(duì)病人的治療和監(jiān)護(hù)管理工作中，醫(yī)護(hù)人員需要對(duì)病人的體溫做定時(shí)的測(cè)量，以便能夠使醫(yī)生及時(shí)了解病人的身體狀況，對(duì)病情做出相應(yīng)的判斷，為制定治療方案提供參考。本系統(tǒng)以“患者為中心〞，醫(yī)護(hù)人員可以通過(guò)該系統(tǒng)實(shí)時(shí)提取患者相關(guān)信息，從而充分發(fā)揮個(gè)性化護(hù)理特點(diǎn)減輕醫(yī)院護(hù)理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，醫(yī)療臨床操作過(guò)程也更加標(biāo)準(zhǔn)化，從而使醫(yī)院護(hù)理工作邁上一個(gè)新臺(tái)階。綜上所述，人體安康監(jiān)測(cè)器系統(tǒng)系統(tǒng)的研究是市場(chǎng)劇烈競(jìng)爭(zhēng)的必然產(chǎn)物，它基于滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的安康性的需求，適應(yīng)我國(guó)工業(yè)開(kāi)展的要求。1.3方案分析該設(shè)計(jì)要完成對(duì)人體體溫、心率的監(jiān)測(cè)、心跳指示燈以及超常報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。首先，要實(shí)現(xiàn)對(duì)人體體溫以及心率的監(jiān)測(cè)，需要利用傳感器采集體溫以及心率信號(hào)，然后將采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可以處理的信號(hào)，再由顯示電路顯示出來(lái)，來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能。體溫測(cè)量通過(guò)傳感器DS18B20采集人體溫度信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)傳感器后成為能夠直接被單片機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)。心率測(cè)量通過(guò)傳感器MPX2100采集人體心率信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)傳感器后輸出電壓與所受壓力成準(zhǔn)確的正比關(guān)系，再通過(guò)電壓比擬器將采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，進(jìn)展脈沖計(jì)數(shù)得出心率大小。超常報(bào)警系統(tǒng)需要正確的人體安康參數(shù)來(lái)完成。人體安康參數(shù)是有一定標(biāo)準(zhǔn)的，正常人體心率大約在60-100次/分，老年人可能會(huì)偏慢一些，人體正常體溫平均在36～37.5℃之間〔腋窩〕，超出這個(gè)范圍就是發(fā)熱，本系統(tǒng)設(shè)置當(dāng)監(jiān)測(cè)出人體心率超出60-100次/分、體溫超出36～37.5℃時(shí)，進(jìn)展報(bào)警，提醒人們注意自己的身體狀況。方案論證本設(shè)計(jì)為人體安康監(jiān)測(cè)器的設(shè)計(jì)，下面是對(duì)該設(shè)計(jì)的根本方案、各局部電路模塊以及傳感器的選擇的介紹。2.1人體安康監(jiān)測(cè)器的設(shè)計(jì)根本方案系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C51作為主控制器，同時(shí)進(jìn)展兩種工作方式：人體心率監(jiān)測(cè)，人體體溫監(jiān)測(cè)。該方案可以有效、實(shí)時(shí)的顯示心率、體溫這些要求監(jiān)測(cè)參數(shù)，能夠到達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)指標(biāo)，設(shè)計(jì)方案是切實(shí)可行的，圖2.1為人體安康監(jiān)測(cè)器的工作原理框圖。電壓比擬器電壓比擬器單片機(jī)溫度傳感器DS18B20壓阻式傳感器MPX2100顯示電路超限報(bào)警電路圖2.1人體安康監(jiān)測(cè)器原理框圖2.2各局部電路模塊根本設(shè)計(jì)原理由原理框圖可以看出，本設(shè)計(jì)大致分為5個(gè)主要模塊，其中包括單片機(jī)主控模塊、體溫檢測(cè)模塊、心率檢測(cè)模塊、顯示模塊以及超限報(bào)警模塊。2.2.1單片機(jī)主控模塊本設(shè)計(jì)主控模塊選用單片機(jī)AT89C51。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器〔FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory〕的低電壓、高性能CMOS8位微處理器。AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷構(gòu)造，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停頓CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停頓工作并制止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。2.2.2體溫測(cè)量模塊人體溫度傳感器DS18B20 AT89C51單片機(jī)體溫檢測(cè)模塊使用DS18B20溫度傳感器，它一種改良型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測(cè)溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線〔單線接口〕讀寫(xiě),溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無(wú)需額外電源。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)構(gòu)造更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。他在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較其他傳感器有了很大的優(yōu)勢(shì)，給用戶帶來(lái)了更方便的使用和更令人滿意的效果。體溫測(cè)量模塊方框圖如圖2.2所示。人體溫度傳感器DS18B20 AT89C51單片機(jī)圖2.2體溫測(cè)量模塊方框圖2.2.3心率測(cè)量模塊心率檢測(cè)模塊采用壓阻式壓力傳感器MPX2100，其采集心跳信號(hào)輸出為電壓信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)電壓比擬器，將采集的電壓信號(hào)與閾值進(jìn)展比擬，假設(shè)采集的電壓信號(hào)高于閾值則輸出1，否則輸出0，然后單片機(jī)計(jì)數(shù)器進(jìn)展計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)過(guò)程利用編程控制，計(jì)每10秒脈沖個(gè)數(shù)再乘以6即為心率，同時(shí)顯示局部也設(shè)定為10秒鐘更新顯示一次，即可得到人體此時(shí)心率大小。心率測(cè)量模塊方框圖如圖2.3所示。人體人體壓阻式傳感器MPX2100電壓比擬器AT89C51單片機(jī)圖2.3心率測(cè)量模塊方框圖2.2.4顯示模塊在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，需要對(duì)檢測(cè)的心率以及體溫值實(shí)時(shí)顯示，考慮一下兩種方案。方案一：使用液晶顯示體溫以及心率值。液晶顯示屏〔LCD〕具有輕薄短小、低耗電量、無(wú)輻射危險(xiǎn)，平面直角以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢(shì)，可視面積打，畫(huà)面效果好，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。同時(shí)不只能顯示數(shù)字還可以顯示中文漢字及各種單位。方案二：使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具有低能耗、低損耗、低壓、壽命長(zhǎng)、耐老化、防曬、防潮、防火、防上下溫，對(duì)外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)，同時(shí)其精度比擬高。但是同時(shí)要顯示心率以及體溫，數(shù)碼管無(wú)法顯示。根據(jù)題目要求，選擇使用LM016L液晶顯示器。LM016L液晶模塊采用HD44780控制器，hd44780具有簡(jiǎn)單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)，閃爍等功能，LM016L與單片機(jī)MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，hd44780控制器由兩個(gè)8位存放器，指令存放器〔IR〕和數(shù)據(jù)存放器〔DR〕忙標(biāo)志〔BF〕，顯示數(shù)RAM〔DDRAM〕，字符發(fā)生器ROMA〔CGOROM〕字符發(fā)生器RAM〔CGRAM〕，地址計(jì)數(shù)器RAM(AC)。IR用于存放指令碼，只能寫(xiě)入不能讀出，DR用于存放數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動(dòng)寫(xiě)入DDRAM和CGRAM,或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)，BF為1時(shí)，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應(yīng)外部操作指令和承受數(shù)據(jù)，DDTAM用來(lái)存儲(chǔ)顯示的字符，能存儲(chǔ)80個(gè)字符碼， CGROM由8位字符碼生成5*7點(diǎn)陣字符160中和5*10點(diǎn)陣字符32種.8位字符編碼和字符的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以查看參考文獻(xiàn)〔30〕中的表4. CGRAM是為用戶編寫(xiě)特殊字符留用的，它的容量?jī)H64字節(jié)，可以自定義8個(gè)5*7點(diǎn)陣字符或者4個(gè)5*10點(diǎn)陣字符，AC可以存儲(chǔ)DDRAM和CGRAM的地址。2.2.5超限報(bào)警模塊本系統(tǒng)采用發(fā)光二極管作為上下限超常報(bào)警指示燈，方便人們觀察。當(dāng)人體溫度高于或低于一定的值時(shí)系統(tǒng)會(huì)發(fā)光報(bào)警。同樣，留神率值高于或者低于一定的值時(shí)系統(tǒng)會(huì)發(fā)光報(bào)警。人體正常體溫范圍為36～37.5℃，正常心率為60-100次/分，所以當(dāng)測(cè)得的體溫以及心率超出以上范圍時(shí)，發(fā)光二級(jí)管發(fā)光進(jìn)展報(bào)警，提示人們注意自己的身體狀況。硬件設(shè)計(jì)人體安康監(jiān)測(cè)器的硬件電路主要由以下幾局部組成：時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、體溫測(cè)量電路、心率測(cè)量電路、顯示電路以及超常報(bào)警電路。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)AT89C51，溫度傳感器DS18B20，壓阻式傳感器MPX2100，LM016L液晶顯示模塊。下面將對(duì)本設(shè)計(jì)中使用到的芯片、傳感器以及硬件電路的設(shè)計(jì)進(jìn)展介紹。3.1主控芯片、傳感器簡(jiǎn)介及其工作原理3.1.1AT89C51單片機(jī)的介紹3.1.1.1AT89C51引腳圖如圖3.1所示。圖3.1AT89C51引腳圖AT89C51是一種低電壓、高性能CMOS8位微處理器，它具有4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的特性。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，不必?cái)U(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器這樣大大的減少了系統(tǒng)硬件局部，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。3.1.1.2管腳說(shuō)明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏極開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低8位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)展校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。

P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低8位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)展存取時(shí)，P2口輸出地址的高8位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部8位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)展讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能存放器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高8位地址信號(hào)和控制信號(hào)。

P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：

P3.0RXD〔串行輸入口〕

P3.1TXD〔串行輸出口〕

P3.2/INT0〔外部中斷0〕

P3.3/INT1〔外部中斷1〕

P3.4T0〔計(jì)時(shí)器0外部輸入〕

P3.5T1〔計(jì)時(shí)器1外部輸入〕

P3.6/WR〔外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通〕P3.7/RD〔外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通〕RST：復(fù)位輸入。單片機(jī)的復(fù)位電路接一個(gè)Vcc(+5V電源)，在加電瞬間電容通過(guò)電阻充電在RST(復(fù)位引腳)端出現(xiàn)高電平，并保持一定時(shí)間，只要充電時(shí)間足夠長(zhǎng)，就可使單片機(jī)復(fù)位。/VPP：當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源〔VPP〕。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。3.1.2DS18B20簡(jiǎn)介及其工作原理DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS18B20之后最新推出的一種改良型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測(cè)溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。可以分別在93.75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線〔單線接口〕讀寫(xiě),溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無(wú)需額外圖3.2DS18B20封裝圖電源。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)構(gòu)造更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。他在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改良，給用戶帶來(lái)了更方便的使用和更令人滿意的效果。DS18B20采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝，如圖3.2所示。 3.1.2.1DS18B20內(nèi)部構(gòu)造主要由四局部組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置存放器。ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個(gè)DS18B20的64位序列號(hào)均不一樣。64位ROM的排的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼〔CRC=X8＋X5＋X4＋1〕。ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不一樣，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。內(nèi)部構(gòu)造如圖3.3所示。圖圖3.3DS18B20內(nèi)部構(gòu)造圖3.1.2.2DS18B20的溫度轉(zhuǎn)化DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以12位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625℃表3.1溫度的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0LsbyteBit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8MsbyteSSSSS這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625℃的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625℃表3.2溫度的轉(zhuǎn)化125000001111101000007D0H8500000101010100000550H25.062500000001100100010191H10.125000000001010001000A2H0.500000000000010000008H000000000000000000000H-0.51111111111111000FFFFH-10.1251111111101011110FF5EH-25.06251111111001101111FE6FH-551111110010010000FC90H3.1.2.3DS18B20使用中本卷須知DS18B20雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下的問(wèn)題：較小的硬件開(kāi)銷(xiāo)需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)展補(bǔ)償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS18B20進(jìn)展讀寫(xiě)編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。3.1.3MPX2100壓阻式傳感器簡(jiǎn)介及其工作原理壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅的壓阻效應(yīng)制成的器件,即在硅基片上用擴(kuò)散工藝制成4個(gè)等值電阻的應(yīng)變?cè)?gòu)成的惠斯登電橋。MPX2100是摩托羅拉公司生產(chǎn)的一種帶溫度補(bǔ)值的壓阻式壓力傳感器,它采用先進(jìn)的半導(dǎo)體電子技術(shù)進(jìn)展微細(xì)加工,具有很好的線性度,輸出電壓和所加壓力成準(zhǔn)確的正比例關(guān)系。由于傳感器硅片上集成有溫度補(bǔ)嘗網(wǎng)絡(luò),經(jīng)激光微調(diào),傳感器的零位輸出、滿量程輸出、線性度、溫度補(bǔ)嘗等都到達(dá)了較好的性能指標(biāo)。我國(guó)安康成人安靜時(shí)的收縮壓為13.3～16.0Kpa(100～120mmHg),舒張壓為8.0～10.7Kpa(60～80mmHg),這些數(shù)值都在MPX2100的壓力范圍內(nèi)，如表3.3所示。壓力范圍(KPa)壓力過(guò)載(KPa)典型工作電壓(V)最大工作電壓(V)溫度誤差帶(℃)線性度(%FS)全量程溫度影響(%FS)0～10040010160～85±0.1～0.25±0.5～±1表3.3MPX2100工作參數(shù)3.2硬件電路設(shè)計(jì)此電路設(shè)計(jì)包括體時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、體溫測(cè)量電路、心率測(cè)量電路、顯示電路以及超常報(bào)警電路，總電路圖見(jiàn)附錄Ⅰ。3.2.1時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)圖3.4時(shí)鐘電路單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)是由時(shí)鐘電路提供的，系統(tǒng)采用12MHz的晶振作時(shí)鐘電路，在XTALI和XTAL2兩端跨接石英晶體及兩個(gè)微調(diào)電容。C1和C2一般取30pF左右。本設(shè)計(jì)中振蕩器時(shí)鐘電路如圖3.4所示，其中C2=C3=22pF。3.2.2復(fù)位電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)的RST引腳為主機(jī)提供一個(gè)外部復(fù)位信號(hào)輸入端口。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，高電平有效的持續(xù)時(shí)間應(yīng)為2個(gè)機(jī)器周期以上。復(fù)位以后，單片機(jī)內(nèi)各部件恢復(fù)到初始狀態(tài)，單片機(jī)從ROM的0000H開(kāi)場(chǎng)執(zhí)行程序。單片機(jī)的復(fù)位方式有上電自動(dòng)復(fù)位和手工復(fù)位兩種，圖3.5是AT89C51單片機(jī)采用的上電復(fù)位電路。阻容器件的參考值圖中所示，即R12=10KΩ，C3=22μF。圖3.5復(fù)位電路3.2.3體溫測(cè)量電路設(shè)計(jì)以及誤差分析3.2.1.1體溫測(cè)量電路設(shè)計(jì)體溫測(cè)量過(guò)程是將傳感器直接與人體接觸即可采集人體體溫信號(hào)，DS18B20內(nèi)部進(jìn)展溫度變換，直接輸出數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)可直接處理數(shù)字信號(hào)。DS18B20測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少，輸出信號(hào)即為數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)可以直接接收，故可與單片機(jī)直接連接。其中DQ端與P3.7相連，電路圖連接如圖3.6所示。圖3.6體溫測(cè)量電路3.2.1.2體溫采集誤差分析溫度采集過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生誤差，其誤差來(lái)源可能是由于傳感器與人體接觸不夠嚴(yán)密，或是接觸時(shí)間較短，溫度未升至人體體溫就進(jìn)展讀數(shù)，可以多等待一會(huì)再進(jìn)展體溫讀數(shù)，這樣可以相對(duì)準(zhǔn)確的測(cè)出人體體溫。使用此人體安康監(jiān)測(cè)器的過(guò)程中，盡量防止以上情況的發(fā)生。3.2.2心率測(cè)量電路設(shè)計(jì)以及誤差分析因體溫測(cè)量使用的是DS18B20傳感器，輸出信號(hào)位數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)可直接進(jìn)展處理，相對(duì)簡(jiǎn)單，而心率測(cè)量則相對(duì)復(fù)雜一些，需要一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)成，下面對(duì)心率測(cè)量過(guò)程進(jìn)展一個(gè)詳細(xì)的介紹。3.2.2.1心率測(cè)量電路的設(shè)計(jì)測(cè)量心率脈沖信號(hào)的傳感器采用壓阻式壓力傳感器MPX2100，將傳感器貼于人體，當(dāng)感受到心跳時(shí)動(dòng)脈壓力發(fā)生變化，通過(guò)采集電壓變化信號(hào)來(lái)測(cè)心跳。傳感器采集信號(hào)，輸出為電壓值，通過(guò)一個(gè)電壓比擬器進(jìn)展電壓值的比擬，輸出信號(hào)為一個(gè)脈沖信號(hào)，單片機(jī)對(duì)電壓比擬后輸出的脈沖進(jìn)展計(jì)數(shù)，每10秒更新顯示一次，以此來(lái)測(cè)得心率的大小。其中比擬器設(shè)計(jì)的是一個(gè)任意電平比擬器，采用LM324集成運(yùn)放來(lái)完成，由于仿真過(guò)程中傳感器的電源電壓為5V，故設(shè)定此比擬器的閾值電壓為2.5V，這里比擬器起到一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換的作用，將傳感器采集到的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，然后通過(guò)單片機(jī)對(duì)脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)來(lái)測(cè)出心率大小。心率測(cè)量局部與單片機(jī)管腳P3.4相連，其中還設(shè)有心跳指示燈，心臟每跳動(dòng)一下，LED指示燈閃爍一次，心率測(cè)量電路如圖3.7所示。圖3.7心率測(cè)量電路3.2.2.2心率采集誤差分析心率測(cè)量過(guò)程中也可能產(chǎn)生誤差，其中傳感器MPX2100溫度誤差帶為0-85度，當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致其傳感器產(chǎn)生誤差，誤差來(lái)源還可能是在測(cè)量過(guò)成中傳感器與人體接觸不夠嚴(yán)密導(dǎo)致測(cè)得的電壓信號(hào)不準(zhǔn)確。在使用此人體安康監(jiān)測(cè)器的過(guò)程中，盡量防止以上情況的發(fā)生即可。3.2.4顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路局部采用LM016L液晶模塊，此液晶模塊采用HD44780控制器，具有簡(jiǎn)單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)，閃爍等功能，與單片機(jī)通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，本設(shè)計(jì)中管腳連接方式為D0-D7分別與單片機(jī)P1.0-1.7連接，圖3.8即為顯示電路。圖3.8顯示電路3.2.5報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路由二極管與電阻相連，如需要報(bào)警則二極管發(fā)光，其中何時(shí)報(bào)警可以編寫(xiě)程序進(jìn)展控制，本設(shè)計(jì)中報(bào)警電路與單片機(jī)P2.0管腳相連，圖3.9即為報(bào)警電路。圖3.9報(bào)警電路軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)就是用計(jì)算機(jī)所能承受的形式把解決問(wèn)題的步驟描述出來(lái)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，軟件設(shè)計(jì)就是編制計(jì)算機(jī)程序。一個(gè)好的程序應(yīng)該完成規(guī)定的任務(wù)，而且應(yīng)該層次清晰、易于閱讀，并盡可能少占內(nèi)存，縮短執(zhí)行時(shí)間，但也不要一味地追求少占內(nèi)存，縮短執(zhí)行時(shí)間。這樣做可能會(huì)使程序的可讀性變差。隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的開(kāi)展，芯片的內(nèi)存容量也在不斷的增加，計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的時(shí)間也大大的縮短。因此，程序的長(zhǎng)短和執(zhí)行時(shí)間，不再顯得那么重要，而程序的易讀性和程序的開(kāi)發(fā)周期，顯得越來(lái)越重要。另外，在較復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)中，必須充分考慮程序的可讀性、穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性、兼容性以及容錯(cuò)性等也是衡量與評(píng)價(jià)程序的優(yōu)劣的重要指標(biāo)。AT89C51單片機(jī)是電子時(shí)鐘系統(tǒng)的核心局部，各個(gè)模塊在單片機(jī)控制下實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能。該系統(tǒng)的軟件局部的設(shè)計(jì)包括主程序、溫度測(cè)量子程序、心率測(cè)量子程序、超限報(bào)警子程序以及顯示模塊子程序，本章節(jié)著重介紹各個(gè)模塊程序的設(shè)計(jì)思想和流程。4.1主程序流程圖主程序的流程設(shè)計(jì)首先對(duì)系統(tǒng)和外接芯片進(jìn)展初始化，然后是體溫測(cè)量和心率測(cè)量程序，再通過(guò)程序控制，從LCD輸出顯示，最后是報(bào)警系統(tǒng)程序。主程序流程圖如圖4.1所示。開(kāi)場(chǎng)開(kāi)場(chǎng)單片機(jī)初始化體溫顯示體溫心率超常報(bào)警LCD初始化體溫測(cè)量心率測(cè)量心率顯示圖4.1主程序流程圖4.2子程序流程圖子程序包括溫度測(cè)量子程序、心率測(cè)量子程序、超限報(bào)警子程序以及顯示模塊子程序，下面對(duì)各個(gè)子程序進(jìn)展一一介紹。4.2.1體溫測(cè)量程序流程圖開(kāi)場(chǎng)開(kāi)場(chǎng)DS18B20初始化跳過(guò)ROM完畢接收溫度變換指令將數(shù)據(jù)送入單片機(jī)兩個(gè)連續(xù)單元數(shù)據(jù)處理送入顯示模塊NY圖4.2體溫測(cè)量子程序流程圖較小的硬件開(kāi)銷(xiāo)需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)展補(bǔ)償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS18B20進(jìn)展讀寫(xiě)編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果，體溫測(cè)量子程序流程圖如圖4.2所示。4.2.2心率測(cè)量子程序流程圖開(kāi)場(chǎng)開(kāi)場(chǎng)開(kāi)定時(shí)器計(jì)數(shù)判斷計(jì)時(shí)是否到達(dá)10秒停頓計(jì)數(shù)讀取計(jì)數(shù)值否是圖4.3心率測(cè)量子程序流程圖心率的檢測(cè)采用中斷完成，首先把存儲(chǔ)計(jì)數(shù)值設(shè)為零，之后對(duì)定時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)展初始化，然后進(jìn)展計(jì)數(shù)，之后判斷是否計(jì)時(shí)到達(dá)10秒，假設(shè)沒(méi)滿10秒則繼續(xù)計(jì)時(shí)，滿10秒則停頓計(jì)數(shù)讀取計(jì)數(shù)值，然后繼續(xù)循環(huán)計(jì)時(shí)。4.2.3報(bào)警程序流程圖報(bào)警程序流程圖如圖4.4所示，首先檢測(cè)體溫是否超常，超常則進(jìn)展報(bào)警然后再進(jìn)入心率檢測(cè)，假設(shè)不存在超常則直接進(jìn)入心率超常檢測(cè)，心率超常檢測(cè)也是如此，最后完畢報(bào)警檢測(cè)。開(kāi)場(chǎng)開(kāi)場(chǎng)判斷體溫是否超常判斷心率是否超常報(bào)警報(bào)警完畢圖4.4報(bào)警子程序流程圖4.2.4顯示子程序流程圖首先進(jìn)展LCD初始化，開(kāi)場(chǎng)測(cè)量心率時(shí)需要測(cè)量滿10秒才能得出心率值的大小，故顯示器初始化后需要判斷心率測(cè)量是否完成，未完成則顯示“wating〞，假設(shè)完成測(cè)量則顯示測(cè)量的心率數(shù)值，繼續(xù)顯示測(cè)得的體溫?cái)?shù)值。顯示程序流程圖如圖4.5所示。開(kāi)場(chǎng)開(kāi)場(chǎng)完畢LM016L初始化顯示“wating〞判斷心率是否測(cè)出顯示心率數(shù)值顯示體溫?cái)?shù)值圖4.5顯示子程序流程圖系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程與分析單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試有硬件調(diào)試和軟件調(diào)試組成。兩者并不能完全分開(kāi)，甚至可以的說(shuō)是不可分割的統(tǒng)一體，單純的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試并不一定能到達(dá)理想效果，軟硬件相互結(jié)合，可以更容易、方便地幫助我們找到錯(cuò)誤之處?？茖W(xué)的方法是，首先排除明顯的軟件錯(cuò)誤和硬件故障。軟件調(diào)試主要是檢查程序的設(shè)計(jì)是否合理，解決考慮不到的漏洞，是否存在語(yǔ)法上的錯(cuò)誤和邏輯上的錯(cuò)誤；硬件調(diào)試主要是排除硬件方面的故障，例如由于焊接造成的短路和斷路，接線柱的正反接等等，同時(shí)不斷改良設(shè)計(jì)的完善性，糾正在設(shè)計(jì)方面的缺乏之處。然后再進(jìn)展軟硬件聯(lián)合調(diào)試。聯(lián)合調(diào)試目的是到達(dá)軟、硬件之間的完美配合，解決二者之間的不協(xié)調(diào)問(wèn)題，在這一過(guò)程中進(jìn)一步來(lái)糾正設(shè)計(jì)系統(tǒng)的錯(cuò)誤，進(jìn)而使整個(gè)設(shè)計(jì)到達(dá)最正確工作狀態(tài)。5.1軟件調(diào)試隨著單片機(jī)開(kāi)發(fā)環(huán)境的不斷開(kāi)展，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)軟件也在不斷開(kāi)展。圖5.1所示是Keil軟件的界面。Keil是目前流行的用于開(kāi)發(fā)51系列單片機(jī)的軟件。該軟件提供了包括C編譯器、宏匯編、鏈連接、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境可以對(duì)C語(yǔ)言源程序進(jìn)展編譯,對(duì)匯編語(yǔ)言源程序進(jìn)展匯編,對(duì)目標(biāo)模塊和庫(kù)模塊進(jìn)展鏈接以產(chǎn)生一個(gè)目標(biāo)文件,生成HEX文件,對(duì)程序進(jìn)展調(diào)試等。圖5.1Keil軟件界面軟件設(shè)計(jì)主要是對(duì)仿真電路的各模塊進(jìn)展編程，從而實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，從整個(gè)畢設(shè)任務(wù)來(lái)看，軟件編程與調(diào)試占了很大一局部比例。由于軟件程序龐大，把整個(gè)程序分成假設(shè)干個(gè)功能模塊，分別進(jìn)展編寫(xiě)與調(diào)試。軟件調(diào)試主要是對(duì)所編寫(xiě)的程序的各個(gè)局部，包括主程序、溫度或心率測(cè)量子程序、顯示子程序等的編譯，測(cè)試其語(yǔ)法錯(cuò)誤，從邏輯上測(cè)試程序的可行性。在調(diào)試之初，程序中出現(xiàn)了多處語(yǔ)法錯(cuò)誤，如變量和函數(shù)的大小寫(xiě)錯(cuò)誤，還有很多語(yǔ)句后少分號(hào)。經(jīng)過(guò)反復(fù)修改，最終程序通過(guò)編譯，沒(méi)有語(yǔ)法上的錯(cuò)誤。5.2Proteus仿真在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的過(guò)程中，硬件是經(jīng)過(guò)方案的討論確定之后才進(jìn)展實(shí)物焊接的，進(jìn)展仿真是方案確定的條件之一，對(duì)軟件設(shè)計(jì)也有很大的幫助。為了方便調(diào)試，本系統(tǒng)先在PROTEUS中進(jìn)展仿真，仿真的過(guò)程中出現(xiàn)了很多問(wèn)題，但都是一些小的問(wèn)題，如元器件有重名的、端口標(biāo)注標(biāo)錯(cuò)、器件之間的連線沒(méi)有連上，經(jīng)過(guò)認(rèn)真檢查，逐一排除了器件連接之類(lèi)的錯(cuò)誤。5.3系統(tǒng)仿真調(diào)試系統(tǒng)的仿真調(diào)試是對(duì)程序和PROTUES的綜合調(diào)試，調(diào)試時(shí)可以將軟件模塊一個(gè)一個(gè)分開(kāi)進(jìn)展，再將它們連在一起聯(lián)調(diào)。軟件和PROTUES聯(lián)合調(diào)試，把程序生成的HEX文件加載到Proteus仿真的單片機(jī)中，仿真發(fā)現(xiàn)LED數(shù)碼管顯示的值閃爍不穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)檢查程序發(fā)現(xiàn)主要是由于延時(shí)時(shí)間不夠，增大延時(shí)時(shí)間之后問(wèn)題便被解決。經(jīng)過(guò)軟件和PROTUES聯(lián)合調(diào)試，解決了所有的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的功能，所以軟件和硬件調(diào)試很順利沒(méi)有出現(xiàn)任何問(wèn)題，系統(tǒng)能正常進(jìn)展體溫及心率的檢測(cè)工作。5.4功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)展體溫心率測(cè)量時(shí)，液晶顯示器顯示的J代表心率，T代表體溫，兩者均顯示為三位數(shù)字，其中體溫有一位小數(shù)。心率測(cè)量過(guò)程是通過(guò)計(jì)下10秒內(nèi)心跳此時(shí)，再乘以6來(lái)完成對(duì)心率的測(cè)量，用頻率為1.5HZ的脈沖模擬心跳，剛開(kāi)場(chǎng)仿真時(shí)心率并不能立刻測(cè)出，而是需要等待10秒鐘，此過(guò)程中體溫的測(cè)量時(shí)可以顯示的，心率則顯示為“waiting〞，此時(shí)因沒(méi)有心率，故報(bào)警電路會(huì)產(chǎn)生報(bào)警，D2即為報(bào)警電路的發(fā)光二極管，此時(shí)發(fā)光，圖中D1為新跳指示燈，剛開(kāi)場(chǎng)測(cè)量時(shí)的監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖5.2所示。當(dāng)10秒過(guò)后，心率測(cè)量已經(jīng)完成顯示在LCD液晶屏幕上，假設(shè)體溫以及心率均在人體正常參數(shù)范圍內(nèi)，即體溫在36-37.5℃之內(nèi)，心率在60-100次/分之內(nèi)，D2不發(fā)光報(bào)警，心率體溫均正常是的監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖5.3所示。圖5.2剛開(kāi)場(chǎng)測(cè)量時(shí)的監(jiān)測(cè)結(jié)果圖5.3心率體溫均正常是的監(jiān)測(cè)結(jié)果留神率正常，體溫超出36-37.5℃范圍時(shí)，D2發(fā)光報(bào)警，此時(shí)心率正常體溫超常時(shí)的監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖5.4所示。圖5.4心率正常體溫超常時(shí)的監(jiān)測(cè)結(jié)果當(dāng)體溫正常，心率超出人體正常安康范圍時(shí)，D2發(fā)光進(jìn)展報(bào)警，用3HZ的脈沖模擬心跳，此時(shí)心率超常體溫正常的監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖5.5所示。圖5.5心率超常體溫正常的監(jiān)測(cè)結(jié)果當(dāng)體溫以及心率均不在正常人體安康范圍內(nèi)時(shí)，D2發(fā)光進(jìn)展報(bào)警，此時(shí)體溫心率均異常的監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖5.6所示。圖5.6體溫心率均異常的監(jiān)測(cè)結(jié)果5.5硬件調(diào)試硬件調(diào)試是整個(gè)設(shè)計(jì)的保證。它是軟件功能實(shí)現(xiàn)的載體，在進(jìn)展聯(lián)機(jī)調(diào)試之前必須要做好硬件電路的檢查工作。檢查焊接是否存在虛焊，各元器件之間的裸露局部有無(wú)相互接觸現(xiàn)象，電源與地線是否連接正確等現(xiàn)象，防止在通電狀態(tài)下造成元器件或是芯片的燒壞。一些較明顯的故障排除后，要進(jìn)展上電檢查，利用萬(wàn)用表檢查電路板上各焊點(diǎn)的電壓是否滿足設(shè)計(jì)要求。如果不滿足，說(shuō)明存在問(wèn)題，需要在斷電后進(jìn)展仔細(xì)的檢查，直到排除故障為止。5.5.1靜態(tài)調(diào)試靜態(tài)調(diào)試的目的是排除明顯的硬件故障。在通電之前，根據(jù)硬件邏輯設(shè)計(jì)圖，仔細(xì)檢查硬件電路連接是否正確。元器件在焊接過(guò)程中要逐一檢查，例如二極管、電阻、電解電容的極性，電容的容量及耐壓，元件的數(shù)值是否正確等。在這一環(huán)節(jié)中發(fā)現(xiàn)了很多問(wèn)題，主要是電路的焊接問(wèn)題，如導(dǎo)線焊接錯(cuò)誤，漏焊等，否則，在通電的時(shí)候很容易造成電路電流過(guò)大，燒壞片子。經(jīng)過(guò)認(rèn)真檢查，都一一改正錯(cuò)誤。各元器件電源檢查。斷開(kāi)電源，按正確的元器件方向插上元器件，分別通電，并逐一檢查每個(gè)元器件上的電源是否正確。將元器件插好后，各個(gè)芯片沒(méi)有出現(xiàn)發(fā)熱或其它不正常的現(xiàn)象。5.5.2動(dòng)態(tài)調(diào)試在靜態(tài)調(diào)試中，對(duì)硬件電路進(jìn)展了初步的調(diào)試，只是排除了一些明顯的靜態(tài)故障。各個(gè)元器件內(nèi)部存在的邏輯錯(cuò)誤主要是通過(guò)軟硬件結(jié)合仿真檢測(cè)出來(lái)的。在此過(guò)程中將程序燒入單片機(jī)，發(fā)現(xiàn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)功能，燒入一個(gè)簡(jiǎn)單程序使LED發(fā)光，發(fā)現(xiàn)此功能也無(wú)法完成，推測(cè)單片機(jī)燒壞了，后來(lái)?yè)Q用其他單片機(jī)重新燒入程序，功能可以實(shí)現(xiàn)接，故之前推測(cè)正確，單片機(jī)燒壞了。功能實(shí)現(xiàn)的同時(shí)發(fā)現(xiàn)，溫度測(cè)量出數(shù)值一直為85℃，經(jīng)仔細(xì)排查發(fā)現(xiàn)是DS18B20初始化程序不完整，其中延時(shí)較小導(dǎo)致無(wú)法正確測(cè)出溫度大小，改正后測(cè)溫正常。5.5遇到的問(wèn)題及解決方案仿真顯示局部起初設(shè)定為5秒更新顯示一次，時(shí)間較短的情況下不能正確測(cè)得模擬的心率，而后加長(zhǎng)了更新顯示時(shí)間，設(shè)定為10秒，此時(shí)可正確測(cè)量心率。因心率仿真需要手動(dòng)點(diǎn)擊調(diào)整電壓大小來(lái)模擬，此過(guò)程產(chǎn)生誤差較大，很難正確模擬心率，故用一個(gè)脈沖改變其頻率大小來(lái)模擬心跳的快慢。在進(jìn)展軟件編譯時(shí)，起初總會(huì)出現(xiàn)許多錯(cuò)誤，類(lèi)似于未定義變量，C語(yǔ)句邏輯上的錯(cuò)誤，在改寫(xiě)過(guò)程中得到了指導(dǎo)教師的白教師的耐心指導(dǎo)，讓我掌握了程序設(shè)計(jì)需要注意的許多問(wèn)題，學(xué)習(xí)到許多新知識(shí)，鍛煉和強(qiáng)化了邏輯思維能力。在剛開(kāi)場(chǎng)使用仿真軟件時(shí)，由于使用的不熟練，常常造成工程文件的建設(shè)失敗，經(jīng)過(guò)同學(xué)的幫助，發(fā)現(xiàn)自己在建設(shè)過(guò)程中丟掉了一步，所以造成以后步驟的無(wú)法進(jìn)展。在聯(lián)機(jī)調(diào)試過(guò)程中，程序不能順利的被下載到單片機(jī)，剛開(kāi)場(chǎng)做了許多工作，重裝了仿真軟件，重新建設(shè)文件、編譯，換用其他電腦運(yùn)行，結(jié)果都無(wú)濟(jì)于事，后來(lái)的不經(jīng)意間發(fā)現(xiàn)了文件的路徑不正確，經(jīng)過(guò)修改路徑后，再進(jìn)展程序的下載，就順利完成了。這種錯(cuò)誤的造成是非常不應(yīng)該的，屬于粗心大意釀成的，在這以后，我更加細(xì)心的對(duì)待每一過(guò)程，防止此類(lèi)錯(cuò)誤的發(fā)生。在調(diào)試過(guò)程中，液晶顯示局部不能正常顯示，經(jīng)過(guò)對(duì)軟件程序的排查，發(fā)現(xiàn)程序中缺少清零初始化，以及其他問(wèn)題。經(jīng)改正后，上電調(diào)試，液晶仍然不能正常顯示，最后在測(cè)量LCD引腳電壓時(shí)，發(fā)現(xiàn)電源引腳沒(méi)有電壓值，原來(lái)在調(diào)試過(guò)程中不慎將液晶顯示的正極電源線電路破壞了，重新連接后，LCD正常顯示。社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析在科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的今天，人工智能產(chǎn)品起到了不可無(wú)視的作用，尤其是各種智能化的儀器、儀表在人們?nèi)粘Ｉ詈凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，給社會(huì)帶來(lái)了極大的便利。本設(shè)計(jì)就是一個(gè)用單片機(jī)控制的人體安康的例子，它完成了從體溫、心率的采集、轉(zhuǎn)換、顯示以及控制的一系列任務(wù)。傳統(tǒng)的體溫測(cè)量方法是利用體溫計(jì)計(jì)，這樣不僅測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)、讀數(shù)不方便、攜帶不方便無(wú)法到達(dá)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的，而且功能單一，已經(jīng)不能滿足人們?cè)跀?shù)字化時(shí)代的要求。本文提出了一種新型的設(shè)計(jì)方案，利用DS18B20溫度傳感器，通過(guò)單片機(jī)80C51控制，經(jīng)液晶顯示當(dāng)前體溫。系統(tǒng)的心率測(cè)量局部主要監(jiān)測(cè)人體心率，借以發(fā)現(xiàn)人體是否處于危險(xiǎn)狀況。雖然現(xiàn)今市面上有很多體溫、心率測(cè)試儀，但針對(duì)人們身體安康需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的儀器卻很少，因此設(shè)計(jì)出可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體安康狀況的儀器十分必要。本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)作為控制平臺(tái)，系統(tǒng)采用DS18B20和壓阻式傳感器MPX2100分別作為溫度傳感器和壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)人體體溫和心率的測(cè)量，測(cè)試結(jié)果說(shuō)明了當(dāng)前人體體溫以及心率狀態(tài)，并由液晶顯示以提醒人們注意自己的身體狀況。該人體安康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用方便，無(wú)需專(zhuān)業(yè)知識(shí)，適合普通人群使用，相信這一點(diǎn)肯定會(huì)受到群眾的親睞，且具有較高的可靠性、實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、智能性和方便性。系統(tǒng)采用的傳感器都是較為先進(jìn)的測(cè)量準(zhǔn)確精度較高的傳感器，大大保證了人體安康狀況真實(shí)情況。最后，通過(guò)對(duì)硬件和軟件的調(diào)試，系統(tǒng)到達(dá)了本設(shè)計(jì)的要求。本系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，模塊化設(shè)計(jì)，軟件可維護(hù)性好。且依靠其體積小、布線簡(jiǎn)單、可靠性好、性價(jià)比擬優(yōu)良等特點(diǎn)，與同類(lèi)產(chǎn)品相比擬，有著較好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。憑借系統(tǒng)的各方面性能，相信會(huì)在實(shí)際生活中為我們帶來(lái)很大的便利，尤其是在醫(yī)院、養(yǎng)老院等需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體安康狀況的地方，因此具有一定的社會(huì)效益。依靠本系統(tǒng)良好的性能和較廣泛的應(yīng)用范圍，再加以完善，相信會(huì)可以創(chuàng)造出較好的經(jīng)濟(jì)效益。綜上所述，本設(shè)計(jì)具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。總結(jié)經(jīng)過(guò)三個(gè)月時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)鍛煉，我覺(jué)得自己對(duì)單片機(jī)知識(shí)的掌握又進(jìn)了一層。對(duì)單片機(jī)硬件構(gòu)造的研究和軟件編程的興趣增加不少。歸納起來(lái)，主要有以下幾點(diǎn)：1、有兩年多的時(shí)間都是在學(xué)習(xí)單片機(jī)原理知識(shí)，并未真正地去應(yīng)用和實(shí)踐。平時(shí)但是經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我接觸到了更多平時(shí)沒(méi)有接觸到的儀器設(shè)備、元器件發(fā)現(xiàn)了自己很多缺乏之處。我還體會(huì)到了所學(xué)理論知識(shí)的重要性：知識(shí)掌握得越多，設(shè)計(jì)得就更全面、更順利、更好。2、了解進(jìn)展一項(xiàng)相比照擬大型的科技設(shè)計(jì)所必不可少的幾個(gè)階段。畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠從理論設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐相結(jié)合、穩(wěn)固根基知識(shí)與培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)相結(jié)合、個(gè)人作用和集體協(xié)作相結(jié)合等方面全面的培養(yǎng)學(xué)生的全面素質(zhì)。我經(jīng)過(guò)這次系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)，熟悉了對(duì)一項(xiàng)課題進(jìn)展研究、設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)的過(guò)程。這些在我們?cè)趯?lái)的工作和學(xué)習(xí)當(dāng)中都會(huì)有很大的幫助。3、學(xué)會(huì)了怎樣查閱資料和利用工具書(shū)。如果想學(xué)一門(mén)知識(shí)，不能局限于一本書(shū)，應(yīng)多看幾本，既可以進(jìn)展比擬又增加了見(jiàn)識(shí)，知識(shí)會(huì)更加全面，應(yīng)用起來(lái)也更有余地。另外平時(shí)課堂上所學(xué)習(xí)的知識(shí)大多比擬陳舊，作為電子信息工程的學(xué)生，由于專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)自己更要積極查閱當(dāng)前的最新電子資料。一個(gè)人不可能什么都學(xué)過(guò)，什么都懂，因此，當(dāng)你在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要用一些不曾學(xué)過(guò)的東西時(shí)，就要去有針對(duì)性地查找資料，然后加以吸收利用，以提高自己的應(yīng)用能力，而且還能增長(zhǎng)自己見(jiàn)識(shí)，補(bǔ)充最新的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。4、畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)以前學(xué)過(guò)的理論知識(shí)起到了回憶作用，并對(duì)其加以進(jìn)一步的消化和穩(wěn)固。5、畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)了嚴(yán)肅認(rèn)真和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。而且培養(yǎng)了吃苦耐勞的精神以及相對(duì)應(yīng)的工程意識(shí)，同學(xué)之間的友誼互助也充分的在畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中表達(dá)出來(lái)了。6、發(fā)現(xiàn)了許多我以前認(rèn)識(shí)理解的誤區(qū)，因?yàn)橐郧皩W(xué)單片機(jī)時(shí)錯(cuò)誤理解了某些書(shū)上的或教師講的思想，產(chǎn)生自以為正確的假象。7、多交談或請(qǐng)教容易更直接更正確的理解并掌握知識(shí)。有些時(shí)候精神不是很集中，思想不通，但多和人交談經(jīng)人一點(diǎn)撥，有茅塞頓開(kāi)的感覺(jué)。8、在設(shè)計(jì)硬件之前，對(duì)軟件如何圍繞硬件方面心中應(yīng)比擬清楚透徹，否則將會(huì)使設(shè)計(jì)出來(lái)的硬件無(wú)法編程，成為一堆無(wú)用的東西，從而使設(shè)計(jì)走很大的彎路。本次設(shè)計(jì)的課題—人體安康監(jiān)測(cè)器的設(shè)計(jì)，是一種非常具有實(shí)用價(jià)值的電子人體根本體征〔心率、體溫〕的實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置，隨著社會(huì)的開(kāi)展，人們物質(zhì)生活水平的提高，越來(lái)越多的人開(kāi)場(chǎng)時(shí)刻關(guān)心自己以及家人的安康問(wèn)題，而基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的人體根本安康監(jiān)測(cè)器體積小、準(zhǔn)確性好、使用方法簡(jiǎn)單易懂，具有很高的性價(jià)比，因此勢(shì)必具有廣闊的市場(chǎng)前景。但本次設(shè)計(jì)但由于時(shí)間以及經(jīng)歷有限，肯定存在許多缺乏之處，希望教師能給予進(jìn)一步指正。我認(rèn)為該產(chǎn)品還有許多功能可以完善，如記憶存儲(chǔ)功能、于上位機(jī)的連接通信功能等，相信增加了這些功能本設(shè)計(jì)將更加成熟具有更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。最后，我深切體會(huì)到做事情必須耐心、細(xì)心，成功就在眼前。致謝在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我得到了電子信息工程學(xué)院各位教師和領(lǐng)導(dǎo)的細(xì)心教誨，首先對(duì)他們表示衷心的感謝。對(duì)于設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師楊教師不管問(wèn)題大小，都一一耐心講解，使我的設(shè)計(jì)論文能夠及時(shí)順利完成。另外，在設(shè)計(jì)過(guò)程中也有很多同學(xué)也給了我很多幫助，在這里也對(duì)他表示感謝?？傊兄x一切幫助和指導(dǎo)過(guò)我的人，當(dāng)然我的設(shè)計(jì)當(dāng)中還存在很多的缺乏之處，還特別需要教師的指導(dǎo)與測(cè)評(píng)。另外借此時(shí)機(jī)感謝四年以來(lái)學(xué)院的栽培。畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，培養(yǎng)了我分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，養(yǎng)成了獨(dú)立思考的習(xí)慣，研究能力有了一定程度的提高，重要的培養(yǎng)了我對(duì)本專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的興趣和愛(ài)好，這將對(duì)我畢業(yè)后努力地投身于工作崗位起到不可磨滅的作用！最后，再一次感謝四年來(lái)給予我知識(shí)的教師，感謝電子信息工程學(xué)院對(duì)我的教育和培養(yǎng)，感謝沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院為我們提供這樣一個(gè)學(xué)術(shù)氣氛濃烈的學(xué)習(xí)環(huán)境，在此請(qǐng)?jiān)试S我向母校致以最崇高的敬意！參考資料[1]何立民主編.單片機(jī)應(yīng)用文集[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2006[2]荀殿棟，徐志軍等.數(shù)字電路設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003[3]閻石主編.數(shù)字電子技術(shù)根基[M].北京:高等教育出版社，1998，12[4]張毅剛等編.新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003，7[5]張永瑞等編.電子測(cè)量技術(shù)根基[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2004，12[6]王為青.單片機(jī)KeilCx51應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2007[7]周立功.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004，8[8]趙文博、劉文濤編著.單片機(jī)語(yǔ)言C51程序設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2005[9]李伯成.基于MCS51單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)大學(xué)出版社，2004，7[10]欒桂東、張金輝.傳感器及其應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002，1[11]何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004，1[12]張迎新等．單片機(jī)初級(jí)教程-單片機(jī)根基[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2006[13]馬明建等.數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1999[14]劉文濤.單片機(jī)語(yǔ)言C51典型應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2004[15]周潤(rùn)景，袁偉亭，景曉松.Proteus在MCS-51&ARM7系統(tǒng)中的應(yīng)用百例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006[16]張靖武.單片機(jī)系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計(jì)與仿真[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007[17]朱智章編.單片機(jī)控制的多功能診治儀的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)，1996年〔6〕：198-200[18]陳道義,方聶平.一種由單片機(jī)構(gòu)成的心率測(cè)量電路[J].湖北商業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2000〔12)：68-70.[19]周梅、廖承虎、沈愛(ài)祥.基于AT89C51的多路溫度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2008〔31〕：140-142.[20]鐘全剛.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].大連：大連理工大學(xué)，2005[21]唐笑年.便攜式多功能心率監(jiān)測(cè)儀[M].吉林：吉林大學(xué)，2004[22]ATMEL．8bitMircocontrollerwith4kBytesFlashAT89C51．2000附錄Ⅰ電路原理圖附錄Ⅱ程序清單#include<reg51.h>#include<stdio.h>#include<string.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintunsignedchardispbuf[9],a=0,b=0;longjump=0;floattemp;sbitRS=P2^5;sbitRW=P2^6;sbitE=P2^7;sbitdq=P3^7;//DS18B20數(shù)據(jù)口sbitwarn=P2^0;voiddelayus(inti){while(i--);}//初始化voidinitial(){dq=0;delayus(70);dq=1;delayus(10);while(1){if(dq)break;}dq=1;delayus(11);}//寫(xiě)ds18b20voidwrite(intdat){inti;for(i=0;i<8;i++){dq=0; _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); dq=dat&0x01; delayus(5); dq=1; dat=dat>>1;}}//讀取intread(){inti,temp=0;for(i=0;i<8;i++){dq=0; dq=1; delayus(1); temp=temp>>1; if(dq==1)temp=temp|0x80; delayus(4);}return(temp);}//讀溫度f(wàn)loatds18b20(){inttemp1,temp2;dq=1;initial();write(0xcc);write(0x44);dq=1;initial();write(0xcc);write(0xbe);temp1=read();temp2=read(); return(temp1/16.0+temp2*16.0);}//***************************延時(shí)子程序***************************voiddelay(uinti){uintj;for(;i>0;i--)for(j=0;j<125;j++);}//*****