隨著人們生活水平的提高， 越來越多的人希望通過簡便的方式了解身體基本狀況。因此人體生理監(jiān)護(hù)儀開始出現(xiàn)并呈不斷增多的趨勢， 已經(jīng)由過去的單一測試儀發(fā)展為現(xiàn)在的多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀。
在實際生活中， 生理參數(shù)監(jiān)測儀多是基于PC 機(jī)平臺的多參數(shù)測量、價格昂貴、體積龐大、不便于移動。現(xiàn)在多數(shù)生理參數(shù)監(jiān)測儀無法準(zhǔn)確的實時測量人體運(yùn)動時的生理參數(shù)， 導(dǎo)致有些人特別是老年人運(yùn)動強(qiáng)度過大， 對身體造成較大傷害。而教練員因無法準(zhǔn)確掌握運(yùn)動員運(yùn)動時生理參數(shù)變化， 而不能 因材施教!， 有針對性的制定訓(xùn)練方案， 所以運(yùn)動員訓(xùn)練方式都是大眾化訓(xùn)練。綜上所述， 開發(fā)一種體積小、價格低， 基于嵌入式系統(tǒng)的便攜式生理參數(shù)監(jiān)測儀就具有重要的意義。
1 系統(tǒng)方案
本系統(tǒng)采用C8051F330 作為該系統(tǒng)的單片機(jī)。系統(tǒng)整體硬件電路包括電源電路， 脈搏傳感器電路，溫度傳感器電路， 計步電路， 聲光報警電路和LED數(shù)碼管顯示電路等， 如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)總體方案
脈搏傳感器采用HK- 2000A， 輔以電平拉高電路使輸出脈搏信號滿足單片機(jī)I/O口的輸入高低電平要求，計數(shù)通過單片機(jī)外部中斷0。溫度傳感器采用DS18B20，傳感器使用VCC供電。計步模塊使用HA35DE， 傳感器采用VCC供電， 步伐計數(shù)通過單片機(jī)外部中斷1， 路程、卡路里等計算通過公式換算。LED數(shù)碼管采用4位共陰極連體數(shù)碼管， 數(shù)碼管驅(qū)動芯片采用周立功公司的ZLG7289B; 系統(tǒng)電源采用單電源3.3 V。
2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計
2.1 脈搏與溫度測量電路設(shè)計
本系統(tǒng)采用壓力型集成脈搏傳感器HK - 2000測量人體脈搏， 直接將脈搏信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字型脈沖信號輸出， 其硬件電路如圖2 ( a)所示。脈搏傳感器輸出的脈沖信號高電平為VCC = - 1.5 V， 不足以使單片機(jī)識別為邏輯高電平， 采用分壓式電壓提升電路， 產(chǎn)生單片機(jī)可識別到脈沖信號。
本系統(tǒng)采用DS18B20 數(shù)字型溫度傳感器， 測量結(jié)果輸出為2 Byte 數(shù)字信號， 測量分辨率為0.1 °C 。溫度測量硬件電路如圖2 ( b ) 所示。
DS18B20采用VCC = 3.3 V 供電， 使I /O 線上不需要加強(qiáng)上拉， 在轉(zhuǎn)換期間能允許在單線總線上進(jìn)行其他數(shù)據(jù)交換。
圖2 脈搏測量電路與測溫電路
2.2 計步測量電路設(shè)計
本系統(tǒng)采用非電量電測法來實現(xiàn)檢測步數(shù)， 當(dāng)人行走時， 腳、腿、腰部、手臂會產(chǎn)生相應(yīng)的加速度。
通過腳的加速度對步數(shù)的檢測最準(zhǔn)確， 本設(shè)計要求攜帶方便， 故選擇利用腰部運(yùn)動來檢測步數(shù)。人體運(yùn)動示意如圖3所示， 行走過程中， 通過腰部上下的垂直運(yùn)動， 選取每次邁步時的加速度， 利用對加速度的峰值檢測得到行走的步數(shù)。
本系統(tǒng)采用3D加速度傳感器為核心來感應(yīng)人體運(yùn)動， 采用HA35DE 計步模塊測量人體運(yùn)動步數(shù)，計步測量的電路如圖4 所示。HA35DE 采用VCC =3.3 V供電， 2腳計步信號輸出為單步脈沖信號， 連接到單片機(jī)外部中斷口。
圖3 人體運(yùn)動示意圖
圖4 計步測量電路
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
3.1 總體軟件結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)采用C8051F020單片機(jī)進(jìn)行處理分析， 設(shè)置相應(yīng)的生理參數(shù)閾值并對采集信號進(jìn)行實時顯示，還可對超標(biāo)信號報警， 系統(tǒng)的軟件總體流程圖如圖5所示。
圖5 系統(tǒng)總體軟件流圖
3.2 脈搏與計步測量軟件設(shè)計
脈搏計數(shù)通過單片機(jī)外部中斷0來實現(xiàn)， 外部中斷口0工作方式為上升沿觸發(fā)方式。當(dāng)單片機(jī)檢測到有效脈沖時， 計數(shù)器加1， 到達(dá)測量時間時， 判斷脈搏數(shù)是否超過閾值， 并判斷是否進(jìn)行報警。其軟件流程圖如圖6所示。
圖6 脈搏測量流程圖
步伐計數(shù)通過單片機(jī)外部中斷1實現(xiàn)， 外部中斷口1工作方式為上升沿觸發(fā)方式， 當(dāng)單片機(jī)檢測到有效脈沖時， 計數(shù)器加1。本系統(tǒng)的計步功能塊可實現(xiàn)運(yùn)動步數(shù)測量， 運(yùn)動距離測量， 運(yùn)動消耗的能量計算， 通過按鍵切換實現(xiàn)。計步測量流程圖如圖7所示。
圖7 計步測量流程圖
4 結(jié)束語
本系統(tǒng)所設(shè)計的便攜式生理參數(shù)監(jiān)測儀能檢測人的體表溫度、脈搏、運(yùn)動步數(shù)、消耗能量等參數(shù)， 具有實時測量及顯示的功能， 可將測得的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較， 當(dāng)超過閾值時就進(jìn)行聲光報警提醒。本設(shè)計輕便小巧， 適合居家、鍛煉等使用。