浅谈人体健康监测系统设计

张谦

（长江大学电子信息学院 434000）

浅谈人体健康监测系统设计

张谦

（长江大学电子信息学院 434000）

随着全民健康意识的普遍提高，电子科技领域对人体健康监测模块的研究逐渐进入了大众视野。本文重点讨论了基于单片机控制的人体健康监测系统的设计原理和功能定位，并结合当前的社会背景证实了人体健康监测系统的应用前景。

人体；健康；监测系统；设计

前言

人体健康监测系统主要是通过对人体体温、血压和心率的信号采集为基础，结合电子信息技术实现信号传递和数据显示的功能。目前国内外对于人体健康监测系统的设计思路具有一定的共性，即以单片机为核心，电路设计为主要手段，辅以计算机技术，实现模块化运行。

1 人体健康监测系统的整理方案和工作原理简析

心率、体温和血压是人体健康问题中经常需要检测的三个指标，我们可以通过键盘设定三种工作方式：心跳检测、人体体温检测和血压检测。其中心跳检测采用传感器将心跳转换成单片机可以接受的信号，每跳动一次就产生一个脉冲，让单片机产生一个中断，每中断一次就进行一次计数，每分钟进行一次采样进行统计心跳数。人体体温检测利用芯片DS18B20这个数字温度传感器进行温度测量。测的数据通过CD4511进行译码，输入数码管进行显示。测的数据如果超限则进行报警。血压检测利用BP01型压力传感器将压力信号转化为电信号经过运放由ADC0809转化为数字量送入单片机处理。如果血压超限则报警。

在实现设计目标的过程中，硬件起着至为关键的作用。人体健康监测器的硬件主要包括主控芯片、传感器和控制电路，芯片我们采用的是MCS-51，该芯片采用的是冯.诺伊曼提出的经典计算机体系结构框架，即一台计算机是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备共五个基本部分组成。MCS-51单片机在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O口等；传感器我们采用DS18B20，该款传感器是美国DALLAS半导体公司继DS18B20之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源；控制电路主要由以下几部分组成：时钟电路、复位电路、体温测量电路、心率测量电路、血压测量电路、显示电路以及超常报警电路。

2 模块化工作原理简析

人体健康监测系统的整理工作流程分为六大模块，分别是单片机主控模块、血压监测模块、体温检测模块、心率检测模块、显示模块以及超限报警模块。

单片机主控模块上述已经介绍过了，我们采用的是MCS-51，值得一提的是，MCS-51单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。8051共有5个中断源，即外中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个。所有中断分为高级和低级两个中断优先级。

对于血压监测模块，BP01型压力传感器是为监测血压而专门设计的，主要用于便携式电子血压计。它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龙塑料封装，具有高线性、低噪声和外界应力小的特点；采用内部标定和温度补偿方式，从而提高了测量的精度、稳定性以及可重复性，在全量程范围内，精度为±1%，零点失调不大于±300μV。

体温检测模块使用DS18B20温度传感器，它一种改进型智能温度传感器。上述提到，对于传统传感器，它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较其它传感器有了很大的优势，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。

心率检测模块采用压阻式压力传感器MPX2100，其采集心跳信号输出为电压信号，然后经过电压比较器，将采集的电压信号与阈值进行比较，若采集的电压信号高于阈值则输出1，否则输出0，然后单片机计数器进行计数，计数过程利用编程控制，计每10s脉冲个数再乘以6即为心率，同时显示部分也设定为10s更新显示一次，即可得到人体此时心率大小。

显示模块我们采用液晶显示体温以及心率值。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积打，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。同时不只能显示数字还可以显示中文汉字及各种单位。

超限报警模块，采用发光二极管作为上下限超常报警指示灯，方便人们观察。当人体温度高于或低于一定的值时系统会发光报警。同样，当心率值高于或者低于一定的值时系统会发光报警。人体正常体温范围为36～37.5℃，正常心率为60～100次/分，所以当测得的体温以及心率超出以上范围时，发光二级管发光进行报警，提示人们注意自己的身体状况。

3 人体健康监测系统应用前景分析

在科学技术突飞猛进的今天，人工智能产品起到了不可忽视的作用，尤其是各种智能化的仪器、仪表在人们日常生活和工农业生产中得到了广泛应用，给社会带来了极大的便利。本设计就是一个用单片机控制的人体健康的例子，它完成了从体温、心率的采集、转换、显示以及控制的一系列任务。传统的体温测量办法是利用体温计计，这样不仅测量时间长、读数不方便、携带不方便无法达到实时监测的目的，而且功能单一，已经不能满足人们在数字化时代的要求。本文提出了一种新型的设计方案，利用DS18B20温度传感器，通过单片机80C51控制，经液晶显示当前体温。系统的心率测量部分主要监测人体心率，借以发现人体是否处于危险状况。虽然现今市面上有很多体温、心率测试仪，但针对人们身体健康需要实时监测的仪器却很少，因此设计出可以实时监测人体健康状况的仪器十分必要。

4 结语

电子科技领域对人体健康监测系统的研究由来已久，单片机种类和各模块的设计方案也很丰富，面对残酷的市场竞争，如何研究出更智能、更精准、更便携的新型人体健康监测产品是目前业内人士共同追求的目标。

[1]张瑞.基于ZigBee的人体健康监测系统设计[D].曲阜师范大学，2014.

[2]刘伟.基于BIA的人体健康监测与智能评价系统研究[D].合肥工业大学，2013.

[3]赵春燕.基于物联网技术的人体健康监测系统研究[D].河北工程大学，2012.

TP274

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1004-7344（2016）06-0258-01

2016-2-2