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基于STM32的便攜式多功能醫(yī)用檢測儀

來源:期刊VIP網(wǎng)所屬分類:綜合論文時(shí)間:瀏覽:

  摘要:現(xiàn)在的科技迅猛發(fā)展,迫使人們的生活節(jié)奏也隨之加快,加之生活環(huán)境受污染,讓人們也不得不走出自己所熟悉的舒適圈,促使人類的健康狀態(tài)也在不斷的下滑。現(xiàn)在,大部分的身體健康監(jiān)測設(shè)備都體積笨重,且檢測的精度不高,因此一款具備高精度、小體積、便攜帶的生理監(jiān)護(hù)儀有著很大的社會(huì)價(jià)值和意義。本文所設(shè)計(jì)的便攜式多功能醫(yī)用檢測儀是以高性能的STM32單片機(jī)為控制核心,具有血氧心率等檢測功能,可實(shí)現(xiàn)對(duì)生理參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)控。該檢測儀能對(duì)人體的生理參數(shù)中的體溫、血氧、心率參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)的測量,能設(shè)置各參數(shù)的觸發(fā)值,且檢測的參數(shù)能顯示在液晶屏上,并通過WiFi ESP8266無線模塊。同時(shí),可將檢測到的參數(shù)傳輸?shù)揭苿?dòng)端手機(jī)APP上,在下位機(jī)和手機(jī)APP上發(fā)出警報(bào),提醒用戶注意當(dāng)前的身體狀況。

  關(guān)鍵詞:STM32;體溫檢測;血氧心率檢測;手機(jī)APP

傳感器論文

  1 引言

  隨著社會(huì)發(fā)展,我國國民生活消費(fèi)水平日漸提升,身體健康問題已成當(dāng)前國民主要問題。因此有一款具備高精度、小體積、便攜帶的多功能檢測儀來檢測身體生理參數(shù)指標(biāo),對(duì)了解人體身心健康有非常重要的作用。

  使用者可以通過按鍵,或者通過手機(jī)WiFi 及APP對(duì)體溫、血氧、心率等生理參數(shù)的控制值進(jìn)行本地設(shè)置和遠(yuǎn)程無線設(shè)置。當(dāng)檢測到體溫、血氧、心率中任意一項(xiàng)出現(xiàn)異常時(shí),將利用蜂鳴器作為報(bào)警器件發(fā)出警報(bào)聲,從而達(dá)到提醒的效果同時(shí)也會(huì)把報(bào)警信號(hào)發(fā)送到手機(jī)APP上。

  2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容

  血氧心率檢測系統(tǒng)是一種基于單片機(jī)控制人體生理參數(shù)的遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng),該系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的監(jiān)護(hù)儀基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的,對(duì)傳統(tǒng)監(jiān)護(hù)儀中存在的低自動(dòng)化、低精度、不具備遠(yuǎn)程監(jiān)控等缺點(diǎn)進(jìn)行了完善。為實(shí)現(xiàn)對(duì)人體生理參數(shù)的測量,將利用溫度傳感器、血氧心率傳感器對(duì)人體生理參數(shù)中的體溫、血氧、心率進(jìn)行實(shí)時(shí)的測量,檢測的體溫、心率、血氧信息將通過顯示屏給予顯示,同時(shí)也能通過無線通信技術(shù),將檢測的信息顯示在移動(dòng)端手機(jī)APP上。

  人體生理參數(shù)檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要以嵌入式處理器STM32為控制器,控制和協(xié)調(diào)各模塊間的運(yùn)行,利用溫度傳感器DS18B20檢測人體體溫,利用血氧心率傳感器MAX30102檢測人體血氧參數(shù)和心理參數(shù),通過OLED屏幕顯示檢測到的參數(shù)信息。利用無線通信WiFi模塊ESP8266實(shí)現(xiàn)檢測端與移動(dòng)監(jiān)控端手機(jī)之間信息的傳輸。當(dāng)檢測到體溫、血氧或心率參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí),通過蜂鳴器和手機(jī)APP來發(fā)出異常報(bào)警,從而提醒使用者進(jìn)行及時(shí)的預(yù)防和處理。根據(jù)控制要求,該小車主要由控制模塊、通信模塊、顯示模塊、電機(jī)模塊、傳感模塊和軟件APP等組成,其整體電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

  3 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

  3.1 控制模塊

  STM32F103C8T6處理器的運(yùn)行處理能力快,運(yùn)行頻率為72MHz。且擁有周期乘法、硬件除法的存在,因此跑指令功能特別強(qiáng)。同時(shí)核心板上自帶有復(fù)位功能,可進(jìn)行上電、斷電復(fù)位功能。有電壓檢測器,該檢測器可以通過軟件編寫程序來控制。有內(nèi)嵌RC振蕩器,其中調(diào)好的有8MHz,而標(biāo)準(zhǔn)的有40KHz。還具備RTC振蕩器為32KHz,該振蕩器具有校準(zhǔn)功能。有模數(shù)轉(zhuǎn)換器,為兩個(gè)12位高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其中具有快速控制功能的IO口37個(gè),且所有的IO口,具有映射功能,能映射到16個(gè)外部中斷。有串口通信功能,共有三組,方便多組串口通信之間的控制使用。現(xiàn)已被應(yīng)用到各種自動(dòng)化的控制系統(tǒng)中。

  在STM32F103C8T6核心板設(shè)計(jì)時(shí),為了應(yīng)對(duì)不同供電電源,加入一個(gè)穩(wěn)壓電路,從而穩(wěn)定外部輸入的電源。為了使電路中輸出的電壓紋波,得以消除,提高信號(hào)的穩(wěn)定,會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)濾波電路,主要起到抑制、防止干擾效果。

  3.2 體溫檢測模塊

  本設(shè)計(jì)中使用數(shù)字型溫度傳感器DS18B20來實(shí)現(xiàn)體溫的檢測,該溫度傳感器有著體積小、高抗性、高精度等優(yōu)點(diǎn)。溫度傳感器DS18B20使用簡單,與外部的處理器通過單總線來完成檢測信息的通信。精度高是指測量的溫度誤差小溫差不到0.5℃。分辨率高是指傳感器自帶12位分辨率,且測量的最高分辨率可達(dá)0.0625℃,分辨率可根據(jù)需求來相應(yīng)的上調(diào)或者下調(diào)。

  DS18B20在工作時(shí),傳感器中的低溫系數(shù)晶振和高溫系數(shù)晶振,這兩者所產(chǎn)生的晶體震蕩頻率,都會(huì)因受到外部的不同溫度變化而產(chǎn)生相應(yīng)的影響,如將低溫系數(shù)晶振表示為Y1,而高溫系數(shù)晶振表示Y2,當(dāng)DS18B20受到外面溫度的影響時(shí),Y1就會(huì)受到影響,但該影響相對(duì)較小,而Y2也會(huì)受到影響,但Y2的影響會(huì)發(fā)生很大。Y1所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)將輸入到計(jì)數(shù)器1中,而Y2所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)將輸入到計(jì)數(shù)器2中。如將計(jì)數(shù)器1表示為C1,計(jì)數(shù)器2表示為C2,DS18B20在開始之前就會(huì)在C1和溫度寄存器中設(shè)置一個(gè)溫度基數(shù),這個(gè)基數(shù)值是一個(gè)和-55℃溫度值相匹配的值。在DS18B20工作時(shí),C1每次接受到Y(jié)1所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)后,C1就會(huì)做出相應(yīng)的反應(yīng),即自動(dòng)對(duì)當(dāng)前的基數(shù)進(jìn)行減操作(自動(dòng)減1),直到將設(shè)置的基數(shù)值為0℃,而這時(shí)的溫度寄存器將自動(dòng)進(jìn)行加操作(自動(dòng)加1),與此同時(shí)C1也將自動(dòng)循環(huán)進(jìn)行重載基數(shù)的操作,該循環(huán)操作一直到C2數(shù)值為0℃為止,溫度寄存器中的數(shù)值將不再進(jìn)行加1操作,而下一個(gè)時(shí)鐘周期后,將讀出寄存器中的數(shù)值,此時(shí)讀出的數(shù)值便是當(dāng)前所測量的物體溫度值。

  3.3 心率血氧檢測模塊

  MAX30102傳感器測量的精度高,采用IIC輸出,功耗非常低,且能利用軟件來控制模塊的關(guān)斷。

  MAX30102血氧心率傳感器是利用光電容積法來完成血氧濃度和心率的測量,MAX30102傳感器工作時(shí),會(huì)發(fā)出一道紅外檢測光源,當(dāng)人將手指,或者手腕放到傳感器上,紅外光就會(huì)透入到人體血管,會(huì)給當(dāng)前脈搏內(nèi)的充血容積產(chǎn)生變化。

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