大学毕业设计---脉搏波、体温无线监护系统.doc

本科毕业设计（论文）论文题目：脉搏波、体温无线监护系统学生姓名：曾冠涛专业名称：生物医学工程指导教师：方向林公共卫生学院生物医学工程教研室二零一零年六月摘 要摘 要近年来，随着无线电技术的不断创新和发展，使得无线监护在临床上的应用越来越广泛。基于此，本系统以脉搏波、体温作为监护参数，设计出一个小型无线监护系统。本设计以脉搏传感器、数字温度传感器DS18B20、射频芯片nRF401、单片机AT89S52为控制核心组成的脉搏波、体温无线监护系统。本系统由硬件和软件结合实现。硬件部份有四个模块：脉搏信号采集模块、体温采集显示与报警模块、无线发送模块、无线接收模块。脉搏信号与体温信号经过信号采集模块采集后由单片机控制信号发送模块分别将信号发送出去，由信号接收模块接收数据。接收模块使用串行通信的方式与PC机连接，以实现脉搏波形与体温数值的显示，达到无线监护的作用。本设计的控制程序采用C语言编写，上位机采用图形编程软件LabView编写。关键词：无线监护，体温，脉搏，nRF401，DS18B20 - I -AbstractABSTRACTIn recent years, with the innovates and development of the radiotechnics, the wireless monitoring system got more and more attention, therefore, this system takes the pulse and the temperature as the detection parameter, designed an the wireless monitoring system .This design use a Pulse Sensor, Temperature Sensor,nRF401,SCM AT89S52 to control the pulse and the temperature of the core wireless monitoring system .the system consists of hardware and software, The hardware has four parts: Pulse Signal Acquisition Modules, Temperature Signal Acquisitions、Display and Alerting Modules, Signal Wireless Transmission Modules, Signal Wireless Receiving Modules. The pulse signal and the temperature signal acquisitions by the Signal Acquisition Modules and then send by the Signal Transmission Modules which control by SCM, and then the Signal Receiving Modules will receive data .The Signal Receiving Modules connect with PC with serial communication to display the wave of the pulse and the value of the body temperature to achieve the wireless monitoring. The control procedures of this design use C language to program. The PC use graphics programming software - Labview to design.Key Words: Wireless monitoring，Temperature measurement，The pulse signal，NRF401，DS18B20- II -目 录目 录摘 要IABSTRACTII第一章绪论11.1脉搏信号的研究意义11.2体温测量的意义11.3本文研究内容1第二章系统设计与计算机仿真22.1系统说明及设计总体框图22.2脉搏信号采集电路及电路仿真32.2.1带通滤波器电路32.2.2主放大电路42.2.350Hz陷波电路52.2.4电平提升电路62.2.5模数转换电路72.3体温采集与显示、报警电路及仿真72.4无线模块设计8第三章上位机软件设计93.1利用LabView设计串行通信程序93.2脉搏波形显示模块103.3体温值计算与显示模块11第四章系统模块电路调试134.1脉搏信号采集与模块电路调试134.1.1主放大电路调试134.1.250Hz陷波器电路调试144.1.3电平提升电路调试144.1.4脉搏波形显示144.1.5模数转换电路调试144.2体温采集与显示、报警电路调试144.3无线发送与无线接收模块电路调试154.4脉搏波、体温无线监护系统总体调试15第五章 总结与展望175.1总结175.2不足与展望17致谢18参考文献19附录20A 软件流程图及主要代码20B nRF401编程相关资料26C MAX7219编程相关资料28D DS18B20编程相关资料30E 系统电路原理图32- IV -第一章 绪论第一章 绪论1.1 脉搏信号的研究意义脉搏是由心脏搏动而引起, 经动脉和血流传至远端的桡动脉处, 它携带有丰富的人体健康状况信息。早在公元前7世纪脉诊就成为中医的一项独特诊病方法，但自古以来中医独特的诊断方法及治病的疗效总是笼罩着一层神秘的面纱。中医一直是靠手指获取脉搏信息, 这难免存在许多主观臆断因素, 况且这种用手指切脉的技巧很难掌握,因此人们迫切期望尽早实现脉诊的科学化和现代化。随着传感器技术及计算机处理技术的发展，人们希望能够将现代技术应用于中医脉象诊断，以便更科学、更客观地揭示脉象的实质与特征。另一方面从西医的角度看,近年来人们也试图根据脉搏波的变异性来评价和诊断人体心血管系统的病变,以便能找到一个有效的心血管疾病早期无创诊断的方法。因此,对脉搏信号进行检测、采集和处理是一项重要而很有意义的基础工作,它是对脉搏信号进一步分析并依此对心脏及动脉血管系统疾病进行预报和诊断的前提。1.2 体温测量的意义正常人体温相对稳定，24小时内下午体温较早晨略高，剧烈劳动或进餐后体温也可略有升高，但一般波动范围不超过1。老年人代谢率较低，体温相对低于青壮年。妇女在月经前及妊娠期体温稍高于正常。以口腔的温度为标准，根据体温升高程度的不同，分为：低热：37.338。中等热：38.139。高热：39.141。超高热：41以上。测量体温通常使用的方法有三种：腋测法、口测法、肛测法。腋测法需要10分钟，口测法和肛测法各需要5分钟。其正常参考值如下：腋测法的正常值：3637。口测法的正常值：36.337.2。肛测法的正常值：36.537.7。根据不同被测部位的温度值可以监测到病人体温正常与否。1.3 本文研究内容本论文所研究的内容是通过对脉搏信号和体温信号的采集与处理，利用无线传输技术以达到无线监控的作用。脉搏信号采集模块获取的脉搏信号为模拟信号，模拟信号要经过模数转换后，单片机才能对脉搏信号作进一步的处理。体温信号由数字温度传感器DS18B20获取，得到的信号为数字信号，单片机可以直接处理体温信号。nRF401的发送与接收都是由单片机来控制。主机通过控制nRF401将数据流（如0x55，0xAA，0x，0x，0x）发送出去，从机控制nRF401的接收，只要从机能够连续收到识别信号（0x55，0xAA），就能够将识别信号后面的数据接收。接收后的数据再经过串行通信将数据传输到上位机以显示脉搏波形与体温读数。- 34 -第二章 系统设计与计算机仿真第二章 系统设计与计算机仿真2.1 系统说明及设计总体框图本系统主要分为五个模块：脉搏信号采集模块、体温采集显示与报警模块、无线发送模块、无线接收模块、上位机软件。信号采集模块包括以下电路：带通滤波器电路、主放大电路、50Hz陷波电路、电平提升电路、模数转换电路。无线发送模块与无线接收模块主要由单片机AT89S52与射频芯片nRF401组成。上位机软件使用LabView8.2所编写，用以显示脉搏波形与体温读数。脉搏信号通过脉搏传感器获取，信号经过采集模块的处理与优化。体温信号由数字温度传感器DS18B20获取。DS18B20利用一线总线的技术与MCU直接连接，MCU控制DS18B20的读写。脉搏信号与体温信号由发送模块分别将两种信号发送。接收模块使用串行中断的方式来接收数据，模块接收到信号（如0x55，0xAA，0x11,0x22 前两个字节是识别信号，后两个字节分别是脉搏信号与体温信号）且识别信号正确，接收模块将后两个字节通过串行通信的方式发送到PC机。下位机软件代码见附录A，编程相关资料见附录B、C、D。脉搏数据与体温数据经过上位机的处理，脉搏波形与体温读数就会显示出来，以达到监护的目的。总体设计框图如图2.1所示，系统电路原理图见附录E。上电复位报警温度调节开始脉搏信号采集放大电路滤波电路50Hz陷波电路电平提升电路A/D转换体温信号采集串行通信无线发送无线接收温度显示串行通信PC图2.1 总体设计框图2.2 脉搏信号采集电路及电路仿真2.2.1 带通滤波器电路本电路使用软件Protel DXP 2004进行原理图的绘制和电路的仿真。如图2.2所示。脉搏传感器把脉搏信号转换成电信号，从输入端输入，通过带通滤波器（使用集成运放LM358）后将信号传递到下一级放大电路。本电路的放大倍数AVF为1倍，下限频率fL=2.4183Hz,上限频率fH=52.502Hz。通频带BW=50.084Hz。计算方法为：， （2-1）本电路输入信号频率f为100Hz，基线为0V，峰峰值为2V的正弦波，经过带通滤波器后，输出信号降低1倍，频域与时域的分析结果如图2.3所示。图2.2 带通滤波器仿真电路图2.3 频域与时域的仿真分析结果2.2.2 主放大电路本电路使用软件Protel DXP 2004进行原理图的绘制和电路的仿真。如图2.4所示，本电路输入信号频率为20Hz，基线为0V，峰峰值为2V的正弦波，主放大电路使用集成运放OP07作为信号放大器。脉搏信号经过脉搏传感器转变成电信号的幅度比较大，一般可以达到500mV1V。本反相比例运算放大电路的放大倍数运算方法为： (2-2)仿真结果如图2.5所示，输入信号被放大3倍。图2.4 主放大仿真电路图2.5 时域仿真分析结果2.2.3 50Hz陷波电路本电路使用软件Protel DXP 2004进行原理图的绘制和电路的仿真。生物医学信号频带都包含交流电频率（50Hz），因此测量电路中50Hz交流电带来的干扰非常普遍，经常会用到50Hz陷波器。如图2.6所示。电路中的元件取R3=R4=R=2R5=20K，C1=C2=C=0.5C3=160nF。闭环增益、特征频率、等效品质因素分别为：， (2-3)两个截止频率为： (2-4) (2-5)阻带宽度为： (2-6)本电路输入信号频率为50Hz，基线为0V，峰峰值为2V的正弦波，信号在50Hz处衰减很大，符合电路设计要求。电路仿真的频域分析与时域分析结果如图2.7所示。图2.6 50Hz陷波器仿真电路图2.7 频域与时域的仿真分析结果2.2.4 电平提升电路本电路使用软件Protel DXP 2004进行原理图的绘制和电路的仿真。生物医学信号由传感器采集经过放大处理，得到的信号幅度范围不一定适合后续电路的要求，即有可能部份为负值或者含有的直流成分过高。在进行AD转换时若输入模拟信号幅度为负值会被当成0来处理，转换后信号重现时会出现失真，若直流成分过高，可能会造成信号幅度最大值超过了AD转换允许最大值，也会出现失真。因此在进行AD转换前就必须对信号幅度值进行相关的处理，如电平提升，如图2.8所示。本电路输入信号频率为50Hz，基线为0V，峰峰值为2V的正弦波。改变滑动电阻的位置，调整输出电压，仿真分析如图2.9所示。电压输出的计算方法为： (2-7)图2.8 电平提升仿真电路图2.9 时域仿真分析结果2.2.5 模数转换电路模数转换电路使用软件Proteus7.5进行仿真。生物信号经过放大处理后，若要送入计算机进行存储、显示等操作，必须要进行数字化转换，即将模拟信号经过模数转换，转换成数字信号。本电路使用ADC0832作为模数转换芯片。参考电压REF为5V，因此ADC0832的最小电压分辨率为REF/255。当输入电压为4V时，经模数转换后为0xCC，0xCC的十进制为204，204* REF/2554V，转换正确。当输入电压为2.5V时，经模数转换后为0x80，0x80的十进制为128，128* REF/2552.5098V，转换正确。转换结果使用8个LED来显示，LED发亮的为高电平，左边为最高位。如图2.10所示。图2.10 模数转换仿真2.3 体温采集与显示、报警电路及仿真体温信号采集使用数字温度传感器DS18B20来获取体温值。Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20测量温度范围为 -55C+125C，在-10+85C范围内,精度为0.5C。温度值显示方面是使用了集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器MAX7219，它连接微处理器与8位数字的7段数字LED显示，也可以连接条线图显示器或者64个独立的LED。其上包括一个片上的B型BCD编码器、多路扫描回路，段字驱动器，而且还有一个8*8的静态RAM用来存储每一个数据。只有一个外部寄存器用来设置各个LED的段电流。体温信号采集、显示与过热报警电路使用软件Proteus7.5进行仿真。体温测量电路使用数字温度传感器DS18B20来获取人体体温信号。DS18B20只需用一根数据线与单片机连接就可以完成数据的读写操作。DS18B20正常工作时，LED发光。系统上电复位完成后，可以设定报警温度，也可以不设定，不设定时，温度预设定为36.0。当按下开始工作按钮时，数码管就会显示预设报警温度和当前人体温度。如图2.12所示，DS18B20上显示为27.0，报警温度设定为24.7，获取温度大于报警温度，危险警告灯LED_D发光。图2.11 体温信号采集、显示与过热报警仿真2.4 无线模块设计数据的无线发送与无线接收是使用了无线射频芯片nRF401。nRF401是一个为433MHz ISM频段设计的真正单片超高频无线收发芯片它采用频移键控调制解调技术。超高频(UHF -Ultra High Frequency) 分米波段UHF波段是指频率为3003000MHz的特高频无线电波。nRF401含有两个频道，分别是433.92MHz和434.33MHz。本设计采用433.92MHz作为发送接收频道。频移键控（FSK-Frequency shift keying）是用数字信号去调制载波的频率。是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它的主要优点是: 实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。nRF401最高工作速率可以达到20kbit/s，发射功率可以调整，最大发射功率是+10dBm。天线接口设计为差分天线以便于使用低成本的PCB天线 。nRF401还具有待机模式，这样可以更省电和高效。nRF401的工作电压范围可以从 2.75V。nRF401的发送与接收处理：在系统上电复位后，nRF401首先要进行初始化，使nRF401进入到发射模式。当脉搏数据与体温数据获取后，数据发送格式为（0xFF，0xAA，0x，0x，0x），前两个字节是接收模块确认接收数据正确的标识位。第三个字节是脉搏数据，第四个字节体温数据的高8位，第五个字节是体温数据的低8位。当发送模块将数据发送出去后，接收模块是以串行中断的方式来接收数据的。如果连续接收到的数据为0xFF、0xAA，程序就会继续接收后面的三个字节数据，如果标识码错误，程序就会结束当前中断，等待下一次的中断。第三章 上位机软件设计第三章 上位机软件设计3.1 利用LabView设计串行通信程序LabView是实验室虚拟仪器工程工作台（Lab Virtual Instruments Engineering Workbench）的简称，是美国国家仪器公司（National Instruments）开发的虚拟仪器开发平台软件，它的功能强大灵活，可以广泛应用于自动测量系统、工业过程自动化、实验室仿真等各个领域。LabView使用图形化编程语言，简单直观，极大节省程序开发时间，同时LabView可提供丰富的库函数和功能模块，可完成各种各样的复杂编程任务。本系统程序使用LabView8.2来编写。此系统在软件上的设计具体有三个模块，分别是：串行通信模块、脉搏波形显示模块、体温值计算与显示模块。串行通信模块程序使用LabView中的VISA串口系列的子VI来编写。VISA是应用与仪器编程的标准I/O应用程序接口（API），VISA本身并不具有仪器编程能力，VISA是调用底层驱动器的高层API。与串口通信有关的VISA的子VI如图3.1所示。图3.1 VISA串口系列子VI串行通信模块在设计上使用了VISA串口系列中的四个子VI，分别是：VISA Configure Serial Port、VISA 读取、VISA 清空I/O缓冲区、VISA 关闭。在LabView中操作串口时，首先需要调用VISA Configure Serial Port完成串口的参数设置，包括串口资源分配、波特率、数据位、停止位、校验位和流控制。本模块中，串口资源名称会自动检测可用的IO串口，波特率使用了枚举变量来提供选择，以满足不同传输速度的要求。由于nRF401射频芯片的最大发射速度为20kb/s，所以此模块将波特率为19200作为默认选项。而数据位、停止位、校验位和流控制不作处理。以上设置如图3.2所示。图3.2 VISA Configure Serial Port串口的参数设置当设置好串口参数后就可以读取数据缓冲区内的数据。VISA 读取VI每次读取三个字节的数据，因为无线发送模块每次发送字节流为0x55，0xFF，0x，0x，0x，0x55和0xFF为识别码。无线接收模块使用串行中断来接收数据，当确认识别码正确的时候，处理器就认为本次串行中断有效，开始接收识别码后面的三个字节数据，第一个字节数据为脉搏数据，第二个字节数据为体温数据的高8位，第三个字节数据为体温数据的低8位。经过VISA 读取VI读取出来的数据为字符串数据，所以要通过字符串至字节数组和无符号单字节整型的转换。三个数据经过转换后就存放到索引数组里面，等待下一级的处理。VISA 读取VI每经过一次读取操作后，VISA 清空I/O缓冲区子VI都会将接收缓冲区内的数据清空，这样就能够显示动态的数据。当清空缓冲区操作结束后，VISA关闭VI就会结束本次通信会话。以上说明如图3.3所示。图3.3 读取数据及后续相关操作3.2 脉搏波形显示模块为了能够显示脉搏波形，必需对经过串行通信模块所传输过来的数据作进一步的处理。根据上一步的处理，已经将所需要的数据存放到了索引数组里面。从索引数组里读出索引值为0的元素。无符号单字节整型数据范围为0255，因此要将数据转换相对应的电压值以作进一步的处理。数据转换成相对应电压数值的步骤如下：首先读取一个数据（例如所读取的字节数据为0xCC，无符号单字节整型值为204），ADC0832是一个8位逐次逼近式的模数转换器件，转换后能表示的数值最大为255。ADC0832的参考电压为5V，电压值的最少分辨率为5V/2550.0196V，所以0xCC所表示的电压值为：204*5/255=4V，经转换后的数值存放到移位寄存器中。在LabView中使用XY图来显示波形数据。实现波形显示的方法如下：首先读取移位寄存器中的数据个数K，然后使用一个for循环结构选择所需要的数据个数N，K-N-1得出将要显示的数据的开始索引值。例如现在的移位寄存器中有数据（1，2，3，4，5，6，7），for循环的值为2，K-N-1=4，所以得出索引值为4。接着使用一个数组子集，将移位寄存器中的数据转换成一维数组，数组长度为for循环N的引出值，数组索引为K-N-1的值，然后将数组子集的输出端接至贝塞尔数字滤波器的输入端，贝塞尔数字滤波器输出端与for循环的i的输出端捆绑起来至XY图的输入端，XY图引出属性节点来调节电压值。这样波形就可以显示出来了。程序框图如图3.4所示。 图3.4 脉搏波形显示模块程序框图3.3 体温值计算与显示模块从串行通信模块中的索引数组中读取索引值为1和2的元素，索引值为1和2的元素再转换成无符号双字节整型。体温数据是由两个字节组成的，索引值为1的元素是体温数据的高8位，索引值为2的元素为低8位。所以要将索引值为1的元素左移8位，然后与低8位相加，变成一个双字节数据L。数字温度传感器DS18B20的最小温度分辨率为0.0625，所以温度值Value = L*0.0625（双字节数据被强制转换成双精度浮点型数据）。之后再将温度值的十位、个位、分位分别计算出来，最后分别与已经设计好的数码管显示器（数码管显示器总共有10个显示数字，范围为09，程序框图及外观如图3.5所示）连接，这样温度值就可以显示出来了。模块程序框图如图3.6所示。图3.5 数码管显示器程序框图及外观图3.6 体温值计算与显示模块程序框图第四章 系统模块电路调试第四章 系统模块电路调试4.1 脉搏信号采集与模块电路调试脉搏波传感器的种类很多，就其基本原理来分，大体有三种：液体传导式、接触传导式、光传导式。我们经常使用的是接触式和光导式。光导式脉搏传感器是采用光电传感器测量指端容积脉搏波，可分为透射式和反射式两种，容积脉搏波信号采集多用投射型光电传感器。透射测量方式如图4.1左图所示，传感器的发光管和光敏接收器件置于所测量组织相对的两侧，入射光穿过皮肤进入深层组织，除被皮肤、肌肉血液等吸收外，有一部分由于血液的漫反射回去，剩余部分则投射出来被光敏传感器件接收，它适合于测量两面距离比较短的组织，如耳垂、手指、脚趾等。本设计所使用的脉搏波传感器为光导式传感器，如图4.1右图所示。图4.1 脉搏波透射式测量方法与光导式脉搏传感器4.1.1 主放大电路调试使用数字信号波形发生器产生一个频率为20Hz，基线为0V，峰峰值为2V的正弦波。在示波器中，CH1为输入信号，CH2为输出信号。输入信号CH1经过主放大电路后，电压放大倍数为VPP（1）/VPP（2）3。根据反相比例放大电路的电压放大倍数公式计算所得出的理论结果与实际结果相接近，为了能够更灵活地调节电压的输出，反馈电阻使用了滑动变阻器以根据实际需要来调节放大倍数。调试结果如图4.2所示。图4.2 主放大电路实际调试结果 图4.3 50Hz陷波器电路实际调试结果4.1.2 50Hz陷波器电路调试使用数字信号波形发生器产生一个频率为50Hz，基线为0V，峰峰值为2V的正弦波。在示波器中，CH1为输入信号，CH2为输出信号。输入信号CH1经过50Hz陷波器后，输出信号CH2输出波形衰减倍数为VPP（1）/VPP（2）5。实际电路调试的结果与理论仿真结果相符，满足设计要求。调试结果如图4.3所示。4.1.3 电平提升电路调试使用数字信号波形发生器产生一个频率为50Hz，基线为0V，峰峰值为2V的正弦波。在示波器中，CH1为输入信号，CH2为输出信号。调节反向输出端的滑动变阻器，使输出信号CH2的波形基线往上移，波形的输出成分全为正电压，以满足AD转换的要求。此电路的实际调试结果与理论仿真结果相符合，满足电路设计需要。调试结果如图4.4所示，图中CH1输入信号与CH2输出信号的基线标识相互重叠。4.1.4 脉搏波形显示经过带通滤波器电路、主放大电路、50Hz陷波器电路、电平提升电路后，使用示波器来观察输出的脉搏波形，输出结果如图4.5所示。图4.4 电平提升电路实际调试结果 图4.5 脉搏波形输出结果4.1.5 模数转换电路调试模数转换电路使用模数转换芯片ADC0832将模拟信号转换成数字信号。ADC0832的参考电压为5V，最小分辨率为1/255。为了得到模数转换后转换的结果正确与否，此调试分别使用2.5V和4V作为ADC0832的CH0端的输入。从仿真电路中得到的结果是2.5V转换成数字信号后是0x80，4V转换后是0xCC。为了得到实际转换的结果与仿真结果是否一致，调试结果使用串口调试助手来显示。经调试后得出结果为实际转换结果与仿真转换结果基本一致，调试结果如图4.6所示。4.2 体温采集与显示、报警电路调试在系统上电复位后，首先设定好报警温度，如果没有手动设定报警温度值就直接按下开始按钮后，报警温度就会默认显示36.0。接着将DS18B20放在腋窝里，模块右边的数码管就会实时地显示当前的体温数值。如果获取的体温数字大于36.0，红色的LED灯就会常亮。如图4.7所示，模块左边显示的是默认的报警读数36.0，右边数码管显示的是当前体温读数36.4。体温数值大于报警数值，红色的LED灯常亮。图4.6 模数转换结果4.3 无线发送与无线接收模块电路调试如图4.8所示，由DS18B20获取的温度值为31.8，经过无线发送模块发送数据，无线接收模块接收数据后，使用串口调试助手显示接收的数据是否正确。如图4.9所示，串口调试助手中的第一个字节数据为脉搏数据，后面两个字节数据为体温数据，体温数据为16位数据0x01FD。体温数据转换成十进制数据为509，由数据手册得到DS18B20的最小分辨率为0.0625，所以温度值为：509*0.062531.8。由此可以得出结论：无线发送模块与接收模块通信成功。图4.7 模块电路调试结果 4.8 无线发送模块与接收模块4.4 脉搏波、体温无线监护系统总体调试将光导式脉搏传感器戴在左手中指上，数字温度传感器DS18B20放在腋窝里，如图4.10所示。温度传感器测到的体温值为36.5。数据通过无线发送模块发送，无线接收模块正确接收到数据后，通过串行传输的方式将数据传送到上位机作进一步的处理。上位机上显示脉搏波形和体温数值，结果如图4.11所示。图4.9 无线接收模块接收数据结果 图4.10 脉搏波、体温无线监护系统总体调试图4.11 上位机上显示的结果第五章 总结与展望第五章 总结与展望5.1 总结经过四个多月的努力，我的毕业设计终于完成了。从确定了脉搏波、体温无线监护系统这个论文题目之后，我也开始搜索相关的信息为我的毕业设计做好理论基础。有了相关的资料后，毕业设计就进入了另一个阶段，计算机仿真。计算机仿真为实际电路的搭建和电路运行成功都作了很好的保证。在仿真的时候，遇到的问题也比较多。主要的就是DS18B20的温度采集仿真、程序编写和nRF401的问题。因为nRF401没有仿真文件，所以最重要的无线传输这部分没有得到很好的模拟仿真，理论上没有得到很好的支持，这个也为我以后的工作留下了很大的麻烦。为了能够提高开发效率和维护方便，我使用了C语言来编写。因为之前没有接触过用高级语言来编写单片机程序，所以我也花了很多时间在编程这里，好好地理解C语言在单片机上是如何编程的。在这些基础上，就到了搭建电路的关键时刻了。因为脉搏信号采集和体温信号采集的电路部分都经过了计算机仿真，所以这个在搭建和调试也比较顺利。在无线传输这一步我就显得很被动了，因为没有经过计算机仿真，所有的过程都要在实际电路上完成，效率很低。经过几个晚上的努力，熟读nRF401的使用手册和反复的调试后，终于实现了无线传输了。上位机的编写我是使用Labview来编写的，之前在这方面有基础，所以上位机很快就编写出来了。 到了最后就整机调试了，当上位机上显示出了脉搏波形和体温读数时，我心里特别高兴，之前所付出的努力都是没有白费的！5.2 不足与展望在获取脉搏信号获取方面，由于存在高频干扰而不能很好地使信号完整。在获取体温信号方面，使用DS18B20虽然可以捕获到体温信号，但是获取所使用的时间比较长，大概要30秒左右，没有红外温度探头捕获得快。但是在成本上来说，使用DS18B20是比较经济的。在无线传输方面，由于受到硬件本身的限制，nRF401的最大发射速率为20kbs，如果有多个数据需要发射的话，可能会造成数据丢失，使波形显示不完整。在传输距离方面，nRF401的最大传输距离为400m（没有障碍的情况下），假设在医院有很多病人使用的话，效果可能较差。人数较少的情况下，本系统是可以满足的。在抗干扰方面，系统还是有点弱，在与其他设备同时使用的情况下，无线传输的信号可能会受到干扰。基于此，在加强抗干扰方面，第一，最好使用抗干扰能力强的芯片。第二，电路板最好是做成PCB板。在无线传输方面，如果要提高传输范围和速度，那就要选用发射功率更大、传输速度更快的射频发射芯片了。本系统设计的构想是让医生能够在不在病人旁边的情况下，打开电脑就能够观察到病人的实时情况。在网络共享的前提下，医生还可以查看到所有病人的情况。病人倘若病情有变，医生就可以马上得知情况，抢救病人。如果可以使用性能更好的无线传输设备，那本系统就可以发挥更好的性能了。 致谢致谢在指导老师的帮助下，毕业设计得以顺利的完成。在此感谢方向林老师给予我的大力支持与帮助！同时也感谢生物医学工程教研室的所有老师，是你们让我们不但学到了书本上的知识，也学到了很多书本上学不到东西。这些知识将让我们终身受益，谢谢您们！感谢广东医学院的培养，让我拥有更丰富的知识，拥有快乐充实的四年美好生活！参考文献参考文献1 孙悦，帅俊卿，李巧燕，杨金文.脉搏波光电传感器C.成都：四川大学物理学院.2 赵卉，马林华.基于USB接口的无线数据传输系统设计C.西安：空军工程大学工程学院.3 杨静，施丽婷.智能温度传感器DS18B20在温度控制系统中的应用C.南京：南京工业大学.4 清华大学电子学教研组编，童诗白主编：模拟电子技术基础.第二版M.北京：高等教育出版社.5 杨乐平，李海涛，杨磊.Labview程序设计与应用.第二版M.北京：电子工业出版社.6 赵亮，侯国锐.单片机C语言编程与实例M.北京：人民邮电出版社.7 杨欣，王玉凤，刘湘黔.电子设计从零开始M.北京：清华大学出版社.8 关于滤波电容、去耦电容、旁路电容作用N.9 实用电源电路制作集锦M.附 录附 录A 软件流程图及主要代码/*-数据采集与无线发送程序代码-*/*-晶振频率为22.1184MHz-*/#include#include#define unchar unsigned char#define unint unsigned int#define DQ P1_0#define CS_AD P1_1#define CLK_AD P1_2#define DO P1_3#define DI P1_4#define CS P1_5#define POWER P1_6#define TXEN P1_7#define LED P2_0#define LED_D P2_1#define CLK P2_3#define LOAD P2_4#define DIN P2_5char k = 0;unchar tag = 0;unchar count; /unchar data temp_data2 = 0x00,0x00; unchar data save = 0,0,0,0;unchar data status = 0,0,0,0;unchar data send_dat = 0xff,0x55,0x00,0x00,0x00;unint temp;unchar code led_DP = 0xfe,0xb0,0xed,0xf9,0xb3,0xdb,0xdf,0xf0,0xff,0xfb;unchar code led = 0x7e,0x30,0x6d,0x79,0x33,0x5b,0x5f,0x70,0x7f,0x7b;/*-6us延时函数-*/void delay(unint t) for (;t0;t-);/*-中断初始化函数-*/void zhongduan() IT0 = 1; IT1 = 1; EA = 1; EX0 = 1; EX1 = 1;SCON = 0x40; TH2 = 0xff;