老年人健康监测系统设计
摘 要：老年人体的身体健康与安全是社会及家庭的关注焦点，对老年人的关心与照顾是我们的义务，这同样也体现了我们文明的进步性。也是全世界所面临的同一种问题。在本设计中用到的传感器模块包括血氧心率传感器、温度传感器、血压传感器。通过按键的设置可以设定想要的阈值，帮助提醒老年人对自身情况的了解。如今，我国人口老龄化的问题已经凸显出来，在大部分的老年人居家养老的情况下，对自身健康情况的监测成为了一个重要的事情。该装置成本较低，便于携带或安放置家中。具有可靠的实用性。 关键词：健康监测，血氧心率，血压
1 设计要求及系统功能分析
本设计的目的是对人体体表基本信息的测量采集，并实时显示。通过使用一系列传感器对模拟信号采集后，转化成电信号，并通过主控模块对传感器进行控制，进行数据的传输并输出显示在显示屏上。通过外接按键电路和蜂鸣器报警模块，对电路进行进一步优化，使其能够按需求控制阈值，并及时报警提示。
2 系统方案设计
在传感器选择中，利用MAX3102型传感器对模拟脉冲信号进行脉冲测量，并将其输入到单片机中进行 处理，在脉搏跳动时，手指或耳朵旁的动脉血流量会有周期性的改变，通过手指的光线强度也会在同一时刻发生改变。采用XGZP6847A进行血压检测，并将信息发送到单片机。人体体温检测则利用芯片DS18B20这个数字传感器进行测量。
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以STM32F103C8T6为核心的单片机控制人体健康监测系统，其功能为监测人体体温、脉搏心率和血氧等生理特征。
硬件系统总体设计图如图2.1所示。
图2.1 系统总体设计图
刘师培3 系统硬件设计
采用STM32F103C8T6单片机最小系统电路作为主控单片机，采用串口通讯来与各模块传感器进行通信，包括有XGZP6847A血压检测模块、TFT液晶显示模块、MAX30102血氧心率检测模块、DS18B20温度检测模块及电源和蜂鸣器报警电路、按键电路。
3.1 STM32F103C8T6单片机主控模块电路设计
STM32F103C8T6单片机主控模块电路设计如图3.1所示，PA1接血压检测模块OUT输出口。PA4接血氧心率的数据接口SDA、PA5接其时钟接口SCL，PA6接INT中断引脚。PB0、PB1、PB3、PB4分别接四个按键1、2、3、4。PB10、PB11分别连接至TFT屏显示电路的SCL、SDA数据线和时钟线，PB12至PB15分别接其复位端、数据/命令选择、SPI片选输入、背光控制输入接口。
(1) 晶振电路设计
在此芯片有两种时钟电路，一种内部低速时钟电路接32.768KHZ的石英晶体，一种外部高速时钟电路，频率范围为4MHZ-16MHZ。本设计使用外部高速时钟。
(2) 复位电路设计
采用了一个电阻和电容串联的形式，中间段连接至STM32芯片的复位管脚。刚上电时，电路为低电平，此时单片机复位，保持一段时间后NRST置为高电平。按键按下后，电路回到低电平，松开后反复上电复位的操作。
图3.1 核心板接口设计图
3.2 血氧心率监测模块设计
血氧心率检测电路图如图3.2所示。此模块采用的是MAX30102，其工作电压可选1.8-5V。该模块的血氧心率传感器芯片使用的是光电式容积脉搏描记（PPG）的方法，来接收人体的脉搏信息并加以提取。且在其内部进行运算得到结果，我们直接利用单片机的串口对其进行数据读取。
1脚接地，4脚接5V电源，2脚接单片机PA5引脚，3脚接PA4引脚，8脚接PA6引脚。
图3.2 血氧心率检测模块电路图
3.3 血压监测模块设计
血压模块采用的是型号是XGZP6847A，它在PCB板两端安装了SOP封装的压力传感器和
信号处理芯片，且集成了数码调节器。内部以单晶硅作为弹性元件，通过集成电路使一系列等电阻沿某一方向的扩散，并在感应器的空腔中连接电阻器，将单晶硅芯片放置在感应器的空腔中，在改变压强时，单晶硅会产生应变，使得其上的应变电阻随测量压力的增加而增大。然后，通过桥型电路得到相应的输出电压。其电路原理图如图3.3所示。
图3.3 血压监测模块电路原理图
3.4 温度监测模块设计
温度模块采用的是型号DS18B20，它采用单总线通信方式。DS18B20温度计具有9-12比特的解析度，最大可达750 ms的温度变换，可根据需求的不同来设置温度。且在使用中不需要任何外围元件，独立芯片即可完成工作。DS18B20返回的16位二进制数代表此刻探测的温度值，其高五位代表正负。如果高五位全部为1，则代表返回的温度值为负值。如果高五
位全部为0，则代表返回的温度值为正值。后面的11位数据代表温度的绝对值，将其转换为十进制数值之后，再乘以0.0625即可获得此时的温度值。其模块电路图如下3.4所示。
北邮urp图3.4 DS18B20温度传感器原理图
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泰囧侵权案3.5 显示模块设计
系统选用1.44TFT液晶显示模块，显示实时监测的数据。其采用128×128的分辨率，65K。屏幕通电的时候，背光源发出白光，经过导光板的发射照亮整个屏幕，扩散膜让光跟家柔和，棱镜模确保光线能往正确的方向走，然后偏光片滤掉其他方向的光，只让垂直方向的偏振光通过。且独立的晶体管可以进行连续的控制，加快了设备的反应速度。接口依次接至STM32的PB10口至PB15口，且使用3.3V电源驱动。TFT显示模块电路图如下图3.5所示。
图3.5 显示电路
3.6 报警模块设计精神医学杂志
为了方便老年人对异常情况的了解，当监测到的数值超过所设定的正常范围时，进行一个报警提示。采用的是一款有源蜂鸣器，该模块由三极管驱动蜂鸣器，PC13接蜂鸣器报警电路NPN型三极管基极，高电平驱动。蜂鸣器报警电路如下图3.6所示。
图3.6 蜂鸣器报警电路
4 系统软件设计
本部分主要是依据传感器采集到信息后对信息进行一定的处理，主要涉及的流程图如下图4.1所示。数据处理部分主要包括对血氧、心率信息的采集和换算，压力传感器中单晶硅所受压力的采集与运算线性补偿，温度检测信息的处理，最后将数据显示出来。
图4.1 程序设计流程
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