本實(shí)用新型屬于醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于單片機(jī)的脈搏、體溫監(jiān)測(cè)儀。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)城市人口老齡化程度的加快和物質(zhì)生活的改善，心血管、心臟病一類疾病也在不斷的增長(zhǎng)，人們對(duì)這一類疾病的預(yù)防和診斷的需求也在增長(zhǎng)。傳統(tǒng)儀器測(cè)量生命體征往往存在儀器笨重且測(cè)量過(guò)程復(fù)雜的缺點(diǎn)，因此，開(kāi)發(fā)一種便攜式且能夠隨時(shí)隨地監(jiān)測(cè)生命體征的儀器具有較高的實(shí)際意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供基于單片機(jī)的脈搏、體溫監(jiān)測(cè)儀，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的儀器笨重和測(cè)量過(guò)程復(fù)雜的問(wèn)題，具有便攜、過(guò)程簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明才有的技術(shù)方案是：本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：基于單片機(jī)的脈搏、體溫監(jiān)測(cè)儀，包括有單片機(jī)，單片機(jī)與脈搏傳感器、體溫傳感器、液晶顯示器、人工復(fù)位電路及鍵盤相連；

所述的單片機(jī)與脈搏傳感器通過(guò)脈搏傳感器電路相連，脈搏傳感器電路包括光發(fā)射電路、光電轉(zhuǎn)換電路，在光感受器用低通濾波器和由運(yùn)放MCP6001組成放大電路；采用分壓電阻設(shè)置直流偏置電壓為源電壓的1/2，使放大后的信號(hào)被單片機(jī)的P1.0口采集。

所述的脈搏傳感器電路通過(guò)脈搏傳感器連接線與單片機(jī)的P1.0口相連。

所述的液晶顯示器采用LCD12864顯示器。

所述的單片機(jī)的模擬輸入端0與脈搏傳感器電路的信號(hào)輸出線相連；單片機(jī)的電源端與脈搏傳感器電路的電源輸入線相連；單片機(jī)的地線端與脈搏傳感器電路的地線相連。

所述的脈搏傳感器采用了峰值波長(zhǎng)為515nm的綠光LED，型號(hào)為AM2520。

所述的單片機(jī)采用美國(guó)ATMEL公司的CMOS8位單片機(jī)。

本實(shí)用新型的有益效果是：

本設(shè)計(jì)利用AT89C51單片機(jī)開(kāi)發(fā)板、LCD12864顯示屏、脈搏傳感器、DS182B20溫度傳感器，組成一個(gè)便攜式監(jiān)測(cè)脈搏和體溫的生命體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該儀器的脈搏傳感器采用光電容積法，光電容積法的基本原理是利用人體組織在血管搏動(dòng)時(shí)造成透光率不同來(lái)進(jìn)行脈搏測(cè)量的。其使用的傳感器由光源和光電變換器兩部分組成，通過(guò)綁帶或夾子固定在病人的手指或耳垂上。光源一般采用對(duì)動(dòng)脈血中氧和血紅蛋白有選擇性的一定波長(zhǎng)（500nm～700nm）的發(fā)光二極管，當(dāng)光束透過(guò)人體外周血管，由于動(dòng)脈搏動(dòng)充血容積變化導(dǎo)致這束光的透光率發(fā)生改變，此時(shí)由光電變換器接收經(jīng)人體組織反射的光線，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并將其放大和輸出。由于脈搏是隨心臟的搏動(dòng)而周期性變化的信號(hào)，動(dòng)脈血管容積也周期性變化，因此光電變換器的電信號(hào)變化周期就是脈搏率。

該儀器局限了采集信號(hào)的部位只能在手指或耳垂處，若要采集其它部位的信號(hào)，可以考慮更改放大倍數(shù)或者振動(dòng)類的傳感器來(lái)解決此類問(wèn)題。

本實(shí)用新型方便人們特別是老人隨時(shí)隨地對(duì)身體情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。生命體征監(jiān)測(cè)儀是醫(yī)院不可缺少的重要設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)、連續(xù)、長(zhǎng)時(shí)間地監(jiān)測(cè)病人的重要醫(yī)學(xué)生理參數(shù)，并將獲得的數(shù)據(jù)傳送給醫(yī)護(hù)人員，以供醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行分析，使得醫(yī)護(hù)人員能夠?qū)Σ∪水?dāng)前的狀態(tài)做出正確判斷，從而做出正確的處理。便攜式生命體征監(jiān)測(cè)儀采用隨身式設(shè)計(jì)，小型輕便，能實(shí)時(shí)地進(jìn)行人體生理參數(shù)的監(jiān)護(hù)，最適合于野外及家中，并可用于普通醫(yī)院作為個(gè)人生命參數(shù)監(jiān)護(hù)設(shè)備。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)主程序流程圖。

圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型的脈搏傳感器；其中圖3（a）為脈搏傳感器的實(shí)施例外形圖，圖3（b）為圖3（a）的內(nèi)部示意圖。

圖4為本實(shí)用新型的脈搏傳感器連接線。

圖5為本實(shí)用新型的脈搏傳感器電路。

圖6為本實(shí)用新型的液晶顯示器示意圖。

圖7為本實(shí)用新型單片機(jī)寫數(shù)據(jù)到模塊示意圖。

圖8為本實(shí)用新型單片機(jī)從模塊讀取數(shù)據(jù)。

圖9為本實(shí)用新型DS18B20溫度傳感器及接口示意圖；其中圖9（a）為溫度傳感器圖；圖9（b）為接口電路示意圖。

圖10為本實(shí)用新型測(cè)溫原理圖。

圖11為本實(shí)用新型脈搏傳感器佩戴方式；其中圖11（a）為手部佩戴圖；圖11（b）為耳部佩戴示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

參見(jiàn)圖2、5，基于單片機(jī)的脈搏、體溫監(jiān)測(cè)儀，包括有單片機(jī)，單片機(jī)與脈搏傳感器、體溫傳感器、液晶顯示器、人工復(fù)位電路及鍵盤相連；所述的單片機(jī)與脈搏傳感器通過(guò)脈搏傳感器電路相連，脈搏傳感器電路包括光發(fā)射電路、光電轉(zhuǎn)換電路，在光感受器用低通濾波器和由運(yùn)放MCP6001組成放大電路；采用分壓電阻設(shè)置直流偏置電壓為源電壓的1/2，使放大后的信號(hào)被單片機(jī)的P1.0口采集。

所述的脈搏傳感器電路通過(guò)脈搏傳感器連接線與單片機(jī)的P1.0口相連。所述的液晶顯示器采用LCD12864顯示器。所述的單片機(jī)的模擬輸入端0與脈搏傳感器電路的信號(hào)輸出線相連；單片機(jī)的電源端與脈搏傳感器電路的電源輸入線相連；單片機(jī)的地線端與脈搏傳感器電路的地線相連。

本實(shí)用新型以AT89C51單片機(jī)為控制核心，通過(guò)溫度感器獲得人體溫度、脈搏傳感器來(lái)獲取人體脈搏，再由單片機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算測(cè)量值并將結(jié)果送至液晶顯示器顯示。系統(tǒng)設(shè)有鍵盤、人工復(fù)位電路。

本實(shí)用新型的運(yùn)行軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，由主程序及參數(shù)測(cè)量、液晶顯示、和鍵盤處理等若干子程序組成。系統(tǒng)主程序流程圖如圖1所示，系統(tǒng)上電后首先初始化，然后進(jìn)行各參數(shù)的測(cè)定、判斷超量報(bào)警及顯示等操作。

參見(jiàn)圖3，脈搏傳感器

傳統(tǒng)的脈搏測(cè)量方法主要有三種：一是從心電信號(hào)中提取；二是從測(cè)量血壓時(shí)壓力傳感器測(cè)到的波動(dòng)來(lái)計(jì)算脈率；三是光電容積法。前兩種方法提取信號(hào)都會(huì)限制病人的活動(dòng)，如果長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)增加病人生理和心理上的不舒適感。而光電容積法脈搏測(cè)量作為監(jiān)護(hù)測(cè)量中最普遍的方法之一，其具有方法簡(jiǎn)單、佩戴方便、可靠性高等特點(diǎn)。

連接傳感器的共有3根線，如圖4所示。標(biāo)有S的為信號(hào)輸出線（最左邊）；標(biāo)有+的為電源輸入線（中間）；標(biāo)有－的為地線（最右邊）。這3根線與下位機(jī)單片機(jī)開(kāi)發(fā)板的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：

S→A0(單片機(jī)開(kāi)發(fā)板的模擬輸入端0)；

+→5V(或3.3V)；

－→GND。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，560nm的波可以反映皮膚淺部微動(dòng)脈信息，適合用來(lái)提取脈搏信號(hào)。該脈搏傳感器采用了峰值波長(zhǎng)為515nm的綠光LED，型號(hào)為AM2520，而光接收器采用了APDS—9008，這是一款環(huán)境光感受器，感受峰值波長(zhǎng)為565nm，兩者的峰值波長(zhǎng)相近，靈敏度較高。此外，由于脈搏信號(hào)的頻帶一般在0.05～200Hz之間，信號(hào)幅度均很小，一般在毫伏級(jí)水平，容易受到各種信號(hào)干擾。在感受器后面使用了低通濾波器和由運(yùn)放MCP6001構(gòu)成的放大器，將信號(hào)放大了331倍，同時(shí)采用分壓電阻設(shè)置直流偏置電壓為電源電壓的1/2，使放大后的信號(hào)可以很好地被單片機(jī)的AD采集到。脈搏傳感器的電路如圖5所示。

參見(jiàn)圖6，圖6為液晶顯示器LCD12864的示意圖

一、液晶顯示模塊概述

12864漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字（16×16 點(diǎn)陣）、128個(gè)字符（8×16 點(diǎn)陣）及64×256 點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM）。

主要技術(shù)參數(shù)和顯示特性：

電源：VDD3.3V~+5V(內(nèi)置升壓電路，無(wú)需負(fù)壓)；

顯示內(nèi)容：128列×64行；

顯示顏色：黃綠/藍(lán)屏/灰屏；

顯示角度：6:00鐘直視；

LCD類型：STN；

與MCU接口：8位或4位并行/3位串行；

配置LED背光；

多種軟件功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等。

二、外形尺寸

外觀尺寸：93×70×12.5mm視域尺寸：73×39mm。

三、模塊引腳說(shuō)明

邏輯工作電壓(VDD)：4.5～5.5V；

電源地(GND)：0V；

工作溫度(Ta)：0～60℃(常溫)/－20～75℃（寬溫）；

四、接口時(shí)序

模塊有并行和串行兩種連接方法，8位并行讀寫時(shí)序如圖7、8所示。

串行數(shù)據(jù)傳送共分三個(gè)字節(jié)完成：

第一字節(jié)：串口控制—格式11111ABC

A為數(shù)據(jù)傳送方向控制：H表示數(shù)據(jù)從LCD到MCU，L表示數(shù)據(jù)從MCU到LCD；

B為數(shù)據(jù)類型選擇：H表示數(shù)據(jù)是顯示數(shù)據(jù)，L表示數(shù)據(jù)是控制指令；

C固定為0。

第二字節(jié)：(并行)8位數(shù)據(jù)的高4位—格式DDDD0000

第三字節(jié)：(并行)8位數(shù)據(jù)的低4位—格式0000DDDD

串行接口時(shí)序參數(shù)：(測(cè)試條件：T=25℃VDD=4.5V)。

參見(jiàn)圖9，DS18B20溫度傳感器

DS18B20數(shù)字溫度計(jì)提供9～12位攝氏溫度測(cè)量而且有一個(gè)由高低電平觸發(fā)的可編程的不因電源消失而改變的報(bào)警功能。DS18B20通過(guò)一個(gè)單線接口發(fā)送或接受信息，因此在中央處理器和DS18B20之間僅需一條連接線（加上地線）。它的測(cè)溫范圍為－55～＋125℃，并且在－10～＋85℃精度為±5℃。除此之外，DS18B20能直接從單線通訊線上汲取能量，除去了對(duì)外部電源的需求。 SHAPE\* MERGEFORMAT

高速暫存器含有兩個(gè)字節(jié)的溫度寄存器，這兩個(gè)寄存器用來(lái)存儲(chǔ)溫度傳感器輸出的數(shù)據(jù)。除此之外，高速暫存器提供一個(gè)直接的溫度報(bào)警值寄存器（TH和TL），和一個(gè)字節(jié)的的配置寄存器。配置寄存器允許用戶將溫度的精度設(shè)定為9，10，11或12位。TH，TL和配置寄存器是非易失性的可擦除程序寄存器（EEPROM），所以存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在器件掉電時(shí)不會(huì)消失。

完成溫度轉(zhuǎn)換經(jīng)過(guò)3個(gè)步驟：

1）每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行初始化操作；

2）初始化成功后發(fā)跳過(guò)ROM指令；

3）最后發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換RAM指令。這樣等轉(zhuǎn)換完成后將所測(cè)溫度值送入緩沖區(qū)以供LCD顯示，若溫度值超過(guò)預(yù)設(shè)閾值，則觸發(fā)報(bào)警提示。

從DS18B20讀取出的二進(jìn)制值必須先轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制值，才能用于字符的顯示。因?yàn)镈S18B20的轉(zhuǎn)換精度為9～12位可選的，為了提高精度采用12位。在采用12位轉(zhuǎn)換精度時(shí)，溫度寄存器里的值是以0.0625為步進(jìn)的，即溫度值為寄存器里的二進(jìn)制值乘以0.0625，

T = [ (MSB and 7) ×256 + LSB] ×0.0625 ℃。測(cè)溫原理圖如圖10所示。

單片機(jī)開(kāi)發(fā)板

AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。

功能特性概述：

P0 口：P0 口是一組 8 位漏極開(kāi)路型雙向 I／O 口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 FIash 編程時(shí)，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。

P1 口：P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／O 口，P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。

FIash 編程和程序校驗(yàn)期間，P1 接收低 8 位地址。

P2 口：P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／O 口，P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX@DPTR 指令）時(shí)，P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行 MOVX@RI 指令）時(shí)，P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中 R2 寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)，P2 亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。

P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／O 口。P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL邏輯門電路。對(duì) P3 口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3 口除了作為一般的 I／O 口線外，更重要的用途是它的第二功能。

·編程方法：

編程前，須按所設(shè)置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號(hào)。編程單元的地址加在 P1 口和 P2 口的 P2.0－P2.3（11 位地址范圍為 0000H－0FFFH），數(shù)據(jù)從 P0 口輸入， PSEN為低電平，RST保持高電平，EA／Vpp 引腳是編程電源的輸入端，按要求加上編程電壓，ALE／PROG引腳輸入編程脈沖（負(fù)脈沖）。編程時(shí)，可采用 4～20MHz 的時(shí)鐘振蕩器，AT89C51 編程方法如下：

1）在地址線上加上要編程單元的地址信號(hào)；

2）在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)；

3）激活相應(yīng)的控制信號(hào)；

4）在高電壓編程方式時(shí)，將EA／Vpp 端加上+12V 編程電壓；

5）每對(duì) Flash 存儲(chǔ)陣列寫入一個(gè)字節(jié)或每寫入一個(gè)程序加密位，加上一個(gè) ALE／PROG編程脈沖；

6）改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，重復(fù) 1—5 步驟，直到全部文件編程結(jié)束。

使用方法，按下啟動(dòng)鍵，將脈搏傳感器按照?qǐng)D11的方式佩戴，脈搏傳感器的佩戴方式一定要正確，因?yàn)?12nm的波長(zhǎng)適合采集皮膚表微動(dòng)脈的脈搏信號(hào)，而放到其他各處采集的脈搏信號(hào)很小，不是很理想。體溫傳感器放置在腋窩。

軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，由主程序及參數(shù)測(cè)量、液晶顯示、和鍵盤處理等若干子程序組成。系統(tǒng)主程序流程圖如圖1所示，系統(tǒng)上電后首先初始化，然后進(jìn)行各參數(shù)測(cè)定、判斷超量報(bào)警及顯示燈操作。