基于单片机的人体生理信号采集电路设计
基于STM32 单片机的人体称系统设计
2020年第9期Course Education Research 课程教育研究1.系统硬件设计1.1系统硬件设计总体框架系统硬件主要包含:单片机最小系统,采用STM32单片机作为控制核心;压力传感器模块,将重力转换成电压信号输出;放大器和A/D 转换模块,采用ADC-CS1237模块,将采集的模拟信号转换为单片机能接收处理的数字信号;液晶显示模块,采用LCD1602显示体重信息;复位电路,设置多个功能按键对系统进行操作;蓝牙模块,将体重信息传送到手机上。
其整体框架如图1所示。
图1系统硬件框架1.2压力传感器模块压力传感器内部有一个贴片式电阻应变片粘贴在悬梁臂一端,当悬梁臂受力时,电阻应变片的阻值随之改变,使得传感器输出电压发生改变;悬梁臂不受力时传感器输出电压为0。
压力传感器的等效电路如图2所示。
1.3放大器与A/D 转换模块ADC-CS1237模块采用CS1237作为转换芯片,用于把微小电压信号转换为具有24位精度的数字信号。
同时CS1237提供了一个低噪声、低漂移的放大器与桥式传感器差分输出连接,其基本结构如图3所示。
图3放大器基本结构ADC-CS1237模块的原理图如图4所示。
图4ADC-CS1237模块原理图基于STM32单片机的人体称系统设计邝光鸿万在红钟大林孙慧蓉邱悦(南昌航空大学信息工程学院江西南昌330000)【摘要】把压力传感器作为系统的研究对象,以STM32单片机为系统核心,设计了一个新型的智能人体称,目的在于方便快捷地测量人体体重。
该人体秤系统利用STM32单片机、压力传感器、ADC-CS1237和液晶显示器实现了人体体重信息的实时显示,并且可以通过蓝牙将体重信息传输到手机上,长时间不工作时自动关机。
该系统可以让用户保存自己的称重记录,客观又直接地观察自身的体重变化,能给用户生活带来方便。
【关键词】STM32单片机压力传感器蓝牙【Abstract 】Taking pressure sensor as the research object of the system and STM32single chip computer as the core of the system,a new type of intelligent human body scale is designed to measure body weight conveniently and quickly.The system uses STM32,pressure sensor,ADC⁃CS1237and LCD to realize the real⁃time display of human body weight information.It can also transmit the weight information to the mobile phone through Bluetooth,and shut down automatically without working for a long time.The system allows users to keep their own weighing records and observe their weight changes objectively and directly,which can bring convenience to users’life.【Keywords 】STM32MCU;pressure sensor;Bluetooth 【基金项目】南昌航空大学创新实践训练。
基于51单片机心率测量电路设计
基于51单片机心率测量电路设计作者：蒋铁生来源：《科学导报·学术》2019年第10期1.1选题背景心率是人的重要的可被测量的生理指标。
在现代社会，随着人类社会生活水平的提高，人们的生活方式和饮食结构的改变，高血压，冠心病等心脏方面的疾病渐渐成为人们的常见病。
由有关数据显示，中国城市人口每五个成年人中就有一个人患有不同程度的心血管方面的疾病。
由于心脏不健康而导致的心肌梗塞，猝死等事件时有发生，并且心脏疾病方面发病率逐年提升，发病年龄也是下降趋势。
要减小心血管疾病给人们带来的健康危害，早期有效的测量設备与判断方法是十分重要的。
心率是人体十分重要有效的信息，是可以被检测的生物信号，它是反映心脏是否正常工作的一个重要参数，可以根据心率值判断一个人是否患有心率过速，早搏等几种常见的心脏病。
因此，设计一种简单，能显示心率的仪器十分有必要。
1.2 主要内容本心率测量电路设计是一个硬软件相结合的设计类题目。
要求设计一个基于51单片机的心率的检测电路。
可以实现与心率检测功能，整个系统电路的设计功能包括：1、使用MAX30102心率传感器模块进行心率采集；2、使用STC89C52芯片为控制核心；3、使用OLED液晶进行显示。
2 总体方案设计2.1整体设计思路本设计采用的是STC89C52芯片，通过STC89C52最小系统，心率模块、液晶屏，实现心率的测量与现实。
实时的心率显示在OLED液晶上。
由于STC89C52有较多的引脚数，能实现OLED液晶驱动以及实时心率测量等这些功能。
电源部分是通过USB线来外接可移动电源或电池供电。
2.2心率测量模块光电式传感器。
光电式传感器测量方法灵活多样，可测量参数较多，具有非接触，高精度，高分辨率，高可靠性，反映快等特点。
适合用来测量心率。
测量原理：随着心脏的跳动，人体组织半透明随之改变，当血液到达人体组织时，组织班透明度减小，当血液回流心脏时，组织的半透明度加大。
这种现象在人体组织较薄的地方比较明显，例如手指尖，耳垂部位。
便携式心率采集系统设计
便携式心率采集系统设计学生：学号：指导教师：助理指导教师：专业：摘要随着生物医学工程技术的开展, 医学信号测量仪器日新月异。
生物医学测量与临床医学和保健医疗的联系日益严密。
通过对人体各种生理信号的检测，能更好的认识人体的生命现象，这其中脉搏信号包含丰富的人体健康状况信息,从中提取的心率值对人体健康有着重要的参考作用。
本文采用光电反射式传感器, 设计了一套便携式可穿戴的获取和保存脉搏信号的系统。
本设计主要是基于STM32L低功耗单片机，利用光电传感器产生脉冲信号，经过放大整形滤波后，输入单片机内AD进展采样并将数字化后的脉搏信号和计算出的心率值保存在SD卡中。
后期通过上位机软件可以观测脉搏信号，对人体健康进展评估，因此该系统适用于保健中心、医院和家庭等场所。
本设计所设计的基于单片机的便携式心率采集系统对推进脉诊技术客观化和HRV研究具有积极的促进作用。
关键词：脉搏，单片机，光电传感器，脉冲信号，便携式ABSTRACTWith the development of the biomedical engineering technology, the medical signal measuring instrument is changing everyday. Biomedical measurement and clinical medicine and health care increasingly close ties. We could better understand the phenomenon of human. life through various physiological signal detection of the human body. Pulse inclusions rich state of the health information, By using optical sensors, With the high development of electronics and puter nowadays, the pulse diagnosing technology should be objective and quantitive. this text access to the pulse signal design methods. This paper mainly introduces the concrete realization method for digital pulse counter, which uses photoelectric sensors to generate pulse signal. The pulse signal is amplified and regenerated to input into MCU to carry out corresponding control, as a result the pulse number per a minute is measured. The use of the pulse counter is quick and convenient. Through observing the pulse signal, human health can be inspected, it is usually used in health care centers and the hospitals. In my design, Portable heart rate measuring instrument based on MCU has a positive role in promoting the objective of the pulse technology.Key words：Pulse, MCU, Photoelectric Sensor, Pulse Signal, Portable目录摘要IABSTRACTIII1 绪论11242 整体系统结构62.1 脉搏测量模块772.1.2 光电式脉搏传感器711131319213 系统软件设计233.1功能配置：233.2硬件相关配置：243.3文件系统配置：24325．总结33参考文献341 绪论随着人们生活水平的提高，地球环境遭到破坏，多种疾病威胁着人们的生命,而心脏病的发作又是人们难以预防的突发致命疾病。
人体生理指标监测系统设计研究
人体生理指标监测系统设计研究一、引言人体生理指标监测系统是一种关键的医疗设备，可以对患者的生理指标进行长期监测，为医生提供详细数据分析，帮助诊断和治疗。
本文将从硬件设计和软件实现两个方面，探讨人体生理指标监测系统的设计和研究。
二、硬件设计1.选型在硬件设计中，首先需要选型。
根据监测指标不同，需要选择不同的传感器，如心率、体温、血压等。
另外还需要选取一种微控制器，并配合一块适合的开发板，如Arduino、Raspberry Pi等。
2.传感器设计传感器设计是硬件系统中最关键的部分之一，表现了监测系统的稳定性和精确度。
具体实现上，可以使用贴片电阻、电容、二极管等基本元件构成传感器，或通过购买专业的传感器模块，减少设计难度。
建议采用接口标准化的传感器模块，方便各模块的连接和操作。
3.电路设计电路设计包括传感器与微控制器之间的连接电路和供电电路。
在处理时，需要首先判定传感器输出信号的幅值范围及其调整方式。
如果信号幅值太小，可以增加模拟电路的放大倍数；如果太大，可以通过减小稳压电阻的耐受增大跌压功率或者增加负载量等方式来调整。
在供电电路方面，建议采用锂电池供电，或者外接交流电源或直流电源，以满足更长时间的监测需求。
三、软件实现1.数据采集监测系统软件的第一部分是数据采集，即监测系统与传感器之间的链接。
主要分为红外遥控器、手动分析程序以及自动化程序。
通过红外遥控器触发采集，较为便捷。
但是，人为误操作难以避免。
手动分析程序对操作人员的技术和知识水平有较高要求，自动化程序在易操作性和稳定性上具有优势。
2.数据分析当监测系统采集到数据时，需要对其进行分析处理。
对于一些短期数据，可以选择手动分析方法；而对于长时间的数据，则需要使用自动化数据分析程序。
在数据分析中，需要结合人体生理指标的特点进行特定处理，如心率和血压随时间变化的规律性、不同体温段的对照等等。
3.输出反馈最后，监测系统需要将处理和分析结果输出给操作人员或者医生。
多参数监护系统
Physiology information detecting
目 录
前 言
随着现代医学技术的发展，尤其是电子技术、计算机技术、数字信号处理技术的不断发展，监护仪作为各级各类医院中一种常用设备，得到了广泛应用。现代医学监护仪是一种以测量和控制病人生理参数，并可与已知设定参数进行比较，出现超差而发出报警的一种装置或系统。
关键字：监护仪，单片机，C8051F020,OEM模块，生理信息采集
Abstract
Electrocardiogram (ECG), blood pressure (BP), sphagnum and blood oxygen saturation (SpO2) are the most fundamental bio-indicators of human beings. It's helpful for doctors to measure these biology signals in the first-aid outside the hospital. However, most of the existing monitor systems are inconvenient to be carried and controlled. Therefore, an intillage-timed, portable, low dissipation multi-parametersmonitor system is presented in this paper.
图1－1心电图
随着心脏的搏动，心电图上出现一组特征性的波形(P,QRS,T及U),这些波形对应着心脏的基本电活动。图1-1所示是一个正常状况下的典型的完整心电波形。心电图的各个波、段和间期都有其特殊的生理意义，可作为临床分析心脏疾病的重要参考资料:
基于stm32的人体健康检测设计报告
基于stm32的人体健康检测设计报告一、引言人体健康是我们关注的重要议题之一。
随着科技的进步，人们对于健康的监测需求也越来越高。
本文将探讨基于stm32的人体健康检测设计，介绍其原理、功能和应用。
二、stm32介绍stm32是意法半导体（STMicroelectronics）推出的一款32位微控制器产品系列。
它具有高性能、低功耗和丰富的外设资源等特点，非常适合用于嵌入式系统设计。
stm32在物联网、工业控制和医疗设备等领域都有广泛的应用。
三、人体健康检测系统设计原理人体健康检测系统主要通过采集人体各项生理参数，如心率、血压、体温等，进行分析和监测。
基于stm32的人体健康检测设计需要以下几个主要组成部分：1. 传感器模块人体健康检测需要使用各种传感器进行生理参数的采集。
常见的传感器包括心率传感器、血压传感器和体温传感器等。
这些传感器能够将生理参数转化为电信号，并通过与stm32连接来实现数据传输。
2. 数据采集和处理模块stm32作为微控制器，能够实现数据采集和处理功能。
通过与传感器连接，stm32可以获取传感器产生的生理参数数据，并进行实时处理。
例如，可以计算心率的平均值、血压的变化趋势等。
3. 显示与通信模块人体健康检测系统需要将采集到的数据进行显示或传输。
基于stm32的设计中，可以使用LCD屏幕来显示人体健康相关的数据，如心率、血压和体温等。
同时，stm32还可以与其他设备进行通信，如蓝牙模块或Wi-Fi模块，将数据传输到手机或电脑上，实现远程监测。
4. 软件开发基于stm32的人体健康检测系统需要进行软件开发，包括编写数据采集和处理的程序以及用户界面的设计。
stm32可以使用各种编程语言进行开发，如C语言或嵌入式Python。
四、基于stm32的人体健康检测系统功能基于stm32的人体健康检测系统可以实现以下几个功能：1. 实时监测系统能够实时监测人体的生理参数，并将数据实时显示在LCD屏幕上。
基于单片机智能健康监护仪设计报告
基于单片机智能健康监护仪设计一、研究意义随着生活水平的不断提高，人们对健康保健和常规检查越来越重视。
而且社会老龄化的不断加剧，老年人健康问题也成为了深受社会关注的问题。
但是目前的医疗设施水平还远远不能满足社会需求。
因此，研究一种新的医疗设备势在必行。
智能健康监护仪就成为解决上述问题的有效途径。
本文研究的智能健康监护仪可以实现对病人血压、体温、心电、心音、脉搏等参数的实时监护，具有良好的可扩展性和灵活性。
本智能健康监护仪可对多项人体生理参数（体温、血压、脉搏、心电、心音）进行采集和分析，从中得到关于用户健康状况的信息。
同时，本系统还可通过多种接口将信息传送至PC，并可以通过3G网络将信息发送至手机等移动式设备。
本产品扩展性强、便携、易用，在个人保健等方面有较好的发展前景。
二、研究内容在参阅大量相关文献的基础上，研制一款便携式的智能健康监护仪。
该智能健康监护仪能对患者进行实时监护，包括对心电、心音、脉搏、体温等生理信号的采集、显示、分析处理、网络传输等。
该监护仪能通过因特网实时的将数据传输到监护中心，以实现远程实时监护，监护中心端软件实现包括对各病人生理信号数据的接收、显示、管理、分析处理等。
本项目研究包括心电、血压、脉搏、体温、呼吸、脑电等生命指征信号提取、识别及传输方法；研制人体生命指征信号检测处理模块；开发基于远程医疗信息交互系统。
本项目采用3G技术，设计一种创新型的网络式监护装置，是一种创新型的智能健康监护仪。
智能健康监护仪由专用传感器构成，传感器对所需要监测的人体生理指标比如血压、脉搏、体温、心电、心音等数据进行采集。
通过Internet网络可以将数据传输至远程医疗监护中心，由专业医疗人员对数据进行统计观察，提供必要的信息反馈和咨询服务，实现智能健康监护。
此款智能健康监护仪具有外观精致，小巧玲珑，便于携带，操作方便、简单，检测准确，性价比高等特点。
它使得被监护人能够拥有较多的自由活动空间，在获得较准确的测量指标的同时，免除人们在家庭与医院之间奔波的劳苦。
基于单片机的便携式多功能实时生理参数监测仪
基于单片机的便携式多功能实时生理参数监测仪摘要：本设计是在PROTEUS环境下完成的，以单总线数字温度传感器DS18B20、AT89C51单片机、HK-2000A集成化脉搏传感器、ND-3微振动传感器、LM041L字符型显示器构成的多功能实时生理参数监测仪系统的硬件电路及软件系统的设计。
本文介绍了PROTEUS和KEIL软件，DS18B20单线数字温度传感器、AT89C51单片机和LM041L字符型显示器的结构、性能特点以及工作原理，以及HK-2000A集成化脉搏传感器和ND-3微振动传感器的性能参数。
该系统可以完成对温度、心率、步数等参数的采集、处理和显示，并且能在这些参数超过设定的阈值时，进行报警提示。
关键词：单片机；DS18B20；LCD；PROTEUS；KEILPortable multi-function physiological parametersreal time monitor which is based on MCUAbstract：My design is depend on PROTEUS, using the extensively used single-bus digital temperature sensor DS18B20, AT89C51 MCU, HK-2000A integrated pulse sensor, ND-3 micro-vibration sensor, LM041L character display design a multi-functional real-time physiological parameters monitor,s hardware circuits and software system.PROTEUS and KEIL software, DS18B20 single-wire digital temperature sensor, AT89C51 MCU andLM041L character display structure, performance characteristics and working principles, as well as the HK-2000A integrated pulse sensors and ND-3 micro-vibration sensor performance parameters is introduced in this paper. This system can be completed on collect, processing and display the parameters the temperature, heart rate, paces, and more than these parameters in the threshold that we set for alarm.Key words：MCU; DS18B20; LCD; PROTEUS; KEIL目录引言 (1)1 系统设计简介 (2)2 元器件选择 (3)2.1 AT89C51单片机 (3)2.1.1 主要特性 (4)2.1.2 管脚说明 (5)2.1.3 振荡器特性 (6)2.1.4 芯片擦除 (7)2.2 LCD芯片 (7)2.2.1 LCD接口 (7)2.2.2 指令描述 (7)2.2.3 接口时序说明 (11)2.3 DS18B20智能温度控制器 (12)2.3.1 DS18B20的内部结构 (12)2.3.2 DS18B20温度传感器的存储器 (14)2.3.3 DS18B20使用中注意事项 (16)2.4 HK-2000A集成化脉搏传感器 (17)2.5 ND-3微振动传感器 (18)3 系统硬件电路设计 (19)3.1 Proteus软件的介绍 (19)3.1.1 Proteus软件的介绍 (19)3.1.2 proteus 的工作过程 (19)3.1.3 Proteus 软件所提供的调试手段 (20)3.1.4 Proteus和Keil uVision的联调 (20)3.2模块的说明 (21)3.2.1 复位电路部分 (21)3.2.2 晶振电路部分 (22)3.2.3 数据采集部分 (22)3.2.4 LCD显示部分 (22)3.2.5 报警电路部分 (23)3.3 整体电路图 (23)4 系统软件设计 (25)4.1 Keil uVision软件介绍 (25)4.2 程序的编写和调试 (25)4.2.1 DS18B20的工作过程 (25)4.2.2 中断服务程序 (28)4.2.3 LCD显示子程序 (29)4.2.4 系统主程序 (29)5仿真与调试 (30)6总结 (34)参考文献 (35)附录1 程序清单引言随着国民经济的不断发展，人们生活水平不断提高和完善，健康已成了人们关注的焦点和追求的目标。
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基于单片机的人体生理信号采集电路设计
【摘要】本设计了一款人体生理信号采集电路，包括体温采集，心率采集，呼吸间隔采集等，并能够显示其测量结果。
测量采用全自动的方式，通过对各项参数设定门限，可以在测量后对超出门限的参数自动给出相关说明。
体温模块采用了DS18B20温度传感器，心率模块采用了驻极体话筒来进行心音测量并计数，呼吸模块采用压电陶瓷片产生的电信号来实现呼吸的测量。
显示模块采用了12864LCD液晶显示。
【关键词】单片机；人体生理信号；信号采集
1.引言
随着人们生活水平的提高，越来越多的人希望通过简便的方式了解身体基本状况。
因此人体生理监护仪开始出现并呈不断增多的趋势，已经由过去的单一测试仪发展为现在的多参数监护仪。
在实际生活中，生理参数监测仪多是基于PC机平台的多参数测量、价格昂贵、体积庞大、不便于移动。
现在多数生理参数监测仪无法准确的实时测量人体运动时的生理参数，导致有些人特别是老年人运动强度过大，对身体造成较大伤害。
而教练员因无法准确掌握运动员运动时生理参数变化，而不能因材施教，有针对性的制定训练方案，所以运动员训练方式都是大众化训练。
开发一种体积小、价格低，基于单片机系统的便携式生理参数监测仪就具有重要的意义。
2.硬件电路设计
本设计硬件电路由STC89C51单片机、DS18B20温度传感器、压电陶瓷片620、驻极体话筒、LCD显示器、AD620运放、高低通滤波电路等部分组成，系统组成模块如图1所示。
2.1 压电陶瓷片
2.1.1压电陶瓷片工作原理
压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。
当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。
当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。
相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。
如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差。
如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。
而高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号（机
械震动），这就是我们平常所说的超声波信号。
也就是说，压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能。
2.1.2 压电陶瓷片应用设计
当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变化产生机械变形。
另一方面，当振动压电陶瓷时，则会产生一个电荷。
利用这一原理，当给由两片压电陶瓷或一片压电陶瓷和一个金属片构成的振动器，所谓双压电晶片元件，施加一个电信号时，就会因弯曲振动发射出超声波。
相反，当向双压电晶片元件发生形变时，就会产生一个电信号，所以我们利用人呼吸时胸部的扩张使压电陶瓷片发生形变，从而得到变化的电信号，然后经过整形放大，送入单片机中，单片机根据算法即可得到人呼吸的情况。
压电陶瓷片620的接线图如图2所示。
2.2 驻极体话筒
2.2.1驻极体话筒工作原理
驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两部分组成。
声电转换的关键元件是驻极体振动膜。
它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上涂了一层纯金薄膜。
然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。
膜片的涂金面向外，与金属外壳相连通。
膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开。
这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。
当驻极体膜片遇到声波振动时，声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时；改变了电容两极板之间的距离，从而引起电容的容量发生变化，由于驻极体上的电荷数始终保持恒定，根据公式：Q=CU可知当C 变化时必然引起电容器两端电压U的变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压，实现声—电的变换。
驻极体膜片与金属极板之间的电容量比较小，一般为几十pF。
因而它的输出阻抗值很高，约几十兆欧以上。
这样高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。
所以在话筒内接入一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。
场效应管的特点是输入阻抗极高、噪声系数低。
普通场效应管有源极（S）、栅极（G）和漏极（D）三个极。
这里使用的是在内部源极和栅极间再复合一只二极管的专用场效应管。
接二极管的目的是在场效应管受强信号冲击时起保护作用。
场效应管的栅极接金属极板。
这样，驻极体话筒的输出线便有两根。
即源极S，一般用蓝色塑线，漏极D，一般用红色塑料线和连接金属外壳的编织屏蔽线。
2.2.2驻极体话筒连接使用
驻极体话筒与电路的接法有两种：
源极输出：源极输出类似晶体三极管的射极输出。
需用三根引出线。
漏极D 接电源正极。
源极S与地之间接一电阻Rs来提供源极电压，信号由源极经电容C输出。
编织线接地起屏蔽作用。
源极输出的输出阻抗小于2k，电路比较稳定，动态范围大，但输出信号比漏极输出小。
漏极输出：漏极输出类似晶体三极管的共发射极放入。
只需两根引出线。
漏极D与电源正极间接一漏极电阻RD，信号由漏极D经电容C输出。
源极S与编织线一起接地。
漏极输出有电压增益，因而话筒灵敏度比源极输出时要高，但电路动态范围略小。
驻极体话筒的内部电路原理如图3所示。
Rs和RD的大小要根据电源电压大小来决定。
一般可在2.2～5.1k间选用。
例如电源电压为6V时，Rs为4.7k，RD为2.2k。
若电源为正极接地时，只须将D、S对换一下，仍可成为源、漏极输出。
不管是源极输出或漏极输出，驻极体话筒必须提供直流电压才能工作。
2.3 温度传感器
DS18B20是DALLAS公司生产的一种“单总线”温度传感器，它采用独特的单线接口方式，仅需一个端口引脚来发送或接收信息；每个DS18B20 都有一个唯一的ROM序列号，所以可以将多个DS18B20同时连在一根单总线上，进行简单的多点分布应用。