第1章緒論1.1前言當(dāng)今社會，隨著科學(xué)技術(shù)、大數(shù)據(jù)時代的到來，特別是在計算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域，在飛快的改變著我們的生活，人們生活和工作不能沒有計算機(jī)，因此計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展非常迅速。由于微控制型處理器功能強(qiáng)、運(yùn)行速度快、價格便宜，在處理數(shù)據(jù)時具有非常大的優(yōu)勢，在實(shí)時控制的應(yīng)用中具有不可替代的作用。可廣泛的應(yīng)用于家用玩具、機(jī)器人、儀器儀表、工業(yè)控制裝置、船舶等領(lǐng)域，用于個人信息和通信產(chǎn)品的終端。隨著微控制技術(shù)的發(fā)展和單片機(jī)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的控制技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了改變，微控制技術(shù)的廣泛使用有助于進(jìn)一步推動單片機(jī)及其接口技術(shù)研究向前發(fā)展，掌握軟與硬件相結(jié)合的設(shè)計方法。人體健康監(jiān)測系統(tǒng)通過實(shí)時的通信技術(shù)對檢測到的信號進(jìn)行處理，掌握人體的基本生命體征：心率、血壓、體溫等傳統(tǒng)的測量方法，特別是血壓的測量，通常采用血壓計測量，血壓檢測過程極為復(fù)雜，不能滿足實(shí)時測量的要求，人體健康監(jiān)護(hù)儀可以測量心率、體溫、血壓，并由單片機(jī)控制。它可以供普通人使用，不需要一定的專業(yè)醫(yī)學(xué)知識。相信這會受到大多數(shù)人的喜愛。1.2人體健康監(jiān)測系統(tǒng)概述1.2.1國外研究現(xiàn)狀由于當(dāng)今社會的發(fā)展，個人健康觀念的迅速發(fā)展以及醫(yī)療設(shè)施的完善和生活條件的改善，我國家用醫(yī)療設(shè)施產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。多功能智能醫(yī)學(xué)傳感器以及多功能醫(yī)療器械的發(fā)展，推動了人類健康監(jiān)測儀器的高度集成、多功能、小型化的發(fā)展。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，人體健康監(jiān)測工具可以利用光纖、音頻、視頻等數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸，最后可以在軟件數(shù)據(jù)庫中獲取相應(yīng)的資源，開展人體健康信息智能化處理，建立疾病信息預(yù)警庫，建立傳染病和突發(fā)事件信息庫，使患者和醫(yī)生更舒適、更迅速地監(jiān)測健康，隨著時代的更替，無線電技術(shù)和計算機(jī)、電子通信等技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代化醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備能夠?qū)崟r顯示生理參數(shù)，但存在數(shù)據(jù)存儲容量量小、遠(yuǎn)距離監(jiān)測有限，以及監(jiān)測數(shù)據(jù)有誤等缺點(diǎn)。目前市場上已知的遠(yuǎn)距離人體健康監(jiān)測系統(tǒng)有一下幾類：智能手機(jī)這類人體健康檢測系統(tǒng)，體溫、血壓、心率傳輸系統(tǒng)由實(shí)時監(jiān)控通信模塊構(gòu)成，以智能手機(jī)的藍(lán)牙為通信模塊，當(dāng)病人體溫、血壓、心率等人體信號異常，或者觸發(fā)監(jiān)控按鈕時，智能手機(jī)終端系統(tǒng)可以通過遠(yuǎn)程通信模塊，隨時掌握人體重要生理參數(shù)在最后時間段的變化，并將接收到的信號存儲起來，在醫(yī)院醫(yī)療系統(tǒng)的獨(dú)立數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行識別和顯示，但是在計算機(jī)操作過程中信息非常缺乏，利用計算相應(yīng)的功能對生理信息進(jìn)行辨別計算，并對測試設(shè)備所獲得的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)估，這一類健康監(jiān)測系統(tǒng)具有實(shí)時性、信息分析、查詢、等功能上擁有很大的優(yōu)勢，監(jiān)控系統(tǒng)只能在醫(yī)院的時候使用，這種情況可以在人體健康系統(tǒng)設(shè)計完成后被消除，但是由于人體健康監(jiān)測設(shè)備的使用非常依賴于計算機(jī)技術(shù)、大數(shù)據(jù)等高科技，實(shí)時監(jiān)控人體健康設(shè)備的便攜性還有待發(fā)展，隨著現(xiàn)代無線電通訊等技術(shù)飛快地發(fā)展。人體健康監(jiān)測系統(tǒng)的研究迫在眉睫，移動智能手機(jī)終端將會被廣泛使用和投入，小型化智能傳感器的開發(fā)和使用在醫(yī)療領(lǐng)域、醫(yī)療設(shè)施等現(xiàn)代化的進(jìn)程中都有著質(zhì)的提升。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀深圳的一家公司同樣也對遠(yuǎn)程無線監(jiān)護(hù)產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)行了深度研究，公司生產(chǎn)的產(chǎn)品便攜式體溫監(jiān)護(hù)終端以及智能手機(jī)程序組成的人體健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。此款人體健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)使用動態(tài)監(jiān)測人體生理參數(shù)的的原理對用戶的體溫、血壓、心率信息進(jìn)行采集，采集的實(shí)時數(shù)據(jù)通過連接藍(lán)牙傳輸?shù)揭苿又悄苁謾C(jī)終端，當(dāng)發(fā)現(xiàn)人體的血壓、心率、體溫等生理參數(shù)異常時會產(chǎn)生一定的提示，并將不正常的測量數(shù)據(jù)傳至終端，以便進(jìn)行記錄保留，最后通過一定的濾波算法給出一定的結(jié)論。1.3研究的主要內(nèi)容和論文組織結(jié)構(gòu)第一章為論文的緒論部分，主要講人體健康監(jiān)測系統(tǒng)在我們生產(chǎn)生活中的應(yīng)用以及目前的國內(nèi)外現(xiàn)狀。第二章為系統(tǒng)方案論證。對本次設(shè)計的基礎(chǔ)原理做出解釋，主要運(yùn)用的是單片機(jī)（STM32F103x8）和MLX90615型溫度傳感器，心電頻譜顯示模塊、藍(lán)牙通信模塊、體溫測量電路、血壓測量模塊、以及各種傳感器等，經(jīng)過各方面因素的考慮，決定使用單片機(jī)（STM32F103x8）作為人體健康監(jiān)測系統(tǒng)的最小系統(tǒng)。第三章為人體健康監(jiān)測系統(tǒng)的硬件電路部分。本章介紹了本次人體健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計的原理以及設(shè)計的思路，硬件電路分為溫度監(jiān)測模塊和測溫傳感器、血壓監(jiān)測模塊以及血壓傳感器、心率傳感器、單片機(jī)（STM32F103x8）主控電路、顯示電路以及藍(lán)牙電路。第四章為人體健康監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計。本章首先對主程序流程圖進(jìn)行介紹，然后對體溫、血壓、心率模塊設(shè)計、判斷子程序和定時計數(shù)器程序的具體內(nèi)容逐一解釋，最后介紹控制程序和檢測程序的流程圖依次介紹。第五章為人體健康監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)試和性能分析。在實(shí)物上電之前，對焊板要進(jìn)行詳細(xì)的檢查，在確保沒有問題的情況下進(jìn)行上電調(diào)試。調(diào)試期間遇到的一些問題以及解決的方法。在不斷地調(diào)試后，最終實(shí)現(xiàn)能夠準(zhǔn)確無誤的測定體溫、血壓，心率等設(shè)想的功能。第2章系統(tǒng)方案論證2.1總體方案2.1.1系統(tǒng)工作原理該系統(tǒng)通過鍵盤采用三種操作模式：心臟識別、體溫異常檢測和血壓變化檢測。心跳次數(shù)的檢測通常采用一個心率傳感器，將心跳的速度轉(zhuǎn)換為一種電信號，這種信號可以被單片機(jī)所接收識別的信號。每當(dāng)心臟跳動一次，就會產(chǎn)生一個相應(yīng)的脈沖信號，這時候單片機(jī)就會產(chǎn)生停止工作進(jìn)行識別工作。每一次停止都會被計算機(jī)所記錄，每一分鐘計算機(jī)都會測兩記錄人體每分鐘的心跳個數(shù)，進(jìn)而得出一定的結(jié)論，反饋給人體進(jìn)行分析。人體的體溫檢測芯片采用的是DS18B20這個數(shù)字式溫度傳感器進(jìn)行體溫測量。測量的數(shù)據(jù)采用CD4511進(jìn)行編譯，輸入數(shù)碼管進(jìn)行辨別顯示。測量的的數(shù)據(jù)如果沒有超出設(shè)定值則不進(jìn)行進(jìn)行響鈴。血壓的測量通常一般使用市面上常用的BP01型壓力傳感器，它可以將壓力信號通過它本身轉(zhuǎn)化為一種電信號，轉(zhuǎn)化后的電信號經(jīng)過放大電路傳輸給ADC0809將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，在送至處理器進(jìn)行數(shù)值分析，進(jìn)行比對，當(dāng)血壓超過設(shè)定值時，監(jiān)護(hù)系統(tǒng)就會產(chǎn)生一定的響鈴，超出設(shè)定值越多，響鈴聲音越大。實(shí)時測量血壓等基本人體生理參數(shù)，測量的數(shù)據(jù)可與系統(tǒng)設(shè)計的上線指標(biāo)相對應(yīng)。因此該設(shè)計方案是切實(shí)可行的。2.1.2總體方案圖圖2-1總體方案圖2.2本章小結(jié)本章首先對人體健康監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的概述；隨后，對系統(tǒng)檢測到的心電信號、血壓信號、體溫信號進(jìn)行了分析。該系統(tǒng)采用的是平滑濾波與波形濾波相結(jié)合的方法，用來去除人體健康監(jiān)測系統(tǒng)的多余冗余噪聲。該方法的濾波性能高于傳統(tǒng)濾波方法，提高了系統(tǒng)的檢測精度。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)硬件概述系統(tǒng)的硬件電路分為八大部分，各模塊之間的關(guān)系如圖3-1所示，MCU通過I2圖3-1系統(tǒng)總體方案圖3.2主控MCU電路設(shè)計3.2.1外圍電路設(shè)計在硬件系統(tǒng)中STM32微處理器主要承擔(dān)處理數(shù)據(jù)的功能以及承擔(dān)相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸工作，該系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的形式較多，而且傳輸內(nèi)容復(fù)雜多樣，因此涉及到的核心算法復(fù)雜多樣、不易理解，所以人體健康監(jiān)測系統(tǒng)對微處理器的性能要求非常高，對比調(diào)研多款微處理器的性能，最終確定使用STM32F103x8這款作為人體健康監(jiān)測系統(tǒng)的微處理器。STM32F103x8它的內(nèi)核是ARM32位的，頻率可以達(dá)到72Mhz，128K字節(jié)的閃存程序存儲器，STM32F103x8有7個通道DMA控制器，支持的外設(shè)為：兩個SPI、兩個I2圖3-2MCU外圍電路圖在Vcc和GND之間接入個100pF的陶瓷電容，目的是為了在斷電狀態(tài)下保證相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容有效。PC13和PC14引腳可以通過電源進(jìn)行供電，電源開關(guān)只能吸收3毫安以下的電流，因此這些引腳輸出是有很多限制條件，在同一時間只有其中的一個可以作為輸出，輸出引腳的最大頻率為2Mhz，超過則會燒毀引腳，驅(qū)動負(fù)載的最大輸出位30Uf，因此不能作為電流源，芯片外圍還擁有兩個一個USB串口以及兩個LED指示燈。還擁有SD卡的外部接口外圍電路如圖3-2所示。3.2.2人體健康監(jiān)測系統(tǒng)的電源電路、復(fù)位電路設(shè)計1、電源電路：為了方便隨身攜帶。系統(tǒng)使用18650型鋰離子電池進(jìn)行供電，電池內(nèi)部增加了防爆保護(hù)裝置，可以有效防止電池因?yàn)橐馔舛搪吩斐扇藛T傷亡現(xiàn)象。18650的輸出電壓在3V一下，就認(rèn)為他已經(jīng)沒有多余的電量可以釋放了，過度放電將會導(dǎo)致18650型電池出現(xiàn)虧電狀態(tài)，進(jìn)而損壞電池他的最高電壓為4.2V，過高的電壓也會對電池造成破壞，影響電池的供電時間，鋰電池18650充電前一般不用將電池電量全部用完，它的內(nèi)阻阻值非常小，極大的提高電池電量的利用率，可以有很好的續(xù)航作用，與普通電池相比較這極大的延長了設(shè)備的工作時間，它的使用范圍也比較廣泛，可以用于筆記本電腦，小孩子玩得玩具，數(shù)碼電子產(chǎn)平，航空航天等，18650鋰電池最大的不足時它的大小被設(shè)定好了尺寸大小無法調(diào)整，電池保護(hù)電路如圖3-3所示。2、復(fù)位電路：復(fù)位電路是電路中非常重要的一部分。復(fù)位方式也有很多種，最常用的復(fù)位方式有四種，為了確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作，采用的是上電復(fù)位的方法可以有效地避免操作失誤造成燒毀電路，對硬件電路進(jìn)行上電復(fù)位，使電路恢復(fù)到起始狀態(tài)。在一定程度上可以減少復(fù)位電路的負(fù)載，去掉不必要的元器件，減少元器件的使用，簡化布局空間。復(fù)位電路如圖3-4所示。3.3心電、心率采集模塊設(shè)計系統(tǒng)采用的是神念科技開發(fā)的BMD101，BMD101傳感器是利用藍(lán)牙直接傳輸數(shù)據(jù)到PC機(jī)或者手機(jī)上，BMD101實(shí)行串口將傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，在智能手機(jī)終端上進(jìn)行心電圖的顯示，以及相關(guān)心率的功能，串口數(shù)據(jù)包中有幀頭、數(shù)據(jù)有效載荷，以及CRC校驗(yàn)。因?yàn)锽MD101體積小、功耗低、監(jiān)測的時候方便，因此本文采用BMD101傳感器。3.4體溫采集模塊設(shè)計系統(tǒng)的體溫采集測量模塊使用MLX90615傳感器，MLX90615是一種高精度芯片，MLX90615體積小，制作成本低、測量精度高，其測量的溫度范圍在+30～+45℃時，測量精度絕對值為0.2℃，由于它精度高，檢測精度滿足人體體溫的范圍，選用MLX90615溫度傳感器測量非常適合。一般來說，測溫的方式可以分為接觸式測溫、非接觸式測溫兩種形式。在本次疫情出現(xiàn)前，很多醫(yī)院采用的是接觸時測溫、也有非接觸式測溫，后來由于疫情的出現(xiàn)，我們國家采用的是非接觸式的紅外傳感器進(jìn)行測量體溫，不僅測溫準(zhǔn)確，而且可以有效的避免再次傳播病毒。測量人體溫度MLX90615傳感器的工作電壓是3到5V均可。由于其體積小，非常適用于小型裝置以及電池動力裝置，MLX90615的EEPROM有32個16位單元存儲單元，紅紅溫度傳感器其框圖如上圖3-6所示。 圖3-3電池保護(hù)原理圖 圖3-4系統(tǒng)復(fù)位電路圖3-5BMD101數(shù)據(jù)采集電路原理圖3.5血壓測量模塊設(shè)計3.5.1血壓測量的發(fā)展當(dāng)血液沿著人體內(nèi)的大動脈循環(huán)的時候，作用在血管壁上力的大小稱為血壓。力量越大，血壓越高。血壓是促進(jìn)血管流動的基礎(chǔ)動力之一。在此期間產(chǎn)生的血壓稱為收縮壓。當(dāng)心腔放松時，動脈中的血液流回心臟，血流速度相對較慢。目前醫(yī)院最常用的血壓計是電子血壓計。如果手臂的血液流動受到阻力，聽診器中一般是聽不到聲音。壓力停止時，袖帶內(nèi)的氣體得到緩慢的釋放，當(dāng)血液流動的阻力比較小時，血液非常容易回到流動狀態(tài)，聽診器能夠聽到血液流動的聲響，與此同時產(chǎn)生的壓力為收縮壓。袖帶內(nèi)氣體不斷釋放后，血流聲會逐漸消失。這種方法在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，時至今日醫(yī)生仍將在醫(yī)院繼續(xù)使用，但由于個人聽力問題、個人反應(yīng)時間等因素，它也具有一定的人性化可操作性。隨著時代的更替科技的發(fā)展越來越多的醫(yī)療設(shè)備都在向智能化發(fā)展。血壓計也在換代更替，由原來的第一代到第二代，再到現(xiàn)在所使用的第三代電子血壓計，在整個發(fā)展過程中?，F(xiàn)代電子血壓計有臂式、腕式兩種測量形式之分。因此血壓計的發(fā)展必然勢不可擋繼續(xù)向前發(fā)展。圖3-6紅外溫度傳感器內(nèi)部框架圖3-7MLX90615測溫電路原理圖3.5.2血壓測量工作原理根據(jù)國家最新公布的人體健康標(biāo)準(zhǔn)，成年人健康的標(biāo)準(zhǔn)是收縮壓不能低于130mmhg，舒張壓不能大于85mmHg，結(jié)合高血壓、高血脂或低血壓等疾病，選用BP300作為本次論文的血壓傳感器，BP300的測量精度為0.2%FS，可轉(zhuǎn)換為血壓的大小為6mmhg，其精度高于一般電子血壓測量的精度，因此選用BP300傳感器作為血壓計的硬件傳感器。

BP300壓力傳感器是壓阻式壓力傳感器，它的內(nèi)部是類似于匯斯通全橋電路。傳感器的放置氣嘴朝上，缺口在左側(cè)，從左下角，逆時針數(shù)分別為：1、2、3、4、5、6；其中腳位1、3、4、分別為供電電源的正負(fù)段，3、4、腳作為電源的負(fù)端，本來是開路的，在使用的時候，可以在此作補(bǔ)償或者直接連接在一塊，BP300的采用的阻抗為5k，內(nèi)部的四個電阻依據(jù)惠斯登電橋形式展開排列。如果表面受到壓力信號，電阻的阻值立刻就會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，同時也將引起電位的變化。其引腳和內(nèi)部構(gòu)造如圖3-8所示，BP300系列壓力傳感器原來是臺灣APAM公司的產(chǎn)品，現(xiàn)在已經(jīng)轉(zhuǎn)到其他工廠代工生產(chǎn)。圖3-8壓力傳感器及內(nèi)部框架由于系統(tǒng)電源電壓低，血壓信號相對比較小，處理后的血壓信號傳輸?shù)轿⑻幚砥鞯腁/D轉(zhuǎn)換模塊。人體健康監(jiān)測采用了硬件和軟件相結(jié)合的濾波手段。信號放大電路方面采用差分放大電路，目的是用來對血壓信號進(jìn)行放大。它的適用電壓范圍是+2.5V到17V，輸出的偏置電流位10nA,輸出的失調(diào)電壓為0.1mV，它擁有很寬的工作電壓范圍，它內(nèi)置6Mhz的單位增益運(yùn)算放大器。3.5.3血壓濾波器電路設(shè)計本電路采用的是BP01型壓力傳感器和運(yùn)算放大器MAX4472。BP01型壓力傳感器原理圖如圖3-9所示，BP01型壓力傳感器電源電路雙運(yùn)放組成，BP01型電路有4個運(yùn)算放大器，A3是構(gòu)成偏置電路、A4構(gòu)成跟隨器，A5對信號進(jìn)行隔離，A6構(gòu)成放大電路。目的是用于便攜式電子血壓計。MAX4472是一款有多個運(yùn)算放大器的芯片。圖3-9BP01血壓傳感器及內(nèi)部框架3.6藍(lán)牙模塊外圍電路設(shè)計系統(tǒng)的藍(lán)牙通信模塊采用CC2540芯片，CC2540的頻率為204GHz的芯片，芯片除了外接3.3V電源之外，芯片會產(chǎn)生1.8V的恒流電源，使芯片的工作時提供穩(wěn)定的電壓以CC2540為核心設(shè)計的藍(lán)牙模塊的電路原理圖如圖3-10。圖3-10藍(lán)牙傳輸電路原理圖3.7本章小結(jié)本章主要對系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)闡述，電路中涉及的模塊包括主控芯片、單片機(jī)電路、電源及復(fù)位模塊、心電圖傳感器模塊、溫度檢測模塊、血壓檢測模塊和藍(lán)牙通信模塊。在測量各模塊的數(shù)據(jù)時，一定先要檢查各模塊上電后的電壓，是否符合安全標(biāo)準(zhǔn)，在分析系統(tǒng)功能和指標(biāo)的基礎(chǔ)上，選擇STM32F103x8為核心微處理器，結(jié)合心電信號、血壓信號、體溫信號的工作原理，對血壓、溫度、心率等傳感器進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，數(shù)據(jù)的測量和信號處理，以及硬件部分各模塊的正常工作保證了硬件電路開發(fā)的可行性和有效性。第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計設(shè)計4.1Android系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境本系統(tǒng)中使用的Android系統(tǒng)，主要由Linux、函數(shù)庫層、frameWork應(yīng)用框架層、應(yīng)用層，應(yīng)用程序?qū)涌梢詧?zhí)行后臺應(yīng)用，可以用來更新數(shù)據(jù)，觸發(fā)通知，執(zhí)行一些常規(guī)處理，函數(shù)庫層是由很多的底層庫構(gòu)成，一些庫函數(shù)就是SDK（開發(fā)環(huán)境包），定義放在頭文件中，把具體的實(shí)現(xiàn)放在DLL中或者LIB中，用戶使用的時候，需要加入預(yù)先設(shè)置的頭文件，像一些經(jīng)常用到的函數(shù)，開發(fā)環(huán)境都是預(yù)先加載好了的，因此只需要加載頭文件。像一些比較大的常用函數(shù)，不經(jīng)常用的，就需要我們自己加載。進(jìn)入系統(tǒng)后一般采是從2.1版本開始的，也有更早的，在下載的時候選擇最新版本，安裝SDK版本插件，檢查是否完成。圖4-1Android系統(tǒng)體系構(gòu)架4.2Android系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.2.1血壓濾波器電路設(shè)計Android平臺根據(jù)軟件框架和實(shí)現(xiàn)功能的不同分為六大模塊，具體模塊如圖如圖4-2所示。本章節(jié)首先對人體健康監(jiān)測系統(tǒng)各個模塊進(jìn)行解釋，以及如何實(shí)現(xiàn)進(jìn)行進(jìn)一步的討論。本設(shè)計能夠幫助需要的人更好的監(jiān)測自身的健康數(shù)據(jù)，尤其是對于一些患有高血壓疾病、心臟疾病、血管疾病的人群、能夠使這些人有疾病的人群的醫(yī)療費(fèi)用大大降低，當(dāng)人體尚未感覺到疼痛或者不適的時候，該系統(tǒng)就可以做出一定的提示，引導(dǎo)人體做出一定的準(zhǔn)備工作，可以有效防止因?yàn)殄e過了搶救時間而造成不可挽回的損失。人體健康監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計成本較低、性價比高的便攜式家庭醫(yī)療。同時智能手機(jī)軟件系統(tǒng)的不斷迭代升級，能夠保證后期軟件的維護(hù)更加的方便。使人體健康檢測系統(tǒng)后期的檢測更具有說服力。圖4-2軟件功能框圖1.藍(lán)牙通信功能：藍(lán)牙通信模塊是在Android系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計的，實(shí)現(xiàn)對心電、血壓、體溫等人體健康數(shù)據(jù)的傳輸工作，搜索藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行連接，連接成功后，在將數(shù)據(jù)傳送至手機(jī)終端，對人體的健康狀況進(jìn)行反饋。

2.登錄注冊功能：該功能主要用于用戶完善個人數(shù)據(jù)信息，輸入用戶名、年齡、身高、體重等關(guān)鍵人體信息，這些數(shù)據(jù)的測量對于人體健康的評判是后期健康數(shù)據(jù)診斷的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。

3.心電顯示功能：心電圖上顯示的人體健康數(shù)據(jù)是關(guān)于人體健康重要的參數(shù)。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后實(shí)時顯示在智能手機(jī)終端上。4.血壓體溫顯示功能：測量的舒張壓、收縮壓等血壓的大小，和人體溫度由下位機(jī)提供并且保存。5.數(shù)據(jù)存儲功能：該模塊采集到的心電頻譜、血壓的大小和體溫的高低，具有數(shù)據(jù)回放功能，與此同時智能手機(jī)軟件還具有多點(diǎn)觸摸和手勢操作等識別功能，可以對心電頻譜的影像進(jìn)行放大和縮小。

6.軟件濾波功能：因?yàn)橛布y量誤差和信號干擾導(dǎo)致心電頻譜圖測得的數(shù)據(jù)圖像像不夠準(zhǔn)確。因此需要軟件濾波后在進(jìn)行校正干擾信號，消除坐標(biāo)補(bǔ)償。4.2.2藍(lán)牙通信模塊設(shè)計藍(lán)牙通信模塊是需要連接兩者，就必須通過TGDevice類來執(zhí)行兩者的連接，不然手機(jī)藍(lán)牙設(shè)備與下位機(jī)藍(lán)牙設(shè)備不通過TGDevice是不可能連接成功的。用ReadThread和ConnectionThread類來實(shí)現(xiàn)血壓、心率、體溫信號的讀取和輸入。獲取藍(lán)牙設(shè)備操作權(quán)限，同意手機(jī)相應(yīng)的插件的權(quán)限，通信模塊類圖如4-3所示:藍(lán)牙設(shè)備的通信過程包含兩個過程步驟這兩個步驟是必須要面對的，是藍(lán)牙設(shè)備連接成功的必由之路，第一步是獲取BluetoothAdapter、第二步是檢測藍(lán)牙輸出流，以及藍(lán)牙是否成功連接，與匹配的藍(lán)牙進(jìn)行連接，檢測系統(tǒng)成功通過后在獲取藍(lán)牙輸出輸入流，并將以短信的方式或者撥打手機(jī)號的方式使智能手機(jī)終端接受信息，做出一定的準(zhǔn)備工作。藍(lán)牙配對流程圖如圖4-4所示。在配對前要提前檢查藍(lán)牙的輸入輸出流的大小，以免發(fā)生錯誤的連接，導(dǎo)致連接失敗。關(guān)閉藍(lán)牙Socket，tong更改isBluetoothEnable標(biāo)志位為false。最后連接外部藍(lán)牙設(shè)備。檢查是否有連接成功的組合藍(lán)牙設(shè)備，如果有其他組合藍(lán)牙設(shè)備，請嘗試斷開連接。最后更新isB

luetoothEnable標(biāo)志位為true。圖4-3藍(lán)牙類圖4.2.3心電圖形繪制和現(xiàn)實(shí)軟件濾波模塊主要作用是為心電圖譜去除多余的干擾，其中軟件濾波算法如圖4-5所示，在進(jìn)行模塊的輸入輸出流的檢測，如果成功檢測到藍(lán)牙的輸入流以及輸出流，并且成功的配對，則下一步關(guān)閉輸入流和輸出流，如果不從在輸入流和輸出流的配對，那接下來就要檢測藍(lán)牙是否配對，若配對成功則關(guān)閉Socket，若沒有成功需要更改當(dāng)前的標(biāo)志位為faise，然后進(jìn)行下一步的匹配，直到獲得已配對的設(shè)備信息，然后在檢查配對的藍(lán)牙設(shè)備是否連接成功，成功后進(jìn)行藍(lán)牙連接，獲得需要的輸入流以及輸出流，直到系統(tǒng)提示連接成功后，在更改標(biāo)志位為true，在進(jìn)行藍(lán)牙的輸出，返回到最初連接的藍(lán)牙設(shè)備，記錄已配對的設(shè)備信息，進(jìn)行再次連接。 圖4-4藍(lán)牙連接配對流程圖軟件濾波模塊的作用是消除對心電頻譜的干擾，如果不進(jìn)行消除將會對檢測到的信號產(chǎn)生干擾，影響系統(tǒng)測量的精度，如果其他信號干擾心電頻譜，軟件濾波模塊將會對該信號產(chǎn)生攔截，防止信號進(jìn)入MCU,干擾檢測的精度，檢測的信號首先要經(jīng)過濾波算法的處理，然后在去除掉掉其他的干擾信號，大同小異，同樣的方法將濾波的算法封裝在SmoothingFilter類之中，這樣返回值為傳輸數(shù)據(jù)Params的濾波處理結(jié)果，程序表示為return，其中軟件濾波算法類圖如圖4-5所示。首先將二次樣條小波濾波器處理的數(shù)據(jù)打包成數(shù)組，然后儲存在FilterList中，因?yàn)長ist是一個長度可以調(diào)節(jié)的的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每次長度的變化都是成比例的增加或減少，按照原來的長度增加或減少初始化儲存地址的大小，當(dāng)我們存儲數(shù)組時，就需要申請很多儲存地址，然而很多存儲地址并沒有用，所以到最后都要調(diào)用trim方法來減少地址的過度占用。首先讀取List獲得坐標(biāo)數(shù)據(jù)，以及讀取它的時間數(shù)據(jù)，識別以上數(shù)據(jù)是，在進(jìn)行濾波器參數(shù)的初始化，選擇濾波的區(qū)間，選定特征波形，最后降低噪聲信號。軟件濾波的流程圖如圖4-6所示。圖4-5濾波算法類圖4.3下位機(jī)軟件設(shè)計計算機(jī)系統(tǒng)接受了整個人體健康監(jiān)測設(shè)備的傳感器信號，進(jìn)行集中處理，然后將計算機(jī)得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺匦酒M(jìn)行分析，主控芯片然后根據(jù)生理參數(shù)協(xié)議進(jìn)行下一步分析，主控芯片得到的生理實(shí)時數(shù)據(jù)在與人體健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)定的初值進(jìn)行對比。獲得的人體實(shí)時生理數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至移動監(jiān)控平臺。主控中心程序流程圖如圖4-7所示。健康數(shù)據(jù)監(jiān)控設(shè)備與智能手機(jī)之間采用藍(lán)牙通信方式進(jìn)行連接。在此過程中，藍(lán)牙模塊的工作模式是通過傳輸模式進(jìn)入手機(jī)，藍(lán)牙模塊的配置主要通過AT命令來實(shí)現(xiàn)與監(jiān)測系統(tǒng)的交流。因此藍(lán)牙模塊可以直接傳輸人體健康監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)。單片機(jī)STM32F103RCT6和藍(lán)牙模塊通過UART3串口進(jìn)行連接。4.3.1心電心率傳輸協(xié)議BMD101與MCU通信傳輸?shù)臄?shù)字接口為UART。該接口是一個標(biāo)準(zhǔn)的UART接口。對于BMD101的所有數(shù)據(jù)都是通過UART接口傳送的。BMD101提取的數(shù)據(jù)以字節(jié)異步串行數(shù)據(jù)流，只有對數(shù)據(jù)包傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行解析，才能獲得實(shí)時采集的心電、心率、血壓等數(shù)據(jù)。BMD101是一個簡單的數(shù)據(jù)格式，串口數(shù)流控制，主要區(qū)分8字節(jié)數(shù)據(jù)是實(shí)時采集的心電電壓數(shù)據(jù)，第512個數(shù)據(jù)時實(shí)時采集的是心率數(shù)據(jù)，如果采集的心率只需要提取第512個數(shù)據(jù)就行，一秒一個大約，數(shù)據(jù)就按數(shù)據(jù)流來取，串口接受做緩存。4.3.2體溫傳感器傳輸協(xié)議MLX90615溫度傳感器在測量過程中，可以同時測量被測物體表面溫度和外界環(huán)境溫度的數(shù)值，其內(nèi)部的EEPROM中有32個存儲單元，大小為16位寄存器。同時MLX90615采用I2C 圖4-6濾波算法執(zhí)行流程圖圖4-7主控中心程序流程圖MLX90615得益于低噪聲放大器，高分辨率16位ADC和功能強(qiáng)大的DSP單元MLX90325，Melexis能夠提供精度較高的分辨率。4.3.3血壓檢測程序設(shè)計本次畢業(yè)論文中的電子血壓計主要是為了測量人體的是舒張壓和收縮壓，使用STM32F103x8單片機(jī)作為控制中心，使用STM32F103x8中的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊得到人體血壓值的高低，通過串口與藍(lán)牙之間傳輸血壓數(shù)據(jù)，血壓檢測程序流程圖如圖4-9所示。STM32F103x8是中等容量產(chǎn)品，內(nèi)置128k閃存，用于存放程序，CRC計算單元使用多項(xiàng)式發(fā)生器，由一個32位的數(shù)據(jù)得到一個CRC碼，CRC計算單元可以用作計算機(jī)軟件的簽名，STM32F103x8內(nèi)置中斷控制器，能夠處理43個中斷通道，以及16個優(yōu)先級。系統(tǒng)時鐘啟動時，復(fù)位時內(nèi)部8Mhz的RC振蕩器被默認(rèn)為CPU時鐘信號，再啟動模式時候自舉模式有三種，自舉程序存放于系統(tǒng)存儲器中，可以通過USART1對閃存進(jìn)行編程，它的DMA控制器支持緩沖區(qū)管理，避免控制器出現(xiàn)中斷，每一個通道都有硬件電路DMA請求邏輯，同時能夠觸發(fā)每個通道，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入初始化狀態(tài)時，按下采樣開始按鈕，若閥門打開則開始給系統(tǒng)進(jìn)行充氣，如果閥門沒有打開則繼續(xù)按下開始按鈕進(jìn)行充氣，直到充氣完成后，關(guān)閉充氣閥門，進(jìn)行血壓數(shù)據(jù)的采集，采集到的數(shù)據(jù)輸送到單片機(jī)中進(jìn)行計算血壓的大小，然后通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送至前端。若按下開始按鈕后充氣閥打開了，但沒有開始充氣則需要等待幾秒，在按下開始按鈕，打開充氣閥門后需要等待一定時間，充氣完成后在緩慢關(guān)閉關(guān)閉充氣閥，然后進(jìn)行計算血壓，將數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。圖4-8數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖4.4本章小結(jié)本章一開始對Android智能手機(jī)系統(tǒng)的軟件開發(fā)進(jìn)行了簡單的概述，而且對編程所需要的語言所需要的庫函數(shù)進(jìn)行了介紹，系統(tǒng)性的闡述了人體健康監(jiān)測系統(tǒng)中軟件設(shè)計開發(fā)的過程中的要點(diǎn)，系統(tǒng)的軟件設(shè)計分分兩大部分，包括Android智能手機(jī)平臺下進(jìn)行計算分析的軟件設(shè)計，以及硬件平臺下對外圍核心電路MCU的編程開發(fā)。Android軟件平臺下主要是七大部分軟件的設(shè)計，通信傳送模塊、藍(lán)牙通信模塊設(shè)計、顯示模塊、心電圖形繪制、編程模塊的軟件濾波算法、數(shù)據(jù)采集模塊以及數(shù)據(jù)顯示模塊的開發(fā)設(shè)計。這些模塊的設(shè)計開發(fā)以及系統(tǒng)軟件硬件的編程具有潛在的聯(lián)系，人體健康監(jiān)測系統(tǒng)采用的是軟件與硬件相結(jié)合的方法。硬件平臺下對于心電、血壓、體溫傳感器等模塊的設(shè)計和使用得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了說明，期間要學(xué)習(xí)一定的編程能力。軟件的設(shè)計能夠及時對硬件電路采集的信號做出分析，滿足人體健康監(jiān)測系統(tǒng)功能的軟硬件開發(fā)。圖4-9血壓檢測流程圖

第5章人體健康監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)試與性能分析經(jīng)過了方案論證，硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，接下來就是將理論變成實(shí)物。由于洞洞板焊盤不美觀，高頻時容易受到干擾，所以本次實(shí)物制作利用AltiumDesigner制作電路圖，用PCB腐蝕板。然后對各元器件進(jìn)行焊接，最終得到實(shí)物，通過分析調(diào)試實(shí)現(xiàn)金屬探測器的功能。實(shí)物圖如下：5.1人體健康檢測系統(tǒng)的總體性能分析本次論文了一種以單片機(jī)為為控制中心，以及以手機(jī)終端為輸出設(shè)備的人體健康監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對人體體溫、血壓、心率實(shí)時監(jiān)測的檢測。手機(jī)的終端接收到微控制中心機(jī)發(fā)送的實(shí)時信息進(jìn)行分類處理，以及根據(jù)人體的不同狀態(tài)和不同信號，給與人體相應(yīng)的回復(fù)，用戶能夠隨時隨地查看往期身體健康指標(biāo)和測試記錄。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，采用模塊化設(shè)計方法，易于擴(kuò)展和融合。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，人體健康監(jiān)測系統(tǒng)在實(shí)際生活應(yīng)用過程中具有較高的靈敏度，能夠滿足普通家庭實(shí)時監(jiān)測人體各項(xiàng)指標(biāo)的需求。因?yàn)樵O(shè)計成本較低、使用方便，具有一定的市場應(yīng)用前景。圖5-3LCD1602顯示實(shí)況在實(shí)物焊接完成后，接下來就是對實(shí)物的運(yùn)行調(diào)試了，具體操作過程如下：（1）首先我們應(yīng)該仔細(xì)檢查實(shí)物面板的焊接情況，以及檢查各模塊的情況，可以避免很多接觸不良問題的產(chǎn)生，但這不是我們掉以輕心的理由，仔細(xì)檢查每個焊點(diǎn)是否缺漏，焊接錯誤等問題。（2）使用萬用表檢查焊接處是否存在短路、斷路的現(xiàn)象。（3）在沒有進(jìn)行上述操作前，實(shí)物不可以通電。若都沒有問題，再給實(shí)物進(jìn)行第一次通電。此時使用萬用表測量各元件兩端電壓是否符合設(shè)計。（4）電絡(luò)鐵接地線與電源接地線必須相連在一起。（5）焊錫未凝固時不要大幅度的晃動元器件，防止沒有焊接成功。（6）焊接人員要戴靜電手套，防止觸電對人體的皮膚造成危害。5.2人體健康監(jiān)測系統(tǒng)調(diào)試過程遇到的問題在對焊板進(jìn)行認(rèn)真的檢查與校對之后，并未發(fā)現(xiàn)邏輯性問題，我如釋重負(fù)，終于快要結(jié)束了?？删驮谖议_心的同時，我對實(shí)物電路通電，發(fā)現(xiàn)LCD1602液晶顯示器不顯示測量的數(shù)字。感覺空氣又變的緊張起來。我冷靜的應(yīng)對，先是用萬用表測量電源與地之間的電壓，測量結(jié)果為5V，說明電壓正常，接地正常。緊接著測量單片機(jī)30腳與地之間的電壓，還是讓我找到了問題所在，將問題解決后，我也可以放下心了，在換掉兩個電容之后，LCD1602顯示正常了。我們知道，MLX90615對溫度的敏感程度非常強(qiáng)，極易損壞，這也是也是一些不可避免的因素，我們要根據(jù)正常環(huán)境下溫度的高低設(shè)置與人體健康溫度相近的溫度值。在我設(shè)置室內(nèi)溫度為22℃時，又發(fā)現(xiàn)了一個問題，正常環(huán)境中的當(dāng)前值不穩(wěn)定，變化很大，這個問題將直接影響到我實(shí)物檢測人體健康的結(jié)果。查閱大量資料，詢問老師，最后找到造成這個問題的原因，并且成功解決問題。5.3本章小結(jié)本章對實(shí)物焊接完成后進(jìn)行一系列分析和調(diào)試。在未通電之前，檢查人體健康監(jiān)測系統(tǒng)的硬件電路是否存在缺焊、漏焊、開路和短路等問題。若有問題必須停止上電，在問題解決之后，對硬件電路進(jìn)行上電，測量各點(diǎn)電壓是否符合設(shè)計要求。在上電后發(fā)現(xiàn)了一些問題，如頻率不穩(wěn)定，做出一系列的檢查和分析，最終將這些問題逐一解決，成功實(shí)現(xiàn)設(shè)計目的。

第6章本次論文的總結(jié)和收獲在本次設(shè)計中，圍繞著人體健康檢測系統(tǒng)我們做了很多的工作，從國內(nèi)外現(xiàn)狀，到基本結(jié)構(gòu)和工作的原理，從各模塊的功能結(jié)構(gòu)到最后的軟件設(shè)計，再到最后的實(shí)物調(diào)試，每一步都是不可缺少的。本次設(shè)計的基本原理就是利用單片機(jī)作為作為中心處理器實(shí)時監(jiān)測人體健康的體溫、血壓、心率的數(shù)據(jù)，當(dāng)人體的生理情況有微小的變化時，傳感器檢測人體的生理信息輸送至單片機(jī)進(jìn)行分析得出一定的結(jié)論給智能手機(jī)終端發(fā)送消息，可以節(jié)省大量的人力物力，這無疑可以給當(dāng)今時代快節(jié)奏生活帶來很大的便利。使廣大人民受益匪淺。在整個人體健康監(jiān)測設(shè)計過程中，可以分為兩大部分，軟件濾波的設(shè)計，以及硬件電路的搭建，硬件部分主要是體溫模塊、血壓模塊、心率模塊的搭建，各模塊之間的有效銜接這是比較難搞定的一項(xiàng)工作，軟件設(shè)計主要是單片機(jī)與智能手機(jī)終端的通信模塊設(shè)計，需要學(xué)習(xí)很多計算機(jī)方面的協(xié)議比較困難。在調(diào)試的過程中，軟件和硬件設(shè)計分析完成后，使用萬用表檢查焊板是否存在短路、開路、漏焊和虛焊的問題，在沒有問題的情況下通電，在對遇到的問題逐一排查解決。其實(shí)從一開始就會各種各樣的問題困擾著我，人生難免不了很多種第一次。剛開始在開題報告的時候，就各種猶豫，怕自己找的方案不行，或是不能滿足設(shè)計要求。后面軟件的設(shè)計是比艱難搞定的，需要學(xué)習(xí)很多編程語言，這不得讓我緊張了起來，因?yàn)闆]有接觸過太多的計算機(jī)語言，在設(shè)計的時候難免會出現(xiàn)一些報錯現(xiàn)象，最后終究還是趕上了整體的進(jìn)度，新的方案也得到了老師的認(rèn)可。論文是我們大學(xué)生涯的節(jié)點(diǎn)，對于考研的人來說，這是我設(shè)計研發(fā)的起點(diǎn)，也是我大學(xué)生涯的終點(diǎn)，論文給我的大學(xué)畫了一個完美的句號，論文這件事情確實(shí)很難，他需要你認(rèn)認(rèn)對待，當(dāng)你每天為他投入很多很多時間的時候，你會發(fā)現(xiàn)它的“進(jìn)度條”就在一點(diǎn)一點(diǎn)的向前發(fā)展。不管是實(shí)物設(shè)計的過程還是撰寫論文的時候，他對我們的工作量以及工作態(tài)度都會有一個最直觀的呈現(xiàn)。至今為止我忘不了自己晚上熄燈了還在用手電筒照著學(xué)習(xí)單片機(jī)以及C語言的樣子，那種發(fā)自內(nèi)心的想從書上找到自己知識的盲區(qū)，無論是誰都模仿不來。這是讓人值得懷念的一段經(jīng)歷。原來所謂的困難不過是你不想努力罷了。參考文獻(xiàn)[1]陳海晏.51單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2015，12-17.[2]黃虎，湯惠.一種金屬物體探測定位系統(tǒng)裝置的設(shè)計[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2016，42(3)：54-56+60.[3]張毅剛，王少軍，付寧.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[