第頁基于單片機的心率曲線檢測儀的硬件電路設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u31531基于單片機的心率曲線檢測儀的硬件電路設(shè)計案例 1313631.1硬件系統(tǒng)概述 134251.2心率信號檢測子系統(tǒng)設(shè)計 2175411.2.1LM393比較器模塊設(shè)計 2103821.2.2Pulsesensor心率傳感器模塊設(shè)計 256371.3STM32F103中央處理器模塊設(shè)計 479611.4TFT液晶觸摸顯示器模塊設(shè)計 4299181.5藍牙模塊電路設(shè)計 5123531.6DS18B20溫度模塊設(shè)計 6227761.7ADXL345狀態(tài)采集模塊和報警模塊 61.1硬件系統(tǒng)概述本設(shè)計的硬件系統(tǒng)主要有心率傳感器、報警模塊、溫度傳感器、按鍵電路及無線藍牙等多個模塊，詳見圖3-1。STM32F103系統(tǒng)STM32F103系統(tǒng)報警器模塊按鍵電路模塊液晶顯示模塊光電心率采集模塊ADXL345狀態(tài)采集模塊溫度傳感模塊無線藍牙模塊STM32系統(tǒng)是本設(shè)計的核心，同時是數(shù)據(jù)儲存的唯一部分。由STM32F103系統(tǒng)和各模塊組成。各模塊菜雞數(shù)據(jù)后發(fā)送至STM32系統(tǒng)，當滿足執(zhí)行條件時，STM32系統(tǒng)開始對各模塊轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)進行計算處理通過設(shè)定的閾值進行校驗復(fù)位，從內(nèi)部存儲器讀取程序并運行。1.2心率信號檢測子系統(tǒng)設(shè)計1.2.1LM393比較器模塊設(shè)計在LM393系列比較器中，其高精準度，專用與寬電壓，單相電源供電，少見于雙相。因其失調(diào)電壓較低，且不計電源電壓的大小，比較器自身的電損耗很小等優(yōu)點。電路圖如圖3-2所示。圖3-2LM393模塊電路圖LM393的管腳定義如表3-1所示。表3-1LM393管腳定義序號名稱管腳定義1VCC外接輸入電壓2GND外接GND3D小板數(shù)字量輸出接口（0和1）4A小板模擬量輸出接口1.2.2Pulsesensor心率傳感器模塊設(shè)計一般是通過以下三種方式來測量心率的：第一種是由心電信號中進行提??；第二種方法是測量血壓的過程中會產(chǎn)生一定壓力，通過這種壓力可以對波動進行檢測，從而可以計算出心率值；第三種是光電容積法。如果采用前兩種方法，檢測者的活動就會受到一定限制，若長時間使用檢測者的身心都會產(chǎn)生不適感。目前，在監(jiān)護測量中使用相對最多的還是光電容積法，這種方法不但操作簡便、精準度較高，而且還方便攜帶，因此在臨床上很受歡迎。在實際使用過程中，應(yīng)用示波器直接檢測心率傳感器的輸出端，得出的心率波形圖如圖3-3所示。圖3-3心率傳感器實際輸出由上文的論述得知，波形不屬于標準的方波。為了使單片機中的心率檢測傳感器能夠順利地輸出信號，選用了LM393比較器并利用其對波形進行了相應(yīng)的濾波處理，這樣就能將由傳感器輸出的信號轉(zhuǎn)換為標準的方波，一方面可以降低單片機的數(shù)據(jù)采集難度，同時還能穩(wěn)定地對信號進行檢測。就心率傳感器模塊而言，可以通過LM393比較器對其進行濾波處理。圖3-4展示了具體的濾波電路原理。圖3-4濾波電路原理圖心率傳感器模塊的管腳定義如表3-2所示。表3-2心率傳感器模塊管腳定義序號名稱管腳定義1VCC外接+5V2GND外接GND3S輸出接口（0和1）1.3STM32F103中央處理器模塊設(shè)計STM32系列處理器在第二章節(jié)中已經(jīng)提及到其選擇的目的，在本節(jié)中不在過多的介紹其特性及功能，更多的是結(jié)合此設(shè)計中所需求的目的來闡述。本設(shè)計之所以選擇這種控制芯片，首先是為了實現(xiàn)系統(tǒng)所需的各項功能，同時也是為了系統(tǒng)有更多接口，此外，采用這種芯片也是為了滿足各模塊外圍電路設(shè)計的需要。只要學(xué)習了單片機相關(guān)課程，再學(xué)習這款控制芯片并不是很難，它不但具有較高的研究價值，而且已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械當中。在本設(shè)計使用多個模塊實時進行工作下，STM32僅需少量的內(nèi)存和引腳來應(yīng)用，從低功耗的性能應(yīng)用到電池供電，對各部分引腳、外設(shè)以及軟件的高兼容度，從而帶來全方位的靈活實用性。STM32F103C8T6的核心板接口電路圖如圖3-5所示REF_Ref14746\w\h[4]。圖3-5STM32單片機核心板接口原理圖1.4TFT液晶觸摸顯示器模塊設(shè)計顯示系統(tǒng)是讀取數(shù)據(jù)的核心，TFT液晶屏全稱薄膜場效應(yīng)晶體管，其亮度、對比度、顏色和準確性均良好且完美符合分設(shè)計采用低功耗為核心而選用；當校驗比對在設(shè)定范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)處理計算通過STM32F103芯片內(nèi)部濾波計算后，通過串口發(fā)送到顯示器上形成波形圖及其監(jiān)測值一并顯示出。周期值即心率值，波形圖即模擬后的心電圖，溫度數(shù)值和狀態(tài)監(jiān)測也在顯示屏中呈現(xiàn)。顯示模塊原理圖如圖3-7所示。圖3-7顯示模塊原理圖1.5藍牙模塊電路設(shè)計藍牙模塊是指集成藍牙功能的芯片基本電路集合，用于無線網(wǎng)絡(luò)通訊REF_Ref14606\w\h[5]。其藍牙模塊特點如下：支持藍牙SPP串口協(xié)議、內(nèi)置PCB天線、支持UART接口、藍牙Class2和支持與SPP主藍牙模塊連接通信。表3-3藍牙模塊管腳定義序號名稱管腳定義1RXD串口輸入，電平為TTL電平2TXD串口輸出，電平為TTL電平3GND接GND4VCC接1.3-6V藍牙模塊接口電路圖如圖3-8所示。圖3-8藍牙模塊電路原理圖1.6DS18B20溫度模塊設(shè)計DS18B20模塊是一款普遍多件的數(shù)字型溫度傳感器，其特點如下：僅需一條口線可實現(xiàn)與單片機的雙向通訊；測溫的范圍廣以及測溫的誤差可設(shè)定至0.1；工作電源為1.0~5.5V/DC；在使用中不需要任何外圍元件。常用的DS18B20溫度傳感器封裝主要有兩種，就使用而言兩種封裝并沒有太大的不同，一般是根據(jù)具體環(huán)境選擇更為適合的一種。其中一種為裸露的芯片，在檢測空氣溫度時通常會選擇這種傳感器；另外一種是用不銹鋼鋼管進行封裝的，因此具有良好的防水性能，其主要適用于水溫燈液體溫度檢測。1.7ADXL345狀態(tài)采集模塊和報警模塊ADXL345狀態(tài)采集模塊是ADI公司推出的三軸數(shù)字輸出型加速度傳感器，在本設(shè)計中主要用于檢測監(jiān)測者的運動狀態(tài)變化，另也可同時采集監(jiān)測者的步數(shù)變化。ADXL345的特點如下：分辨度高，最高13可達位；量程可變化，具有四種不可變的測量范圍；靈敏