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摘 要

Abstract III

第一章 绪 论 1

1.1 选题的背景与意义 1

1.2 设计概述 1

1.3 方案论证与模块选择 2

1.4 章节介绍 2

第二章 系统设计和模块介绍 4

2.1 光电传感器 4

2.1.1 反射式心率传感器 4

2.2 51单片机 4

2.2.1 AT89C52单片机简介 5

2.2.1 AT89C52管脚说明 5

2.3 ZigBee无线传输模块 6

2.3.1 DL-20模块简介 6

2.3.2 DL-20模块配置说明 7

2.4 LabView开发环境简介 8

第三章 系统硬件电路 9

3.1 系统电路原理图 9

3.2 心率监测模块电路原理 9

3.2.1 心率信号采样电路 9

3.2.2 放大电路 10

3.2.3 整形电路 10

3.3 ZigBee模块 11

3.4 电源模块 12

第四章 系统软件设计 13

4.1 程序流程图 13

4.2 定时器程序 14

4.3 外部中断程序 14

4.4 主程序模块 16

4.5 LabView程序设计 17

第五章 系统调试 19

5.1功能实现测试 19

5.2 设计总结 20

致 谢 21

参考文献(Reference) 22

附 录 23

附录一：部分程序源代码 23

第一章 绪 论

1.1 选题的背景与意义

当今社会高速发展，人们的生活水平日趋提升，但由于一些人的生活规律、饮食习惯等问题，造成了心脏疾病发病率不断提高。这类疾病的潜伏期较长，发病又十分突然，往往给不注意自身健康状况的患者带来沉重打击。医学上提倡心脏疾病以监测和预防为主。但是如果长期住院观察，不仅影响患者正常生活工作，也带来沉重的心理负担和经济开销。

心脏类疾病突发前通常有强烈征兆，从患者的心率、脉搏信息中会体现。如果设计一种便携式的心率监测系统，轻便易携带，患者佩戴在指尖或手腕处就能实时监测心率状况，同时此监护仪可在一定距离内将数据无线传输给医护人员进行观测，便于医护人员发现问题时立即采取急救措施，那么将大大降低心脏疾病带来的危害。这种便携式无线心率监护仪主要用于家庭、小型医院等场景。使患者可在家中或附近社区诊所就能体验到原本需在大医院才能接受到的医疗服务，其实际意义非常深远。科技发展日新月异，类似的心电监测技术已应用在各行各业，除了医疗领域，在运动健身、军事单兵作战等方面也出现了许多心电监测产品，实时关注人体的心率状况，出现身体负荷过重等紧急情况时可以第一时间发现并提醒。但此类产品高昂的价格让普通心脏疾病患者望而却步。所以设计这样的便携式无线心电监护仪是优势很多的，一能让家庭监护心脏疾病变得简单易实现，二能降低医疗成本，为人们的生命健康保驾护航。

1.2 设计概述

人体的生理和病理信息在脉搏中可以体现。由诊断脉搏获得的信息可以作为判别和治疗的重要依据。脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和周期等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征。为了方便医护人员对患者的心率进行观测和监控，可通过传感器技术和编程将脉搏转换成直观的波形和数值，为预防和治疗疾病提供参考。本文介绍了检测人体脉搏信号特征的系统。该系统由应变式脉搏传感器及信号放大、滤波、脉搏信号数字处理软件组成。并用LabVIEW设计了虚拟仪器及相应的程序，使制作的脉搏检测系统能够用虚拟仪器软件LABVIEW显示出脉搏的波形。

无线心电监护系统由上位机、下位机构成。其中，上位机是PC端的labview环境显示。下位机由三部分组成，即单片机、心率传感器和无线传输模块。近年来，工业、农业生产以及智能家居等领域使用单片机作为处理核心的方案越来越多。单片机高度集成，体积小，计算能力强，简单易用，成本低，拥有完善的学习资料。目前，单片机作为处理器可以和多种外设模块进行组合，如各种传感器模块、通信模块等，可以满足大部分工农业及实际生活中的需求。

传感器是一种可以将被测信号以一定规律转换成以电信号为主的信息并输出的检测装置，它充满在生活的各个地方，对人们获取和感知信息起到了关键作用。单凭人们自己的感官，难以准确定量得对事物进行检测。传感器的出现，解决了人们获得自然和生产领域信息的难题。由此可见，传感器推动了生产发展，加速了社会进步。本设计中用到的心率传感器属于光敏传感器，通过感光元件测量脉搏的跳动，并以高低电平的电信号形式输出。

无线通信技术是当今的热门，应用于监控、识别、遥测等多种领域。相较于有线数据传输，它的优点十分明显，不需要实体传输线的连接，速率高，安全性好。通过对信号的不同调制，可以传输不同的距离，可实现短距离传输或覆盖。本设计中需要室内环境的短距离传输，可用ZigBee、蓝牙或红外模块等多种方案。

在上位机开发环境的选择上，本设计选用LabView程序开发环境。它是国家仪器（NI）公司研制开发的一种使用图形化编辑语言来进行编程的开发环境，没有C语言和Basic的复杂代码，程序以框图的形式呈现。 LabView开发环境十分适合测量及控制系统编程，可快速搭建所需应用的各类工具。此设计中选用LabView可以直观的对下位机传来的数据进行体现，便于相关人员监测。

1.3 方案论证与模块选择

本课题拥有明确的方案，即使用心率传感器采集心率数据，输出的数字信号给单片机进行计算，得到心率数据后通过无线传输模块传到PC上位机进行显示。对于模块的选择，进行了如下的研究。

目前，心率传感器主要有两种，传统的压电式和光电感应式。压电式心率传感器将压力传感器置于手腕处，将脉搏的跳动转换成模拟信号，经过放大输出。这种传感器的优点是可靠且成本低，但缺点十分明显，体积大且只能输出模拟信号，单片机不便接收。光电感应式心率传感器将感光元件置于指尖或手腕处，感光元件发射红外光，经过跳动的脉搏时发生反射，产生微弱的电信号变化，通过放大、滤波和整形输出可以直接被单片机处理的数字信号（无跳动输出高电平，感应到跳动时输出低电平）。这种脉搏传感器优点明显，体积小精确度高，最主要的是直接输出电信号。所以本设计选用光电感应式心率传感器。

无线传输模块可供选择的方案非常丰富，蓝牙、红外、zigbee等都能满足本设计的需求。蓝牙和zigbee作为常用的无线传输模块，.都工作在2.4GHz射频频段。ZigBee标准主要采用用直接序列展频技术，这种技术传输稳定，抗干扰能力强，如果应用需求对传输的可靠性要求较高，通常使用直接序列展频技术，如办公室无线数据传输、医疗机构无线传感器组网等需要高质量数据的场景。蓝牙标准主要采用跳频技术。这种技术功耗低，但数据传输可靠性不即直接序列展频技术，其信号隐蔽性差，传输距离不高。当应用场景对于数据采集质量不高时，可采用此技术，它的成本低，功耗小。如手机终端等。考虑到功耗、传输距离等因素，本设计选用zigbee模块进行数据无线传输。同时，zigbee支持点对多点传送，日后可将本设计进行拓展，可实现将多个病人的心率数据传输到一台PC上的功能。

1.4 章节介绍

第一章介绍了该课题的选题背景、未来趋势和系统总体概述。

第二章介绍了本设计中选用的主要模块和芯片，包含光电传感器，zigbee无线传输模块和51单片机。

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