基于SPCE061A的便携式多功能实时生理参数监测仪方案设计

前言

　　本文利用凌阳单片机设计了便携式多功能实时生理参数监测仪，具有播放MP3的功能，可达到提高身体锻炼质量的效果。
系统硬件设计

　　系统以单片机为核心，配置了各种集成传感器，体积小巧。由于采用了微型封装的芯片及元器件，使连线变短，减少了通信接口，从而提高了整机工作的可靠性。系统硬件结构如图1所示。

　　SPCE061A单片机

　　SPCE061A单片机内部集成了ADC、 DAC、32KB的Flash和2KB的SRAM,以及液晶驱动模快。利用该单片机作为处理芯片，使得模、数信号之间的转换以及液晶驱动可以通过软件来实现，避免了外界信号的干扰，提高了系统的 
稳定性及抗干扰能力。

　　                                          图1 系统硬件结构框图

　　DS18B20温度传感器

　　DS18B20温度传感器采用12位存储温度值对应的数字表示形式，理论精度可达到0.05℃ ，能实时、精确地检测到人体温度的变化，可通过单片机在液晶显示器上显示温度。

　　DS18B20与单片机的典型接口设计

　　可以采用外接电源与寄生电源(即从数据线上得到供电电源)两种方式供电，如图2所示。

　　使用DS18B20的注意事项

　　(1)DS18B20从测温结束到将温度值转换成数字量需要一定的转换时间，这是必须保证的，不然会导致转换错误，使温度输出总是显示85℃。

　　(2)在实际使用中发现，应使电源电压保持在5V左右，若电源电压过低，会使所测得的温度与实际温度出现偏高现象，经过试验发现，一般在5V左右。

　　(3)较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS18B20与单片机间采用串行方式传送数据，因此，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格保证读写时序，否则将无法读取测温结果。

　　(4)在DS18B20测温程序设计中，向DS18B20发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20的返回信号，一旦DS18B20接触不好或断线，当程序读该DS18B20时，将没有返回信号，程序进入死循环，这一点在进行DS18B20硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。

　　ZD-3微震动传感器

　　ZD-3微震动传感器是一种有源的高灵敏度微功耗检测元件，以正弦波形式输出，可利用74LS14施密特触发器将其转换成脉冲波，输入单片机检测高电平，能实时记录跑步者或锻炼者的步数，进而得到锻炼者的能量损耗，以利于更有效地进行锻炼。

　　HK-2000A脉搏检测传感器

　　HK-2000A传感器是一种主要用在运动、健身器材上检测脉搏的传感器，以脉冲波的形式输出。当脉搏波动一次时输出一正脉冲，可将其输出信号输入单片机，检测高电平，记录脉搏。

　　OCM4X8C液晶显示模块

　　OCM4X8C液晶显示模块采用128×64点阵的汉字图形液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置国标GB2312码简体中文字库(16×16点阵)、128个字符(8×16点阵)及64×256点阵的GDRAM绘图区域。可与CPU直接接口，提供8位并行及串行连接方式连接微处理器。该液晶显示模块具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等。配合1×4键盘可实现参数设置、浏览和修改分析结果，以及进行各种人机对话，能实时显示 
各种生理参数值。

;                              图 2 寄生电源供电 报警模块
利用凌阳单片机内部的语音功能，采用软件控制，当参数超过阈值时发出报警信号，同时输出一高电平，用以驱动发光二极管，这样更容易提醒锻炼者。

　　呼吸气流温度检测模块

　　为了减少热惰性带来的误差，准确地测量呼吸气流温度的变化，要求热敏元件热容量越小越好，其位置位于呼吸道中气流速度最大的地方。因此，在电路中选用BLTS101 PN结温度传感器(热响应时间τ<0.2s)。恒流源向PN结提供100μA的恒定正向电流，则PN结的正向压降仅随温度T的变化而变化，该电压信号由前置放大器放大后，通过一个4.84Hz低通滤波器，再变换为数字信号送入单片机。

　　系统软件设计

　　软件设计采用模块化结

　　数据采集部分

　　生理参数的实时数据采集主要通过传感器进行。在测量人体温度时，由于体温在锻炼时的变化比较缓慢，因此，主要运用软件定时中断的方法进行检测。在检测步数和脉搏等参数时，主要记录的是频率，只需采用软件计数就可以，根据检测到的高电平，计数器进行自加运算，从而记录频率。

　　参数阈值设定

　　
        由于正常情况下人体温度在36.5℃左右。因此，设定温度阈值的初值为36.5℃，以0.25℃为步进量，可以用上下键增减，每按一次按键，就递增或递减0.25℃，直到达到锻炼者想要设定的阈值为止(在35℃～42℃之间)。其它参数的设定情况类似。

　　液晶驱动程序设计

　　系统显示功能的实现，实际上就是对OCM4X8C液晶显示模块的驱动编程。本文按照结构化的编程思想，利用C61语言将上翻、下翻、返回和确定等按键功能编成子函数，这样便于主程序的调用。限于篇幅，液晶驱动程序不在此详述。

　　结语

　　本方案 轻便小巧，适合室内、室外锻炼时使用。同时，如果能将蓝牙模快集成到该仪器中，可以实现这些生理参数的无线传输，实现对老人或病人的远程看护。