【文章內(nèi)容簡介】 54PB3/JTDO/TRACESWO55PB4/JNTRST56PB5/I2C1_SMBAI57PB6/I2C1_SCL/TIM4_CH158PB7/I2C1_SDA/TIM4_CH259BOOT060PB8/TIM4_CH361PB9/TIM4_CH462VSS63VDD64U1STM32F103RBT6 圖 32 STM32f103 單片機(jī)引腳圖 溫度檢測模塊 體溫采集 采用美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器 。其獨(dú)特的單線接口方式，在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20 的雙向通訊 [10]。它 在出廠時以配置為 12 位，讀取溫度時共讀取 16 位，前5 個位為符號位，當(dāng)前 5 位為 1 時，讀取的溫度為負(fù)數(shù)；當(dāng)前 5 位為 0 時，讀取的溫度為正數(shù)。溫度為正時讀取方法為：將 16 進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成 10 進(jìn)制即可。溫度為負(fù)時讀 取方法為 ： 將 16 進(jìn)制取反后加 1，再轉(zhuǎn)換成 10 進(jìn)制即可 ，其測 溫范圍 為 － 55℃ ～+125℃ ， 在 10～ +85℃ 時精度為 177。 ℃ ， 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 “ 一 線總線 ” 串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC 校驗碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯能力 ，它 在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較 DS1820 有了很大的改進(jìn)，本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果 ， 應(yīng)用范圍包括恒溫控制、工業(yè)系統(tǒng)、 消費(fèi)電子產(chǎn)品 溫度計 等場合。因此我們選用探頭式的 DS18B20 溫度傳感器 ，將其置于病人腋下，測取人體體 溫，當(dāng)超出正常范圍，上位機(jī)報警燈點亮，同時下位機(jī)發(fā)出聲光報警。其具體介紹如下： 圖 33 探頭式 DS18B20 實物圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 ROM 中 的 64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼，每個 DS18B20 的 64 位序列號均不相同。 64 位 ROM 的排的循環(huán)冗余校驗碼（ CRC=X8＋ X5＋ X4＋ 1）。 ROM 的作用是使每一個 DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20的目的 [6]。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 34： 圖 34 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 DS18B20 的溫度轉(zhuǎn)化： DS18B20 中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以 12位轉(zhuǎn)化為例 ： 用 16 位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 ℃ /LSB 形式表達(dá)，其中 S 為符號位。見表 31： 表 31 溫度的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Ls byte 32 2 12 02 12? 22? 32? 42? Bit 15 Bit 14 Bit 13 Bit 12 Bit 11 Bit 10 Bit 9 Bit 8 Ms byte S S S S S 62 52 42 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20 的兩個 8 比特的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實際溫度。例如 +125℃的數(shù)字輸出為 07D0H，+℃的數(shù)字輸出為 0191H， ℃的數(shù)字輸出為 FF6FH， 55℃的數(shù)字輸出為 FC90H[11]。見表 32： 表 32 溫度的轉(zhuǎn)化 125℃ 0000 0111 1101 0000 07D0H 85℃ 0000 0101 0101 0000 0550H ℃ 0000 0001 1001 0001 0191H ℃ 0000 0000 1010 0010 00A2H ℃ 0000 0000 0000 1000 0008H 0℃ 0000 0000 0000 0000 0000H ℃ 1111 1111 1111 1000 FFFFH ℃ 1111 1111 0101 1110 FF5EH ℃ 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55℃ 1111 1100 1001 0000 FC90H DS18B20 的讀寫時序 ： DS18B20 的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ ROM 操作指令→存儲器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序，它的讀寫分 4 種類型：分別是寫 寫 0、讀 讀 0。 DS18B20 的初始化時序：對 1wire 器件的所有操作都是從初始化開始的，初始化過程由主機(jī)的復(fù)位脈沖和 1wire 器件的應(yīng)答脈沖組成。對 1wire 器件的復(fù)位脈沖本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 寫 “ 0 ” 時間片60 《 TX “ 0 ” 〈 120 US恢復(fù) 1 us 寫 ” 1 “ 時間片DS 18 B 20 采樣MI N TYP M AX15 us 15 us 30 usDS 18 B 20 采樣MI N TYP M AX15 us 15 us 30 us 1 us主機(jī)發(fā)復(fù)位脈沖480 〈 TX “ 0 ” 〈 960 us主機(jī)接收存在信號至少 480 us15 60 us等待DS 18 B 20 發(fā)脈沖60 240 usVccG ND實際上是主機(jī)通過拉低總線來實 現(xiàn)的，主機(jī)通過拉低總線 480um 以后再把總線拉高使總線上所有 1wire 器件復(fù)位，總線上 1wire 器件接到復(fù)位脈沖后便通過拉低總線告訴主機(jī) 1wire 器件已經(jīng)準(zhǔn)備就緒。如圖 35 所示： 圖 35 DS18B20 的初始化時序 DS18B20 的寫時序：寫時序起始于單片機(jī)拉低總線。產(chǎn)生寫 1 時序的方式：單片機(jī)在拉低總線后，接著必須在 15us 之內(nèi)釋放總線，由 5k 上拉電阻將總線拉至高電平；而產(chǎn)生寫 0 時序的方式：在單片機(jī)拉低總線后，只需在整個時序期間保持低電平即可（至少 60us）。在寫時序起始后 1560us 期間，單總線器件采樣總線電平狀態(tài)。如果在此期間采樣為高電平，則邏輯 1 被寫入該器件；如果為 0 則寫入邏輯 0。具體情況如圖 36 所示： 圖 36 DS18B20 的寫時序 DS18B20 的讀時序：單總線器件僅在單片機(jī)發(fā)出讀時序時，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時序至少需要 60us，且在兩次獨(dú)立的讀時序之間至少需要 1us 的恢復(fù)時間。每個讀時序都由主機(jī)發(fā)起至少拉低總線 1us。在主機(jī)發(fā)起讀時序之后，單總線器件才開始在總線上發(fā)送 0 或 1。若 從機(jī)發(fā)送 1，則保持總線為高電平；若發(fā)送 0，則拉低總線。當(dāng)發(fā)送 0 時，從機(jī)在該時序結(jié)束后釋放總線，由上拉電阻將總線拉回至空閑高電平狀態(tài)。從機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)在起始時序之后，保持有效時間 15us，因而，主機(jī)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 在讀時序期間必須釋放總線，并且在時序起始后 15us 之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。如圖 37所示： 圖 37 DS18B20 的讀時序 DS18B20 使用中注意事項： DS18B20 雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下的問題：較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由 于 DS1820 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對 DS18B20 進(jìn)行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。 脈搏檢測模塊 紅外脈搏傳感器 利用特定波長 紅外線 對血管末端血液微循環(huán)產(chǎn)生的血液容積的變化的敏感特性，檢測由于心臟的跳動，引起指尖的血液變化，經(jīng)過信號放大、調(diào)整等電路處理 ，從而計算出脈率，用于臨床上脈率的測量、監(jiān)測和脈搏波的病理分析等 [7]。 在此選用 HKG07A 紅外脈搏傳感器，它 內(nèi)部 集成 了放大、濾波等電路 ，當(dāng)脈搏超出正常范圍，上位機(jī)上的報警燈會點亮，同時下位機(jī)會發(fā)出聲光報警。 圖 38 紅外脈搏傳感器 主機(jī)讀 “ 0 ” 時間片 主機(jī)讀 “ 1 ” 時間片1 us 總線采樣 總線采樣15 us 15 us 15 us30 us1 us Vcc1 W ir eBusGND本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 表 33 HKG07A紅外脈搏傳感器技術(shù)參數(shù) 參數(shù) 最小值 典型值 最大值 單位 工作電壓 5 6 V 工作電流 5 mA 工作環(huán)境溫度 40 85 ℃ 儲存環(huán)境溫度 40 125 ℃ 頻率范圍 16 Hz 輸出脈沖幅度 Vcc1 V 圖 39 HKG07A 紅外脈搏傳感器典型輸出波形圖 心電檢測模塊 AIKD812256 心電圖采樣模塊 采用 單 5V 電源 供電 ,采樣頻率： 2400 點 /通道 ,有八個差分信號輸入通道，由于模擬輸入端具有高達(dá) 100M 的輸入阻抗，所以它可以直接連接高阻信號源，模塊以串行方式輸出采樣的數(shù)據(jù) ,整個 電路 被 封裝 在 英寸的模塊內(nèi) ,適合各類心電采集產(chǎn)品 [12]。 我們通過 AD 轉(zhuǎn)換讀取電壓值，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)， 在上位機(jī)上顯示心電圖。 血壓檢測模塊 血壓傳感器采用全自動血壓計 BK6022 改裝，采用示波法測血壓，測量的關(guān)鍵是找到充放氣脈動壓力波的突變點。檢測時通過上位機(jī)控制充氣泵自動充氣，當(dāng)充氣到高于收縮壓 30mmHg 左右時單片機(jī)會自動控制電磁閥打開，然會讓袖帶緩慢的放氣，在放氣過程中，當(dāng)袖帶壓等于收縮壓時，振動波幅出現(xiàn)一個極大的跳變，此點對應(yīng)的即收縮壓；當(dāng)袖帶壓等于舒張壓時，亦出現(xiàn)一個極大的跳邊，即舒張壓。本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 測量完畢后所測得的收縮壓、舒張壓會在上位機(jī)顯示。 圖 310 血壓測量工作原理示意圖 超限聲光報警模塊 本系統(tǒng)采用發(fā)光二極管和蜂鳴器作為上下限超常聲光報警裝置，方便觀察。當(dāng)人體溫度高于或低于一定的值時系統(tǒng)會發(fā)出聲光報警，同樣，當(dāng)脈搏值或血壓值高于或者低于一定的值時系統(tǒng)也會發(fā)出聲光報警。人體正常體溫范圍為 36～ ℃，正常脈搏范圍為 60100 次 /分，正常血壓范圍為：收縮壓 14090mmHg，舒張壓9060mmHg，所以當(dāng)測得的體溫、心率或血壓超出正常范圍時，發(fā)光二級管發(fā)光和蜂鳴器進(jìn)行聲光報警，達(dá)到醫(yī)療監(jiān)護(hù)的目的。 無線傳輸模塊 Zigbee 無線 模塊是一種 物聯(lián)網(wǎng) 無線 數(shù)據(jù) 終端，利用 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)為用戶提供 無線數(shù)據(jù)傳輸 功能 ，其優(yōu)越的性能 已 讓 Zigbee 技術(shù) 廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中的 M2M行業(yè)，如智能電網(wǎng)、智能家居、工業(yè)自動化、數(shù)字化醫(yī)療等領(lǐng)域。 Zigbee 無線模塊中的 ZM2410 可以實現(xiàn)點對點通信和點對多通信，我們將主機(jī)和從機(jī)分別配置一個 ZM2410，便可實現(xiàn)主從機(jī)間的無線通信，此技術(shù)應(yīng)用于此系統(tǒng)的設(shè)計，將大大簡化線路鋪設(shè)，減輕醫(yī)院負(fù)擔(dān)，并能使被監(jiān)護(hù)人擁有較多的自由活動空間 , 具有很大的實用性。我們選用 F8913D Zigbee 模塊 ，它 采用高性能的工業(yè)