【正文】 送模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，無線接收模塊接收數(shù)據(jù)后，使用串口調(diào)試助手 顯示接收的數(shù)據(jù)是否正確。如圖 所示，模塊左邊顯示的是默認的報警讀數(shù) ℃ ，右邊數(shù)碼管顯示的是當前體溫讀數(shù) ℃ 。接著將 DS18B20 放在腋窩里，模塊右邊的數(shù)碼管就會實時地顯第四 章 系統(tǒng)模塊電路調(diào)試 15 示當前的體溫數(shù)值。經(jīng)調(diào)試后得出結(jié)果為實際轉(zhuǎn)換結(jié)果與仿真轉(zhuǎn)換結(jié)果 基本 一致，調(diào)試結(jié)果如圖 所示。從仿真電路中得到的結(jié)果是 0x80，4V 轉(zhuǎn)換后是 0xCC。 ADC0832 的參考電壓為 5V，最小分辨率為 1/255。 脈搏波形顯示 經(jīng)過帶通濾波器電路、主放大電路、 50Hz 陷波器電路、電平提升電路后，使用示波器來觀察輸出的脈搏波形，輸出結(jié)果如圖 所示。此電路的實際調(diào)試結(jié)果與理論仿真結(jié)果相符合，滿足電路設(shè)計需要。在示波器中， CH1 為輸入信號， CH2 為輸出信號。調(diào)試結(jié)果如 圖 所示。輸入信號 CH1 經(jīng)過 50Hz 陷波器后，輸出信號 CH2 輸出波形衰減倍數(shù)為 VPP（ 1） /VPP（ 2） ≈5。 圖 主放大電路實際調(diào)試結(jié)果 圖 50Hz 陷波器電路實際調(diào)試結(jié)果 第四 章 系統(tǒng)模塊電路調(diào)試 14 50Hz 陷波器電路調(diào)試 使用數(shù)字信號波形發(fā)生器 產(chǎn)生一個頻率為 50Hz，基線為 0V，峰峰值為 2V的正弦波。根據(jù)反相比例放大電路的電壓放大倍數(shù)公式計算所得出的理論結(jié)果與實際結(jié)果相接近，為了能夠更靈活地調(diào)節(jié)電壓 的輸出，反饋電阻使用了滑動變阻器以根據(jù)實際需要來調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。 在示波器中， CH1 為輸入信號， CH2 為輸出信號。本設(shè)計所使用的脈搏波傳感器為光導式傳感器，如圖 右圖所示。 光導式脈搏傳感器是采用光電傳感器測 量指端容積脈搏波，可分為透射式和反射式兩種，容積脈搏波信號采集多用投射型光電傳感器。 圖 數(shù)碼管顯示器程序框圖 及 外觀 第三 章 上位機軟件設(shè)計 12 圖 體溫值計算與顯示模塊程序框圖 第四 章 系統(tǒng)模塊電路調(diào)試 13 第四章 系統(tǒng)模塊電路調(diào)試 脈搏信號采集 與 模塊電路 調(diào)試 脈搏波傳感器的種類很多，就其基本原理來分，大體有三種：液體傳導式、接觸傳導式、光傳導式。之后再 將溫度值的十位、個位、分位分別計算出來，最后分別與已經(jīng)設(shè)計好的數(shù)碼管 顯示器 （數(shù)碼管顯示器總共有 10 個顯示數(shù)字，范圍為 0~9，程序框圖及外觀 如圖 所示） 連接 ， 這樣溫度值就可以顯示出來了。所以要將索引值為 1 的元素左移 8 位，然后與低 8 位相加，變成一個雙字節(jié)數(shù)據(jù) L。 圖 脈搏波形顯示模塊程序框圖 體溫值計算與顯示模塊 從串行通信模塊中的索引數(shù)組中讀取索引值為 1 和 2 的元素，索引值為 1 和 2 的元素再轉(zhuǎn)換成無符號雙字節(jié)整型。這樣波形就可以顯示出來 了。例如現(xiàn)在的移位寄存器中有數(shù)據(jù)（ 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7）， for 循環(huán)的值為 2， KN1=4，所以得出索引值為 4。 在 LabView 中使用 XY 圖來顯示波形數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相對應電壓數(shù)值的步驟如下：首先讀取一個數(shù)據(jù)（例如所讀取的字節(jié)數(shù)據(jù)為 0xCC，無符號單字節(jié)整型值為 204）， ADC0832 是一個 8 位逐次逼近式的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，轉(zhuǎn)換后能表示的數(shù)值最大為 255。從索引數(shù)組里讀出索引值為 0 的元素。 圖 讀取數(shù)據(jù)及后續(xù)相關(guān)操作 脈搏波形顯示模塊 為了能夠顯示脈搏波形，必需對經(jīng)過串行通信模塊所傳輸過來的數(shù)據(jù)作進一步的處理。當清空緩沖區(qū)操作結(jié)束后， VISA 關(guān)閉 VI 就會結(jié)束本次通信會話。三個數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換后就存放到索引 數(shù)組里面，等待下一級的處理。無線接收模塊使用串行中斷來接收數(shù)據(jù)，當確認識別碼正確的時候，處理器就認為本次串行中斷有效，開始接收識別碼后面的三個字節(jié)數(shù)據(jù)，第一個字節(jié)數(shù)據(jù)為脈搏數(shù)據(jù)，第二個字節(jié)數(shù)據(jù)為體溫數(shù)據(jù)的高 8 位，第三個字節(jié)數(shù)據(jù)為體溫數(shù)據(jù)的低 8 位。 圖 VISA Configure Serial Port 串口的參數(shù)設(shè)置 第三 章 上位機軟件設(shè)計 10 當設(shè)置好串口參數(shù)后就可以讀取數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi) 的數(shù)據(jù)。而數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位和流控制不作處理。本模塊中，串口資源名稱會自動檢測可用的 IO串口，波特率使用了枚舉變量來提供選擇，以滿足不同傳輸速度的要求。 圖 VISA串口系列子 VI 串行通信模塊在設(shè)計上使用了 VISA 串口系列中的四個子 VI，分別是： VISA Configure Serial Port、 VISA 讀取、 VISA 清空 I/O 緩沖區(qū)、 VISA 關(guān)閉。 VISA 是應用與儀器編程的標準 I/O 應用程序接口（ API）， VISA 本身并不具有儀器編程能力， VISA 是調(diào)用底層驅(qū)動器的高層 API。此系統(tǒng) 在軟件上的設(shè)計具體有三 個模 塊，分別是：串行通信模塊、脈搏波形顯示模塊、體溫值計算與 顯示模塊。 LabView 使用圖形化編程語言，簡單直觀，極大節(jié)省程序開發(fā)時間，同時 LabView 可提供豐富的庫函數(shù)和功能模塊，可完成各種各樣的復雜編程任務(wù)。如果連續(xù)接收到的數(shù)據(jù)為 0xFF、 0xAA，程序就會繼續(xù)接收后面的三個字節(jié)數(shù)據(jù)，如果標識碼錯誤，程序就會結(jié)束當前中斷，等待下一次的中斷。第三個字節(jié)是脈搏數(shù)據(jù)，第四個字節(jié)體溫數(shù)據(jù)的高 8 位，第五個字節(jié)是體溫數(shù)據(jù)的低 8 位。 nRF401的發(fā)送與接收處理： 在系統(tǒng)上電復位后， nRF401首先要進行初始化，使 nRF401 進入到發(fā)射模式。 nRF401 還具有待機模式，這樣可以更省電和高效。 nRF401 最高工作速率可以達到 20kbit/s，發(fā)射功率可以調(diào)整，最大發(fā)射功率是 +10dBm。是信息傳輸中使用得較早的一種調(diào)制方式 ,它的主要優(yōu)點是 : 實現(xiàn)起來較容易 ,抗噪聲與抗衰減的性能較好。本設(shè)計采用 作為發(fā)送接收頻道 。 超高頻 (UHF Ultra High Frequency) 分米 波段 UHF波段是指頻率為 300~3000MHz的特高頻無線電波。 圖 體溫信號采集、顯示與過熱報警仿真 無線模塊設(shè)計 數(shù)據(jù)的無線發(fā)送與無線接收是使用了無線射頻芯片 nRF401。 當按下開始工作按鈕時，數(shù)碼管就會顯示預設(shè)報警溫度和當前人體溫度。 DS18B20正常工作時， LED 發(fā)光。 體溫測量電路使用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20來獲取人體體溫信號。只有一個外部寄存器用來設(shè)置各個 LED 的段電流。 溫度值顯示方面是使用了 集成化的串行輸入 /輸出共陰極顯示驅(qū)動器 MAX7219，它連接微處理器與 8 位數(shù)字的 7 段數(shù)字 LED顯示，也可以連接條線圖顯示器或者 64 個獨立的 LED。176。C，在 10~+85176。 DS18B20 測量溫度范圍為 55176。 Dallas 半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20是世界上第一片支持 “一線總線 ”接口的溫度傳感器。 如圖 。當輸入電壓為 ，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后為 0x80， 0x80的十進制為 128， 128* REF/255≈，轉(zhuǎn)換正確。參考電壓 REF 為 5V，因此 ADC0832 的最小電壓分辨率為REF/255。 生物信號經(jīng)過放大處理后，若要送入計算機進行存儲、顯示等操作，必 須 要進行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，即將模擬信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 改變滑動電阻 的位置，調(diào)整輸出電壓 ，仿真分析如圖 所示。因此 在進行 AD 轉(zhuǎn)換前就必須對信號幅度值進行相關(guān)的處理，如電平提升，如圖 。 生物醫(yī)學信號由傳感器采集經(jīng)過放大處理，得到的信號幅度范圍不一定適合后續(xù)電路的要求，即有可能部份為負值或者含有的直流成分過高。 電路仿真 的頻域分析與時域分析 結(jié)果如圖 所示。電路中的元件 取 R3=R4=R=2R5=20KΩ， C1=C2=C==160nF。 生物醫(yī)學信號頻帶都包含交流電頻率（ 50Hz），因此測量電路中 50Hz 交流電帶來的干擾非常普遍，經(jīng)常會用到 50Hz 陷波器。 本 反 相比例運算放大電路的放大倍數(shù)運算方法為： 72RRAVF ?? (22) 仿真結(jié)果如圖 所示，輸入信號被放大 3 倍。 如圖 所示， 本電路輸入信號 頻率 為 20Hz，基線為 0V，峰峰值 為 2V的正弦波， 主放大電路使用集成運放 OP07 作為信號放大器。計算方法為： 1321CRfH ?? ，2121CRfL ?? ， LH ffBW ?? （ 21） 本電路輸入信號 頻率 f 為 100Hz，基線 為 0V，峰峰值 為 2V 的正弦波，經(jīng)過帶通濾波器后，輸出信號降低 1 倍 ，頻域與時域的分析 結(jié)果如圖 所示。 本電路的放大倍數(shù) AVF 為 1 倍，下限頻率 fL=,上限頻率 fH=。 如圖 所示?？傮w設(shè)計框圖如圖 所示， 系統(tǒng)電路原理圖見附錄 E。 下位機軟件代碼見附錄 A，編程相關(guān)資料見附錄 B、 C、 D。脈搏信號與體溫信號由發(fā)送模塊分別將兩種信號發(fā)送。體溫信號由數(shù)字溫度傳感器 DS18B20獲取。 上位機軟件使用 所編寫 ， 用以顯示脈搏波形與體溫讀數(shù) 。信號采集模塊包括以下電路：帶通濾波器電路、主 放大電路、 50Hz 陷波電路、電平提升電路 、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 。接收后的數(shù)據(jù)再經(jīng)過串行通信將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C以顯示脈搏波形與體溫讀數(shù)。 nRF401的發(fā)送與接收都是由單片機來控制。 脈搏信號采集模塊獲取的脈搏信號為模擬信號，模擬信號要經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后，單片機才能對脈搏信號作進一步的處理。根據(jù)不同被測部位的溫度值可以監(jiān)測到病人體溫正常與否?？跍y法的正常值： ~℃ 。腋測法需要 10分鐘，口測法和肛測法各需要 5分鐘。超高熱： 41℃ 以上。中等熱：~39℃ 。婦女在月經(jīng)前及妊娠期體溫稍高于正常。 體溫測量的意義 正常人體溫相對穩(wěn)定， 24小時內(nèi)下午體溫較早晨略高，劇烈勞動或進餐后體溫也可略有升高，但一般波動范圍不超過 1℃ 。另一方面從 西醫(yī) 的角度看 ,近年來人們也試圖根據(jù)脈搏波的變異性來評價和診斷人體心血管系統(tǒng)的病變 ,以便能找到一個有效的心血管 疾病 早期無創(chuàng)診斷的方法。中醫(yī)一直是靠手指獲取脈搏信息 , 這難免存在許多主觀臆斷因素 , 況且這種用手指切脈的技巧很難掌握 ,因此人們迫切期望盡早實現(xiàn)脈診的科學化和 現(xiàn)代 化。 關(guān)鍵詞： 無線監(jiān)護，體溫，脈 搏， nRF401， DS18B20 Abstract II ABSTRACT In recent years, with the innovates and development of the radiotechnics, the wireless monitoring system got more and more attention, therefore, this system takes the pulse and the temperature as the detection parameter, designed an the wireless monitoring system . This design use a Pulse Sensor, Temperature Sensor,nRF401,SCM AT89S52 to control the pulse and the temperature of the core wireless monitoring system .the system consists of hardware and software, The hardware has four parts: Pulse Signal Acquisition Modules, Temperature Signal Acquisitions、 Display and Alerting Modules, Signal Wireless Transmission Modules, Signal Wireless Receiving Modules. The pulse signal and the temperature signal acquisitions by the Signal Acquisition Modules and then send by the Signal Transmission Modules which control by SCM, and then the Signal Receiving Modules will receive data .The Signal Receiving Modules connect with PC with serial munication to display the wave of the pulse and the value of the body temperature to achieve the wireless monitoring. The control procedures of this design use C language to program. The PC use graphics programming software Labview to design. Key Words: Wireless monitoring， Temperature measurement， The pulse signal， NRF