【正文】 用。 C 語言的運算非常靈活，功能十分豐富，運算種類遠多于其它 程序設(shè)計語言 。支持 ARM ARM9 和最新的CortexM3 核處理器，自動配置啟動代碼，集成 Flash 燒寫模塊，強大的 Simulation設(shè)備模擬，性能分析等功能，與 ARM 之前的工具包 ADS 等相比， RealView 編譯器的最新版本可將性能改善超過 20％。 開發(fā)軟件及編程語言簡介 RealView MDK 開發(fā)套件源自德國 Keil 公司，是 ARM 公司目前最新推出的針對各種嵌入式處理器的軟件開發(fā)工具。其特色的圖形化編程語言 —— G 語言，在用戶設(shè)計好程序的大體框架后，如同畫流程圖一般，只需將系統(tǒng)提供的各種圖形化功能模塊連接起來，就可得到所需的應(yīng)用軟件，并且其自帶的 VISA 子模塊 ,則可 更方便、快捷地實現(xiàn)串口編程 ,完成控制機與儀器之間的連接與控制的功能 [15]。LabVIEW 的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。使用圖標(biāo)和連線，可以通過編程對前面板上的對象進行控制。 LabVIEW 提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建 用戶界面 。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而 LabVIEW 則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流向決定了 VI 及函數(shù)的執(zhí)行順序。 LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置 斷點 、以動畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（ 子 VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試 [13]。 圖 311 Zigbee 模塊 上位機編寫 我們采用 LabVIEW 編寫上位機，它 是一種程序開發(fā)環(huán)境，由 美國 國家儀器（ NI）公司研制開發(fā)， 是一種虛擬儀器軟件開發(fā)平臺， 與 C 和 BASIC 一樣， LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個完成任何 編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫。 Zigbee 無線模塊中的 ZM2410 可以實現(xiàn)點對點通信和點對多通信，我們將主機和從機分別配置一個 ZM2410，便可實現(xiàn)主從機間的無線通信，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)院負擔(dān)，并能使被監(jiān)護人擁有較多的自由活動空間 , 具有很大的實用性。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)光和蜂鳴器進行聲光報警，達到醫(yī)療監(jiān)護的目的。 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。檢測時通過上位機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。 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， 在上位機上顯示心電圖。 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，上位機上的報警燈會點亮，同時下位機會發(fā)出聲光報警。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)雜的軟件進行補償，由 于 DS1820 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對 DS18B20 進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。當(dāng)發(fā)送 0 時，從機在該時序結(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)。在主機發(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。所有讀時序至少需要 60us，且在兩次獨立的讀時序之間至少需要 1us 的恢復(fù)時間。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。產(chǎn)生寫 1 時序的方式：單片機在拉低總線后，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：在單片機拉低總線后，只需在整個時序期間保持低電平即可（至少 60us）。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主機發(fā)復(fù)位脈沖480 〈 TX “ 0 ” 〈 960 us主機接收存在信號至少 480 us15 60 us等待DS 18 B 20 發(fā)脈沖60 240 usVccG ND實際上是主機通過拉低總線來實 現(xiàn)的，主機通過拉低總線 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 1wire 器件已經(jīng)準備就緒。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。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]。 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 位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以 ℃ /LSB 形式表達，其中 S 為符號位。 64 位 ROM 的排的循環(huán)冗余校驗碼（ CRC=X8＋ X5＋ X4＋ 1）。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。 ℃ ， 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，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)、 消費電子產(chǎn)品 溫度計 等場合。溫度為正時讀取方法為：將 16 進制數(shù)轉(zhuǎn)換成 10 進制即可。其獨特的單線接口方式，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]。它兼有低功耗和多種省電工作模式，能夠優(yōu)化工業(yè)設(shè)備、物業(yè)控制設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備和計算機外設(shè)等產(chǎn)品的性能，基于上述優(yōu)點，我們選用 STM32F103系列單片機作為本系統(tǒng)的控制器 [9]。 I/O接口的驅(qū)動電壓。時鐘頻率 72MHz時，從閃存執(zhí)行代碼，STM32功耗 36mA，是 32位市場上功耗最低的產(chǎn)品，相當(dāng)于 。增強型系列時鐘頻率達到 72MHz，是同類 產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品；基本型時鐘頻率為 36MHz，以 16位產(chǎn)品的價格得到比 16位產(chǎn)品大幅提升的性能，是 16位產(chǎn)品用戶的最佳選擇 [8]。 圖 31 系統(tǒng) 框 圖 主控芯片 STM32 介紹 STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的ARM CortexM3內(nèi)核。 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第三章 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 本監(jiān)護系統(tǒng)是以 STM32單片機 為控制核心，通過溫度傳感器、脈搏傳感器、心電傳感器以及血壓傳感器采集病人的各項生理信息，然后經(jīng)單片機處理后通過Zigbee無 線模塊傳送給上位機，上位機可以實時顯示并存儲病人的體溫、脈搏、心電圖、血壓等信息，當(dāng)體溫和脈搏不在正常范圍內(nèi)時，上位機可以自動報警，實現(xiàn)本系統(tǒng)的無線監(jiān)護功能。通常 Zigbee 節(jié)點所承載的應(yīng)用數(shù)據(jù)速率都比較低。當(dāng)病人的數(shù)量增加或減少時， Zigbee 無線網(wǎng)絡(luò)也能靈活的增加或減少 儀器通信接口 ， 而無須進行繁雜的參數(shù)設(shè)定工作。 （ 2） 低成本 要想實現(xiàn)醫(yī)院的無線 聯(lián)網(wǎng) 系統(tǒng)，需要組建一個可以覆蓋醫(yī)院整體建筑面積的網(wǎng)絡(luò)，還需 為 病人 配置相應(yīng)儀器， 所以建設(shè)費用是相當(dāng)高的，而使用 Zigbee 組網(wǎng)技術(shù) ， 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 可以大大減少連線 ,一次性投入成本非常低，運行成本幾乎沒有。 Zigbee 技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療監(jiān)護的優(yōu)勢 本系統(tǒng)中采用 Zigbee 技術(shù)替代傳統(tǒng)的有線連接 , 主要是基于以下幾點考慮 ： （ 1） 實時監(jiān)護 在醫(yī)院的實際情況中，重病患者隨時都可能發(fā)生病變，因此需要 醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)具備實時監(jiān)護 的功能。除此之外，每一個 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內(nèi)，和多個不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點 (RFD)無線連接 [5]。而 移動通信網(wǎng) 主要是為語音通信而建立，每個 基站 價值一般都在百萬元人民幣以上，而每個 Zigbee“ 基站 ” 卻不到 1000 元人民幣 [4]。通訊距離從標(biāo)準的75m 到幾百米、幾公里，并且支持無限擴展 [3]。主要用于距離短、功耗低且 傳輸速率 不高的各種 電子設(shè)備 之間進行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。 再者為了進一步加深對單片機及其接口的理解，掌握一般的軟硬件的設(shè)計方法，鞏固大學(xué)四年之所學(xué)，也給自己一個實踐鍛煉的機會以及有所創(chuàng)新，幾個月以來，我們?nèi)耐度氡敬萎厴I(yè)設(shè)計，設(shè)計出一種網(wǎng)絡(luò)式的監(jiān)護裝置 , 實時監(jiān)測人體的基本生命體征：體溫、脈搏、心電、血壓，利用 Zigbee 技術(shù) ， 傳遞醫(yī)療傳感器與監(jiān)護儀器之間的信 息 , 減少監(jiān)護設(shè)備與醫(yī)療傳感器之間的連線 ， 使得被監(jiān)護人能夠擁有較多的自由活動空間 , 更好的為病人服務(wù)，同時提高了醫(yī)院中監(jiān)護的工作效率，并且有著舒適 , 低功耗 , 可擴展性強的特點 [2]。 以往的解決方案是采用有線方式，各種連線不僅繁瑣而且需要護士按病床號依次檢查，效率 低，負擔(dān)重，且當(dāng)異常情況發(fā)生 時，往往處理不及時容易發(fā)生醫(yī)療事故， 特別在病房里 , 各種連線不僅使病人感到不適 , 而且還使病房顯得雜亂無章 , 影響醫(yī)護人員的工作效率。 另外隨著目前社會老齡化的加劇 , 解決長期慢性病的監(jiān)護成為重要的社會問題。隨著微控制技術(shù)（以軟件代硬件的高性能控制技術(shù)）的日益完善和發(fā)展，單片機的應(yīng)用必將導(dǎo)致傳統(tǒng)控制技術(shù)發(fā)生巨大的變化。 關(guān)鍵詞： Zigbee 技術(shù)，傳感器， 醫(yī)療監(jiān)護 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） ii The Design of Wireless Medical Monitoring System Based On Zigbee Technology Abstract The design is a health care