【正文】 監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計 系 （院） 專 業(yè) 班 級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 職 稱 二 〇 一 年 月 日 獨 創(chuàng) 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計 (論文 )，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計（論文）不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。 本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 本人愿意按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版，同意學(xué)校保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存設(shè)計（論文）；同意學(xué)校在不以營利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務(wù)系統(tǒng)，公布設(shè)計（論文）的部分或全部內(nèi)容，允許他人依法合理使用。由硬件和軟件兩部分組成。其次是脈搏檢測，利用紅外脈搏傳感器 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 ，計算出脈率。最后是血壓檢測，利用改裝的全自動血壓計 BK6022 測量出人體血壓信息。 本系統(tǒng)的研究與開發(fā)有利于醫(yī)院更好的進(jìn)行醫(yī)療監(jiān)護(hù)，利用 Zigbee技術(shù) ， 傳遞醫(yī)療傳感器與監(jiān)護(hù)儀器之間的信息 , 減少監(jiān)護(hù)設(shè)備與醫(yī)療傳感器之間的連線 , 使得被監(jiān)護(hù)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(hù)的工作效率，并且有著舒適 , 低功耗 , 可擴(kuò)展性強(qiáng)的特點。單片微型計算機(jī)以其體積小、功能強(qiáng)、速度快、價格低等優(yōu)點，在數(shù)據(jù)處理和實時控制等應(yīng)用中有著無以倫比的優(yōu)越性，可廣泛地嵌入到如玩具、家用電器、機(jī)器人、儀器儀表、汽車電子系統(tǒng)、工業(yè)控制單元、辦公自動化設(shè)備、金融電子系統(tǒng) 、艦船、個人信息終端及通訊產(chǎn)品中。單片微型計算機(jī)的應(yīng)用廣度和深度，已經(jīng)成為一個國家科技水平的一項重要標(biāo)志 [1]。一些突發(fā)性疾病和家庭保健 , 如心血管疾病、老人的日常護(hù)理、孕婦、胎兒、嬰幼兒的保健也需要長期的家庭監(jiān)護(hù)。因此醫(yī)療單位迫切需要一種低成本，高可靠性的無線傳輸模式代替有線傳輸模式。 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 第二章 Zigbee 技術(shù) Zigbee 技術(shù)概述 Zigbee 技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。簡單的說，它 是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于 CDMA 和 GSM 網(wǎng)絡(luò)。 與 移動通信 的 CDMA 網(wǎng)或 GSM 網(wǎng)不同的是， Zigbee 網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場 自動化控制 數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡單，使用方便，工作可靠，價格低的特點。每個 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不僅本身可以作為監(jiān)控對象，例如其所連接的 傳感器 直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點傳過來的數(shù)據(jù)資料。 Zigbee 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。 利用 Zigbee 技術(shù) 的醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng) ， 能 自動 將 檢測結(jié)果發(fā)到醫(yī)院 上位機(jī) ， 使 患者能夠得到及時的救助，保障了病人的生命安全。 （ 3） 組網(wǎng)的靈活性 網(wǎng)絡(luò)的大小是根據(jù)病人的多少決定的，所以系統(tǒng)的組網(wǎng)必須靈活性強(qiáng)。 （ 4） 低功耗 能耗特性是 Zigbee 的一個技術(shù)優(yōu)勢 [6]。 當(dāng)某個儀器終端沒有病人， 不需要通信時，節(jié)點可以進(jìn)入很低功耗的休眠狀態(tài)，此時能耗可能只有正常工作狀態(tài)下的千分之一 ， 因此 有 很高的節(jié)能效果 ，很適合醫(yī)院使用。下面著重介紹系統(tǒng)各模塊的設(shè)計與實現(xiàn) [7]。按性能分成兩個不同的系列： STM32F103“ 增強(qiáng)型 ” 系列STM32F101“ 基本型 ” 系列。兩個系列都內(nèi)置 32K到 128K的閃存，不同的是 SRAM的最大容量和外設(shè)接口的組合。 STM32系 STM 32系 列單 片機(jī) 心電傳感器 脈搏傳感器 血壓傳感器 Zigbee 模塊 溫度傳感器 Zigbee 模塊 無線傳輸 上位機(jī) 聲光報警電路 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 列 為 32位單片機(jī)， 最高工作頻率 72MHz，片上集成 32512KB的 Flash存儲器 ， 664KB的 SRAM存儲器 。 POR、 PDR和可編程的電壓探測器（ PVD）， 416MHz的晶振 ， 內(nèi)嵌出廠前調(diào)校的 8MHz RC振蕩電路 ，內(nèi)部 40 kHz的 RC振蕩電路 ， 用于 CPU時鐘的 PLL， 帶校準(zhǔn)用于 RTC的 32kHz的晶振。 VDD32VSS31PB11/I2C2_SDA/U3_RX30PB10/I2C2_SCL/U3_TX29PB2/BOOT128PB1/ADC9/TIM3_CH427PB0/ADC8/TIM3_CH326PC5/ADC1525PC4/ADC1424PA7/SPI1_MOSI/ADC7/TIM3_CH223PA6/SPI1_MISO/ADC6/TIM3_CH122PA5/SPI1_SCK/ADC521PA4/SPI1_NSS/ADC420VDD19VSS18PA3/U2_RX/ADC3/TIM2_CH417PA2/U2_TX/ADC2/TIM2_CH316PA1/ADC1/TIM2_CH215PA0/WKUP/ADC0/TIM2_CH1_ETR14VDDA13VSSA12PC3/ADC1311PC2/ADC1210PC1/ADC119PC0/ADC108NRST7PD1/OSCOUT6PD0/OSCIN5PC15/OSC324PC14/OSC323PC13/ANT12VBAT1PB12/SPI2_NSS/I2C2_SMBAI/TIM1_BKIN33PB13/SPI2_SCK/TIM1_CH1N34PB14/SPI2_MISO/TIM1_CH2N35PB15/SPI2_MOSI/TIM1_CH3N36PC637PC738PC839PC940PA8/TIM1_CH1/MCO41PA9/UI_TX/TIM1_CH242PA10/UI_RX/TIM1_CH343PA11/CAN_RX/USBDM/TIM1_CH444PA12/CAN_TX/USBDP/TIM1_ETR45PA13/JTMS/SWDIO46VSS47VDD48PA14/JTCK/SWCLK49PA15/JTDI50PC1051PC1152PC1253PD2/TIM3_ETR54PB3/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 。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。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。 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。 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]。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。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。 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。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。在寫時序起始后 1560us 期間，單總線器件采樣總線電平狀態(tài)。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)。每個讀時序都由主機(jī)發(fā)起至少拉低總線 1us。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。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)。 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]。 圖 38 紅外脈搏傳感器 主機(jī)讀 “