【正文】 監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 （院） 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 職 稱 二 〇 一 年 月 日 獨(dú) 創(chuàng) 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)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(jì)（論文）不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)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(jì)（論文）；同意學(xué)校在不以營(yíng)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(jì)（論文）的部分或全部?jī)?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(cè)，利用紅外脈搏傳感器 檢測(cè)由于心臟的跳動(dòng)，引起指尖的血液變化，經(jīng)過(guò)信 號(hào)放大、調(diào)整等電路處理 ，計(jì)算出脈率。最后是血壓檢測(cè)，利用改裝的全自動(dòng)血壓計(jì) BK6022 測(cè)量出人體血壓信息。 本系統(tǒng)的研究與開(kāi)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(dòng)空間 , 更好的為病人服務(wù)，同時(shí)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(diǎn)。單片微型計(jì)算機(jī)以其體積小、功能強(qiáng)、速度快、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)控制等應(yīng)用中有著無(wú)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(dòng)化設(shè)備、金融電子系統(tǒng) 、艦船、個(gè)人信息終端及通訊產(chǎn)品中。單片微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用廣度和深度，已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家科技水平的一項(xiàng)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(zhǎng)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(wú)線傳輸模式代替有線傳輸模式。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(wú)線通訊技術(shù)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，它 是一種高可靠的無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于 CDMA 和 GSM 網(wǎng)絡(luò)。 與 移動(dòng)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(chǎng) 自動(dòng)化控制 數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡(jiǎn)單，使用方便，工作可靠，價(jià)格低的特點(diǎn)。每個(gè) Zigbee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以作為監(jiān)控對(duì)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(dòng)中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)資料。 Zigbee 模塊是一種 物聯(lián)網(wǎng) 無(wú)線 數(shù)據(jù) 終端，利用 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)為用戶提供 無(wú)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(dòng)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(dòng) 將 檢測(cè)結(jié)果發(fā)到醫(yī)院 上位機(jī) ， 使 患者能夠得到及時(shí)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?zèng)Q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(gè)技術(shù)優(yōu)勢(shì) [6]。 當(dāng)某個(gè)儀器終端沒(méi)有病人， 不需要通信時(shí)，節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)入很低功耗的休眠狀態(tài)，此時(shí)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(jì)與實(shí)現(xiàn) [7]。按性能分成兩個(gè)不同的系列： STM32F103“ 增強(qiáng)型 ” 系列STM32F101“ 基本型 ” 系列。兩個(gè)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(wú)線傳輸 上位機(jī) 聲光報(bào)警電路 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(chǔ)器 ， 664KB的 SRAM存儲(chǔ)器 。 POR、 PDR和可編程的電壓探測(cè)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(shí)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(cè)模塊 體溫采集 采用美國(guó) 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(shí)以配置為 12 位，讀取溫度時(shí)共讀取 16 位，前5 個(gè)位為符號(hào)位，當(dāng)前 5 位為 1 時(shí)，讀取的溫度為負(fù)數(shù)；當(dāng)前 5 位為 0 時(shí)，讀取的溫度為正數(shù)。溫度為負(fù)時(shí)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(cè) 溫范圍 為 － 55℃ ～+125℃ ， 在 10～ +85℃ 時(shí)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(cè)取人體體 溫，當(dāng)超出正常范圍，上位機(jī)報(bào)警燈點(diǎn)亮，同時(shí)下位機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警。 ROM 中 的 64 位序列號(hào)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(gè) DS18B20 的 64 位序列號(hào)均不相同。 ROM 的作用是使每一個(gè) DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè) DS18B20的目的 [6]。見(jiàn)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(chǔ)在 18B20 的兩個(gè) 8 比特的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實(shí)際溫度。見(jiàn)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(shí)序 ： DS18B20 的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ ROM 操作指令→存儲(chǔ)器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。 DS18B20 的初始化時(shí)序：對(duì) 1wire 器件的所有操作都是從初始化開(kāi)始的，初始化過(guò)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(shí)序 DS18B20 的寫時(shí)序：寫時(shí)序起始于單片機(jī)拉低總線。在寫時(shí)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(shí)序 DS18B20 的讀時(shí)序：?jiǎn)慰偩€器件僅在單片機(jī)發(fā)出讀時(shí)序時(shí)，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(shí)序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。每個(gè)讀時(shí)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(shí)序之后，保持有效時(shí)間 15us，因而，主機(jī)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 在讀時(shí)序期間必須釋放總線，并且在時(shí)序起始后 15us 之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。 脈搏檢測(cè)模塊 紅外脈搏傳感器 利用特定波長(zhǎng) 紅外線 對(duì)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(cè)由于心臟的跳動(dòng)，引起指尖的血液變化，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大、調(diào)整等電路處理 ，從而計(jì)算出脈率，用于臨床上脈率的測(cè)量、監(jiān)測(cè)和脈搏波的病理分析等 [7]。 圖 38 紅外脈搏傳感器 主機(jī)讀 “