基于Zigbee技術(shù)的醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目基于Zigbee技術(shù)的醫(yī)療監(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)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名: 二一 年六月二十日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）使用授權(quán)聲明本人完全了解關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定。本人愿意按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文

2、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）的部分或全部內(nèi)容，允許他人依法合理使用。（保密論文在解密后遵守此規(guī)定）作者簽名: 二一 年六月二十日本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于Zigbee技術(shù)的醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是基于Zigbee技術(shù)的醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，它需要檢測人體的四個(gè)健康體征信息：體溫、脈搏、血壓、心電，通過STM32單片機(jī)處理信息，經(jīng)Zigbee無線技術(shù)傳至上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示。由硬件和軟件兩部分組成。首先是體溫檢測，利用探頭式溫度傳感器DS18B2

3、0進(jìn)行溫度檢測，采用單總線模式，在編程過程中嚴(yán)格按照該芯片的讀寫時(shí)序進(jìn)行溫度檢測。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(dòng)，引起指尖的血液變化，經(jīng)過信號(hào)放大、調(diào)整等電路處理，計(jì)算出脈率。再次是心電檢測，利用心電圖采樣模塊采集出心電信號(hào)，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)實(shí)時(shí)顯示心電數(shù)據(jù)。最后是血壓檢測，利用改裝的全自動(dòng)血壓計(jì)BK6022測量出人體血壓信息。另外還包括單片機(jī)電源電路、超限聲光報(bào)警電路、復(fù)位電路以及上位機(jī)應(yīng)用程序。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

4、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)。關(guān)鍵詞：Zigbee技術(shù)，傳感器，醫(yī)療監(jiān)護(hù) The Design of Wireless Medical Monitoring System Based On Zigbee TechnologyAbstractThe design is a health care system which is based on the Zigbee technology. It requires four signs of health information detecti

5、on of human body: temperature, pulse, blood pressure, ECG, processing the information through the STM32 microcontroller, transmitting the information to PC to achieve real-time display via Zigbee wireless. It consists of two parts of hardware and software. The first is the temperature detection, usi

6、ng probe type temperature sensor DS18B20 to detect, which adopts single bus mode. The course of programming for temperature detection is in strict accordance with the chip to read and write timing. The second is the pulse detection, using infrared pulse sensor to detect changes in the fingertip bloo

7、d because of the heart beat. We calculate the pulse rate through signal amplification and adjustment circuit processing. Once again is the ECG testing, collecting the ECG signal by electrocardiogram, reading the voltage value through the AD converter, and sending the data to the PC to achieve real-t

8、ime display of ECG data. Finally, the blood pressure measurement uses a modified automatic sphygmomanometer BK6022 to measure human blood pressure information. SCM also includes a power supply circuit, overrun sound and light alarm circuit, reset circuit, and PC applications. Research and developmen

9、t of this system is conducive to a better hospital medical care, transferring information between medical sensor and monitor, reducing connection between the monitoring equipment and medical sensor, making the guardian have more freedom of space, achieving better services for patients, and improving

10、 the work efficiency of hospital care, and it is comfortable, low power consumption, scalability.Key words: Zigbee technology, sensor, the medical monitoringii目 錄第一章 緒論1第二章 Zigbee技術(shù)22.1 Zigbee技術(shù)概述22.2 Zigbee技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療監(jiān)護(hù)的優(yōu)勢2第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)43.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)43.2 主控芯片STM32介紹43.3 溫度檢測模塊53.4 脈搏檢測模塊93.5 心電檢測模塊103.6 血壓檢測模

11、塊103.7 超限聲光報(bào)警模塊113.8 無線傳輸模塊113.9 上位機(jī)編寫123.10 開發(fā)軟件及編程語言簡介133.11 系統(tǒng)流程圖13第四章 總結(jié)15參考文獻(xiàn)17謝 辭18附 錄19一、主要實(shí)驗(yàn)程序19二、基于Zigbee技術(shù)的醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖22I第一章 緒論當(dāng)今社會(huì)，隨著科技發(fā)展的日新月異，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)帶來了科研和生產(chǎn)的許多重大飛躍，同時(shí)計(jì)算機(jī)也越來越廣泛的被應(yīng)用到人們的生活、工作領(lǐng)域的各個(gè)方面。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

12、、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。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(jī)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。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)國家科技水平的一項(xiàng)重要標(biāo)志1。另外隨著目前社會(huì)老齡化的加劇, 解決長期慢性病的監(jiān)護(hù)成為重要的社會(huì)問題。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)。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(hù)士按病床號(hào)依次檢查，效率低，負(fù)擔(dān)重，且當(dāng)異常情況發(fā)生時(shí)，往往處理不及時(shí)容易發(fā)生醫(yī)療事故，特

13、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(hù)人員的工作效率。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。再者為了進(jìn)一步加深對(duì)單片機(jī)及其接口的理解，掌握一般的軟硬件的設(shè)計(jì)方法，鞏固大學(xué)四年之所學(xué)，也給自己一個(gè)實(shí)踐鍛煉的機(jī)會(huì)以及有所創(chuàng)新，幾個(gè)月以來，我們?nèi)耐度氡敬萎厴I(yè)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出一種網(wǎng)絡(luò)式的監(jiān)護(hù)裝置, 實(shí)時(shí)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(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

14、效率，并且有著舒適, 低功耗, 可擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)2。第二章 Zigbee技術(shù)2.1 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)。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(jìn)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(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。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)。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到幾百米、幾公里，并且支持無限擴(kuò)展3。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)場自動(dòng)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(jià)格低的特點(diǎn)。而

15、移動(dòng)通信網(wǎng)主要是為語音通信而建立，每個(gè)基站價(jià)值一般都在百萬元人民幣以上，而每個(gè)Zigbee“基站”卻不到1000元人民幣4。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)傳過來的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(FFD)還可在自己信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)，和多個(gè)不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn)(RFD)無線連接5。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(dòng)化、數(shù)字化

16、醫(yī)療等領(lǐng)域。2.2 Zigbee技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療監(jiān)護(hù)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(diǎn)考慮：（1）實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)在醫(yī)院的實(shí)際情況中，重病患者隨時(shí)都可能發(fā)生病變，因此需要醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)的功能。利用Zigbee技術(shù)的醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，能自動(dòng)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(shí)的救助，保障了病人的生命安全。（2）低成本要想實(shí)現(xiàn)醫(yī)院的無線聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，需要組建一個(gè)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(fèi)用是相當(dāng)高的，而使用Zigbee組網(wǎng)技術(shù)， 可以大大減少連線,一次性投入成本非常低，運(yùn)行成本幾乎沒有。（3）組網(wǎng)的靈活性網(wǎng)絡(luò)的大小是根

17、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)。當(dāng)病人的數(shù)量增加或減少時(shí)，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(jìn)行繁雜的參數(shù)設(shè)定工作。（4）低功耗能耗特性是Zigbee的一個(gè)技術(shù)優(yōu)勢6。通常Zigbee節(jié)點(diǎn)所承載的應(yīng)用數(shù)據(jù)速率都比較低。當(dāng)某個(gè)儀器終端沒有病人，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。第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是以STM32單片機(jī)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(xiàng)生理信息，然后經(jīng)單片機(jī)處理后通過Zigbee

18、無線模塊傳送給上位機(jī)，上位機(jī)可以實(shí)時(shí)顯示并存儲(chǔ)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(shí)，上位機(jī)可以自動(dòng)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的無線監(jiān)護(hù)功能。下面著重介紹系統(tǒng)各模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)7。溫度傳感器STM32系列單片機(jī)無線傳輸Zigbee模塊脈搏傳感器 心電傳感器上位機(jī)Zigbee模塊血壓傳感器聲光報(bào)警電路 圖3-1 系統(tǒng)框圖3.2 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(jì)的ARM Cortex-M3內(nèi)核。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。增強(qiáng)型系列時(shí)鐘頻率達(dá)到72MHz，是

19、同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品；基本型時(shí)鐘頻率為36MHz，以16位產(chǎn)品的價(jià)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。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。時(shí)鐘頻率72MHz時(shí)，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0.5mA/MHz。STM32系列為32位單片機(jī)，最高工作頻率72MHz，片上集成32-512KB的Flash存儲(chǔ)器，6-64KB的SRAM存儲(chǔ)器。2.0-3.6V的電源供電和I/O接口的驅(qū)動(dòng)電壓。POR、PDR和可編程的電壓探測器（PVD），4-16MHz的晶振，內(nèi)嵌出廠前調(diào)校的8M

20、Hz 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。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(jì)算機(jī)外設(shè)等產(chǎn)品的性能，基于上述優(yōu)點(diǎn)，我們選用STM32F103系列單片機(jī)作為本系統(tǒng)的控制器9。圖3-2 STM32f103單片機(jī)引腳圖3.3 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(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊10。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

21、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)。溫度為正時(shí)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(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，其測溫范圍為55+125，在-10+85時(shí)精度為±0.5，測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一 線總線”串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力，它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進(jìn)，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(jì)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，

22、測取人體體溫，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。其具體介紹如下：圖3-3 探頭式DS18B20實(shí)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(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。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。64位ROM的排的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8X5X41）。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。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-4：圖3-4 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20的溫

23、度轉(zhuǎn)化：DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。見表3-1：表3-1 溫度的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式Bit 7Bit 6Bit 5Bit 4Bit 3Bit 2Bit 1Bit 0Ls byteBit 15Bit 14Bit 13Bit 12Bit 11Bit 10Bit 9Bit 8Ms byteSSSSS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，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度

24、；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0.0625即可得到實(shí)際溫度。例如+125的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH，-55的數(shù)字輸出為FC90H11。見表3-2：表3-2 溫度的轉(zhuǎn)化1250000 0111 1101 000007D0H850000 0101 0101 00000550H25.06250000 0001 1001 00010191H10.1250000 0000 1010 001000A2H0.50000 0000 0000 10000008H00000 0000 0000 00000000

25、H-0.51111 1111 1111 1000FFFFH-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90HDS18B20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。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序，它的讀寫分4種類型：分別是寫1、寫0、讀1、讀0。DS18B20的初始化時(shí)序：對(duì)1-wire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1-wire器件的應(yīng)答脈沖組成。對(duì)1-wire器件的復(fù)位脈沖

26、實(shí)際上是主機(jī)通過拉低總線來實(shí)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1-wire器件復(fù)位，總線上1-wire器件接到復(fù)位脈沖后便通過拉低總線告訴主機(jī)1-wire器件已經(jīng)準(zhǔn)備就緒。如圖3-5所示：圖3-5 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。產(chǎn)生寫1時(shí)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(shí)序的方式：在單片機(jī)拉低總線后，只需在整個(gè)時(shí)序期間保持低電平即可（至少60us）。在寫時(shí)序起始后15-60us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

27、該器件；如果為0則寫入邏輯0。具體情況如圖3-6所示：圖3-6 DS18B20的寫時(shí)序DS18B20的讀時(shí)序：單總線器件僅在單片機(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)。所有讀時(shí)序至少需要60us，且在兩次獨(dú)立的讀時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)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(shí)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(shí)，從機(jī)在該時(shí)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(shí)序之后，保持有效時(shí)間15us，因

28、而，主機(jī)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)。如圖3-7所示： 圖3-7 DS18B20的讀時(shí)序DS18B20使用中注意事項(xiàng)：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(diǎn)，但在實(shí)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(duì)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(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。3.4 脈搏檢測模塊紅外脈搏傳感器利用特定波長紅外線對(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，檢測由于心臟的跳動(dòng)，引起指尖的血液變化，經(jīng)過信號(hào)放大、

29、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量、監(jiān)測和脈搏波的病理分析等7。在此選用HKG-07A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(bào)警燈會(huì)點(diǎn)亮，同時(shí)下位機(jī)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警。圖3-8 紅外脈搏傳感器表3-3 HKG-07A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 56V工作電流5mA工作環(huán)境溫度-4085 儲(chǔ)存環(huán)境溫度-40125 頻率范圍0.516Hz輸出脈沖幅度 Vcc-1V圖3-9 HKG-07A紅外脈搏傳感器典型輸出波形圖3.5 心電檢測

30、模塊AIKD812-256心電圖采樣模塊采用單5V電源供電,采樣頻率：2400點(diǎn)/通道,有八個(gè)差分信號(hào)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(hào)源，模塊以串行方式輸出采樣的數(shù)據(jù),整個(gè)電路被封裝在1.5×1.5×0.381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。3.6 血壓檢測模塊血壓傳感器采用全自動(dòng)血壓計(jì)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(dòng)壓力波的突變點(diǎn)。檢測時(shí)通過上位機(jī)控制充氣泵自動(dòng)充氣，當(dāng)充氣到高于收縮壓30mmHg左右時(shí)單片機(jī)會(huì)自動(dòng)控制

31、電磁閥打開，然會(huì)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(shí)，振動(dòng)波幅出現(xiàn)一個(gè)極大的跳變，此點(diǎn)對(duì)應(yīng)的即收縮壓；當(dāng)袖帶壓等于舒張壓時(shí)，亦出現(xiàn)一個(gè)極大的跳邊，即舒張壓。測量完畢后所測得的收縮壓、舒張壓會(huì)在上位機(jī)顯示。圖3-10 血壓測量工作原理示意圖3.7 超限聲光報(bào)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(bào)警裝置，方便觀察。當(dāng)人體溫度高于或低于一定的值時(shí)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，同樣，當(dāng)脈搏值或血壓值高于或者低于一定的值時(shí)系統(tǒng)也會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警。人體正常體溫范圍為3637.5，正常脈搏范圍為60-100次/分，正常血壓范圍為：收縮壓140-90mmHg，舒張壓90-60mmHg，所以

32、當(dāng)測得的體溫、心率或血壓超出正常范圍時(shí)，發(fā)光二級(jí)管發(fā)光和蜂鳴器進(jìn)行聲光報(bào)警，達(dá)到醫(yī)療監(jiān)護(hù)的目的。3.8 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(dòng)化、數(shù)字化醫(yī)療等領(lǐng)域。Zigbee無線模塊中的ZM2410可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信和點(diǎn)對(duì)多通信，我們將主機(jī)和從機(jī)分別配置一個(gè)ZM2410，便可實(shí)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(jì)，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(dòng)空間, 具有很大的實(shí)用性。我們選用F8

33、913D Zigbee模塊，它采用高性能的工業(yè)級(jí)Zigbee方案，提供SMT與DIP接口，可直接連接TTL接口設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸功能；低功耗設(shè)計(jì)，最低功耗小于1uA；提供5路I/O，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸入輸出、脈沖輸出；其中有3路I/O還可實(shí)現(xiàn)模擬量采集、脈沖計(jì)數(shù)等功能，完全可以滿足該系統(tǒng)的要求。圖3-11 Zigbee模塊3.9 上位機(jī)編寫我們采用LabVIEW編寫上位機(jī)，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(tái)，與 C 和BASIC 一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫。LabVIEW的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GP

34、IB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)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。LabVIEW是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。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(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。VI指虛擬儀器，是 LabVIEW 的程序模塊。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。用戶界面在 LabVIEW 中被稱為前面板14。使用圖

35、標(biāo)和連線，可以通過編程對(duì)前面板上的對(duì)象進(jìn)行控制。這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。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。LabVIEW主要應(yīng)用于儀器控制、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析與顯示等領(lǐng)域，適用于多種不同的操作系統(tǒng)。其特色的圖形化編程語言G語言，在用戶設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)串口編程,完成控制機(jī)與儀器之間的連接與控制的功能15?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，我們主要使用LabVIEW的VISA庫函數(shù)以及常用的Express VI和圖形顯示

36、控件來進(jìn)行上位機(jī)的編寫，與下位機(jī)進(jìn)行信息的交互，對(duì)采集的人體生理數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、保存，并對(duì)異常情況進(jìn)行處理。3.10 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(duì)各種嵌入式處理器的軟件開發(fā)工具。RealView MDK集成了業(yè)內(nèi)最領(lǐng)先的技術(shù)，包括Vision3集成開發(fā)環(huán)境與 RealView編譯器。支持ARM7、ARM9和最新的Cortex-M3核處理器，自動(dòng)配置啟動(dòng)代碼，集成Flash燒寫模塊，強(qiáng)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。

37、C語言是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，它既具有高級(jí)語言的特點(diǎn)，又具有匯編語言的特點(diǎn)。C語言的運(yùn)算非常靈活，功能十分豐富，運(yùn)算種類遠(yuǎn)多于其它程序設(shè)計(jì)語言。在表達(dá)式方面較其它程序語言更為簡潔，如自加、自減、逗號(hào)運(yùn)算和三目運(yùn)算使表達(dá)式更為簡單，而且對(duì)單片機(jī)編程C語言程序本身也不依賴于機(jī)器硬件系統(tǒng)，開發(fā)效率高，可極大地縮短開發(fā)時(shí)間，增加程序的可讀性和可維護(hù)性。采用C語言編程可有如下優(yōu)點(diǎn)：一，對(duì)單片機(jī)的指令系統(tǒng)不要求有任何的了解，就可以用。二，寄存器分配、不同存儲(chǔ)器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)完全有編譯器自動(dòng)管理。三，程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)，可使程序結(jié)構(gòu)化。因此本系統(tǒng)采用C語言直接編程操作單片機(jī)，用德國

38、Keil公司的RealView MDK開發(fā)套件作為程序編寫平臺(tái)。3.11 系統(tǒng)流程圖圖3-12 主程序流程圖第四章 總結(jié)本文詳細(xì)介紹了基于Zigbee技術(shù)的醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，涉及傳感器的選型，無線發(fā)射模塊的研究，上位機(jī)程序的編寫。縱觀整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程，在硬件上盡可能采用多種方案，按模塊逐次試驗(yàn)，最終確定了最優(yōu)方案，力求得到最佳的效果。在軟件編寫上，盡可能采用最簡單的語句，優(yōu)化算法，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過近幾個(gè)月的努力，系統(tǒng)設(shè)計(jì)終于完成，功能也已實(shí)現(xiàn)，相信它可以極大的改善了病房環(huán)境，提高醫(yī)院工作效率，具有廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)過三個(gè)月時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)鍛煉，我覺得自己對(duì)單片機(jī)知識(shí)的掌握又進(jìn)

39、了一層，對(duì)新興的Zigbee技術(shù)也有了不少了解，特別對(duì)單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的研究和軟件編程的興趣增加不少。歸納起來，主要有以下幾點(diǎn)：（1）有兩年多的時(shí)間都是在學(xué)習(xí)單片機(jī)原理知識(shí)，并未真正地去應(yīng)用和實(shí)踐。平時(shí)但是經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我接觸到了更多平時(shí)沒有接觸到的儀器設(shè)備、元器件發(fā)現(xiàn)了自己很多不足之處。我還體會(huì)到了所學(xué)理論知識(shí)的重要性：知識(shí)掌握得越多，設(shè)計(jì)得就更全面、更順利、更好。（2）了解進(jìn)行一項(xiàng)相對(duì)比較大型的科技設(shè)計(jì)所必不可少的幾個(gè)階段。畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠從理論設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐相結(jié)合、鞏固基礎(chǔ)知識(shí)與培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)相結(jié)合、個(gè)人作用和集體協(xié)作相結(jié)合等方面全面的培養(yǎng)學(xué)生的全面素質(zhì)。我經(jīng)過這次系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)，熟悉了對(duì)一

40、項(xiàng)課題進(jìn)行研究、設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)的過程。這些在我們?cè)趯淼墓ぷ骱蛯W(xué)習(xí)當(dāng)中都會(huì)有很大的幫助。 （3）學(xué)會(huì)了怎樣查閱資料和利用工具書。如果想學(xué)一門知識(shí)，不能局限于一本書，應(yīng)多看幾本，既可以進(jìn)行比較又增加了見識(shí)，知識(shí)會(huì)更加全面，應(yīng)用起來也更有余地。另外平時(shí)課堂上所學(xué)習(xí)的知識(shí)大多比較陳舊，作為電子信息工程的學(xué)生，由于專業(yè)特點(diǎn)自己更要積極查閱當(dāng)前的最新電子資料。一個(gè)人不可能什么都學(xué)過，什么都懂，因此，當(dāng)你在設(shè)計(jì)過程中需要用一些不曾學(xué)過的東西時(shí)，就要去有針對(duì)性地查找資料，然后加以吸收利用，以提高自己的應(yīng)用能力，而且還能增長自己見識(shí)，補(bǔ)充最新的專業(yè)知識(shí)。（4）畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)以前學(xué)過的理論知識(shí)起到了回顧作用，并對(duì)其加以

41、進(jìn)一步的消化和鞏固。（5）畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)了嚴(yán)肅認(rèn)真和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。而且培養(yǎng)了吃苦耐勞的精神以及相對(duì)應(yīng)的工程意識(shí)，同學(xué)之間的友誼互助也充分的在畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中體現(xiàn)出來了。（6） 發(fā)現(xiàn)了許多我以前認(rèn)識(shí)理解的誤區(qū)，因?yàn)橐郧皩W(xué)單片機(jī)時(shí)錯(cuò)誤理解了某些書上的或老師講的思想，產(chǎn)生自以為正確的假象。（7）多交談或請(qǐng)教容易更直接更正確的理解并掌握知識(shí)。有些時(shí)候精神不是很集中，思想不通，但多和人交談經(jīng)人一點(diǎn)撥，有茅塞頓開的感覺。（8）在設(shè)計(jì)硬件之前，對(duì)軟件如何圍繞硬件方面心中應(yīng)比較清楚透徹，否則將會(huì)使設(shè)計(jì)出來的硬件無法編程，成為一堆無用的東西，從而使設(shè)計(jì)走很大的彎路。本文詳細(xì)介紹了基于Zigbee技術(shù)的醫(yī)療監(jiān)護(hù)系

42、統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，涉及傳感器的選型，無線發(fā)射模塊的研究，上位機(jī)程序的編寫。縱觀整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程，在硬件上盡可能采用多種方案，按模塊逐次試驗(yàn)，最終確定了最優(yōu)方案，力求得到最佳的效果。在軟件編寫上，盡可能采用最簡單的語句，優(yōu)化算法，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過近幾個(gè)月的努力，系統(tǒng)設(shè)計(jì)終于完成，功能也已實(shí)現(xiàn)，相信它可以極大的改善病房環(huán)境，提高醫(yī)院工作效率，具有廣闊的應(yīng)用前景。但本次設(shè)計(jì)但由于時(shí)間以及經(jīng)驗(yàn)有限，肯定存在許多不足之處，希望老師能給予進(jìn)一步指正。最后，我深切體會(huì)到做事情必須耐心、細(xì)心，成功就在眼前。參考文獻(xiàn)1 劉軍.例說STM32M.北京:北京航天航空大學(xué)出版社,2008:34-38.2 劉

43、愛華,滿寶元.傳感器原理與應(yīng)用技術(shù)M.北京:人民郵電出版社,2010:16-19.3 李文仲,段朝玉.ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)入門與實(shí)踐M.北京航空航天大學(xué)出版社,2007:71-85.4 周怡頤,凌志浩,吳勤勤.ZigBee無線通信技術(shù)及其應(yīng)用探討J.自動(dòng)化儀表,2006,26(6):5-9.5 ZigBee Alliance. Document 053474r17 ZigBee specification S, 2008.6 張平.甚低功耗無線通信技術(shù)ZigBeeJ.中興通訊技術(shù).2006,12(04):21-25.&#

44、160;7 黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽訓(xùn)練教程M.北京:電子工業(yè)出版社,2005:93-97.8 王宜懷,曹金華.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐基于飛思卡爾S12X微控制器M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2011:56-72. 9 何希才,鄒炳強(qiáng).通用電子電路應(yīng)用400例M.北京:電子工業(yè)出版社,2005:40-43.10 賈振國. DS1820 及高精度溫度測量的實(shí)現(xiàn)J.電子技術(shù)應(yīng)用,2000(1):58 -59.11 金偉正.單線數(shù)字溫度傳感器的原理與應(yīng)用J.電子技術(shù)與應(yīng)用,2000:42-46.12 魏永廣.現(xiàn)代傳感技術(shù)M.哈爾濱:東北大學(xué)出版社,2001:67-

45、73.13 劉君華.基于LabVIEW的虛擬儀器設(shè)計(jì)M.北京:電子工業(yè)出版社,2005:74-85.14 張凱等著. LabVIEW虛擬儀器工程設(shè)計(jì)與開發(fā)M.北京:國防工業(yè)出版社,2004:23-34.15 Ludtke,LabVIEW User ManualM.National Instruments Corporation,1998:10-20.謝 辭通過此次的論文，我學(xué)到了很多知識(shí)，跨越了傳統(tǒng)方式下的教與學(xué)的體制束縛，在論文的寫作過程中，通過查資料和搜集有關(guān)的參考文獻(xiàn)，培養(yǎng)了自學(xué)能力和動(dòng)手能力。在論文的寫作過程中也學(xué)到了做任何事情所要有的

46、態(tài)度和心態(tài)，首先做學(xué)問要一絲不茍，對(duì)于發(fā)展過程中出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅(jiān)持下去就可以找到思路，解決問題。而且要學(xué)會(huì)與人合作，這樣做起事情來就可以事倍功半。論文得以完成，最要感謝的是老師，因?yàn)檎撐氖窃谒南ば闹笇?dǎo)下完成的。他指引我論文的寫作方向和架構(gòu)，并對(duì)本論文初稿進(jìn)行逐字批閱，指正其中誤謬之處，使我有了思考的方向，他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪，他的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)，將一直是我以后的工作和學(xué)習(xí)中的榜樣。 再次感謝大學(xué)里所有幫助過我并給我鼓勵(lì)的老師、同學(xué)和朋友，謝謝你們。附

47、錄一、主要實(shí)驗(yàn)程序#include <stm32f10x_lib.h>#include "sys.h"#include "usart.h"#include "delay.h"#include "led.h" #include "lcd.h" #include "ds18b20.h"#include "exti.h"#include "key.h"#include "timer.h"#include &qu

48、ot;adc.h"int main(void) short temp,show;float voltage;u16 adcx,adcx1,adcx2,adcx3,adcx4; u8 i;u16 disp7;extern u16 aver; Stm32_Clock_Init(9);/系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置delay_init(72);/延時(shí)初始化uart_init(72,9600); /串口1初始化 LCD_Init();/初始化液晶 LED_Init(); /LED初始化Adc_Init(); /初始化ADCEXTIX_Init(); Timerx_Init(10,7199);/10Khz的計(jì)數(shù)頻率，計(jì)數(shù)到10為1msPOINT_COLOR=RED;LCD_ShowString(60,50,"BZU DREAMSIX");LCD_ShowString(60,70,"TEMPERATURE TE