【基于嵌入式的人體健康智能檢測系統(tǒng)設計與實現14000字（論文）】

PAGEIII基于嵌入式的人體健康智能檢測系統(tǒng)設計與實現目錄TOC\o"1-3"\u1緒論 21.1開發(fā)背景 21.2系統(tǒng)開發(fā)的意義 31.3開發(fā)者的主要工作 41.4論文的組織結構 42相關技術介紹 62.1嵌入式技術介紹 62.1.1嵌入式系統(tǒng)概述 62.1.2嵌入式系統(tǒng)的組成 62.1.3嵌入式系統(tǒng)的特點 62.2ARM體系結構介紹 72.3ARM微處理器特點 72.4開發(fā)環(huán)境 72.4.1KeilμVision簡介 82.4.2使用語言—C語言 92.4.2軟件實現 93需求分析 113.1系統(tǒng)可行性分析 113.1.1設計技術可行性分析 113.1.2經濟可行性分析 113.1.3操作可行性分析 113.2需求分析 123.2.1功能需求分析 123.2.2性能需求分析 124系統(tǒng)的設計與實現 134.1系統(tǒng)設計總述 134.1.1系統(tǒng)設計任務 134.1.2系統(tǒng)模塊設計 134.1.3功能模塊設計 164.2電路設計結構 164.2.1血壓采集電路的設計 164.2.2脈搏采集電路的設計 174.3STM32電路設計實現 184.3.1設計基本說明 184.3.2重要模塊實現細節(jié) 185系統(tǒng)測試 215.1軟件設計的目標 215.2測試計劃及執(zhí)行情況 215.3超限報警單元測試 235.4測試評價 246結論 256.1總結 256.2體會 25參考文獻 26PAGEIII1緒論1.1開發(fā)背景目前，現代社會的進步，經濟的不斷發(fā)展以及人們的生活水平的不斷地提升，護理，養(yǎng)生和健康的概念日益流行趨于生活化。人們越來越重視身體的各項指標，對于人體來說血壓、脈搏（心率）都是必不可少的參數。當疾病發(fā)生時，如果是突發(fā)狀況就會非常麻煩，因此就需要人們實時進行監(jiān)管，這樣在一定的程度上能夠減少疾病的發(fā)生。此次項目極大的為人們帶來了保障，可以早點發(fā)現并進行藥物控制避免形成高血壓，或者心臟病等問題。對患者心血管疾病進行診斷的主要指標就是血壓、脈搏（心率），患病在病情發(fā)作以前的主要癥狀就是血壓，脈搏出現問題REF_Ref16718\r\h[1]。心血管疾病是一系列心臟和血管疾病的統(tǒng)稱，它包括：冠心?。ㄐ慕g痛、猝死、缺血性心力衰竭等）、腦血管疾病（腦動脈瘤、顱內血管畸形、腦動靜脈瘺等）、周圍末梢動脈血管疾?。ㄊ直酆屯炔抗┭艿募膊。?、先天性心臟?。ǔ錾鷷r存在的心臟結構畸形）、深靜脈血栓和肺栓塞（腿部靜脈出現血塊，它可脫落并移動至心臟和肺部）和心力衰竭。據統(tǒng)計，在2016年，全球因心血管疾病而死的人估計有1790萬人，其中有四分之三的人死于心臟病和中風。根據《中國心血管健康與疾病報告2019》，中國心血管病現患人數達到3.3億，并且隨著社會節(jié)奏的加快，我國中年人群壓力日益增大，養(yǎng)成一系列不健康的習慣，比如：不健康的飲食、缺乏身體活動、攝入過量煙草和酒精等，這些都會提高心血管疾病的發(fā)病率。因此，心血管疾病的預防在日常生活中更顯得尤為重要。心臟病作為心血管疾病中的一種，其死亡率占心血管疾病的一半左右。近年來，心臟病死亡率在我國呈逐年上升趨勢。然而如果在醫(yī)院進行檢查，就會變得異常的麻煩。排隊的時間會被浪費，同時價格也變得很高，為了避免這些常見的功能卻只能在醫(yī)院才能使用。從而，本課題可以為中老年人提供便利，讓他們能夠實時監(jiān)測他們的脈搏（心率），血壓等基本的生理參數REF_Ref17293\r\h[2]。對于青壯年人來講，當他們進行健身，運動比如打籃球時也可以使用這個功能，從而可以避免猝死的危險。隨著社會發(fā)展的過程中，這個項目具有良好的前景和市場需求。為人們提供了一種更為完善的解決方案。與此同時，人口老齡化現象越來越嚴重，這個問題給整個社會（特別是青壯年人）帶來了前所未有的壓力。這樣，家庭應用以及人們監(jiān)管和控制的便捷發(fā)展就成為必然。除了能夠在家里監(jiān)測脈搏和血壓外，未來還將有更多的生理參數需要監(jiān)管和控制，測量設備也將變得越來越小，越來越能給人們帶來便攜REF_Ref17557\r\h。在家里對人體的生理信號進行監(jiān)管和控制，時時地發(fā)現最新或者突發(fā)情況，并及時地處理，就會變得非常地容易。于是在未來，低功耗且便攜式的醫(yī)療設備將像手機一樣流行。監(jiān)測這些生理數據，對疾病的防治具有重要意義可以方便我們在疾病的初期及早發(fā)現并干預或治療，減少多種疾病的發(fā)病率，為我們的生命健康提供重要保障REF_Ref18591\r\h[3]。1.2系統(tǒng)開發(fā)的意義自人類的誕生以來，生理健康問題一直是人們最關心的熱門話題。就目前來看，全世界都將面臨著人口老齡化的迫切問題。但是由于身體等各種因素，老年人更易患慢性疾病、老年疾病、心臟疾病、高血壓疾病和傳染疾病。一旦生病感染，很難在短時間內得到恢復以及康復，最嚴重的后果甚至是死亡。目前來看我們國家已經步入老齡化的階段，社會壓力日益增大，因此不得不引起重視。據統(tǒng)計年增長率近1000萬以上并且每年遞增。與此同時，人民群眾特別是農村的人口和農民工人的健康醫(yī)療管理問題十分棘手。隨著時間的推移我國人口老齡化的不斷加速和人們健康意識的增強等，根據現在的社會形勢和變化，人們對傳統(tǒng)的保守醫(yī)療管理模式的認識也在不斷地發(fā)生著巨大的變化，從以往的醫(yī)院管理治療轉向以預防為主的醫(yī)學模式，居家，在外也能實現檢測生理參數。整個社會環(huán)境正在發(fā)生巨大變化，人們越來越重視醫(yī)療健康監(jiān)測。伴隨著科技的不斷進步，出現了許多跨學科的領域，這些領域相互交叉不斷融合。生物醫(yī)學是連接醫(yī)學和工程項目技術領域的一門冉冉升起的交叉新型學科。并且在醫(yī)療研究和醫(yī)學治療中，使用一些先進的電子監(jiān)測設備，如各類傳感器，都將被用來去檢測疾病突變。采集生理參數的數據和一些數字信號采集，以便能夠根據檢測記錄來預測出其慢性疾病的發(fā)展。這些也為科學研究提供了數據證明。此研究課題的內容——測量血壓，脈搏（心率）的研究在國外也在不斷更新，相關論題也在不斷討論中，引起了許多學者的關注REF_Ref17639\r\h[4]。此次項目主要設計的是，血壓信號采集系統(tǒng)以及脈搏信號采集系統(tǒng)，具有使用功耗低、以及便攜性好的突出特點。硬件設計和軟件設計思想相結合，利用結構化的思想，分模塊執(zhí)行系統(tǒng)。其結構參數返回到顯示屏則更加的直觀，內部存儲器存儲了測量的數值，方便醫(yī)生對它進行分析，這些測量記錄都是作為后續(xù)治療和診斷的前提。而信息的采集和讀取則用寄存器來實現，更為高效。對于醫(yī)院，在一定程度上減少了不必要的工作，從而節(jié)省了一部分資源。血壓及脈搏信號數據顯示進行觀察和分析，最后詳細分析發(fā)病情況的原因。此外，由于長期地準確監(jiān)測人體血壓以及脈搏，會更加有利于人體健康的診斷及治療。血壓測試的功能包括兩種方式，這兩種都會在醫(yī)院上應用。首先帶袖套的話這個方法目前較為廣泛成本也不高，而使用非袖套的方式有可能也會帶來測量值偏小等問題的出現，通常，考慮到帶袖帶測量的成本低于不帶袖帶測量的成本，因此袖帶測量仍被廣泛應用。1.3開發(fā)者的主要工作開發(fā)人員在開發(fā)人體智能監(jiān)測系統(tǒng)時需要做的工作設計如下：在整個設計的過程當中，軟件設計和硬件設計相結合的方式可以帶來便捷，利用率高而且系統(tǒng)的安全性更加的堅固，應該在硬件設計的時候，提前確定好硬件的器件，要去使用性能好，而且穩(wěn)定性強的傳感器REF_Ref21144\r\h[5]。另一方面，在軟件設計的時候盡可能保證邏輯算法正確，避免后期的不斷修改。最終，實現這個人體的智能檢測項目完成總設計目標。因此便攜式的產品經常需要提供使用電池進行供電，但目前電池容量發(fā)展極其緩慢遠遠落后于設備的運用需求。怎樣去降低系統(tǒng)的功能消耗，延長設備的工作有效時間，已逐漸地成為低功耗且便攜式系統(tǒng)軟硬件設計的重要一環(huán)。它可以不斷降低處理器的硬件電路的電池消耗。在嵌入式開發(fā)的軟件部分，可以通過選擇最優(yōu)化的編譯方法、減少內存頁面的訪問次數、優(yōu)化內存空間，系統(tǒng)使用穩(wěn)定。對于整個整體來講，它和以上模塊都交互了以后，就可以進行測量血壓值和脈搏值的操作了，測量出來的身體健康參數值，如果不在原先設置的健康閾值內的話，系統(tǒng)就會報錯，進而就會啟用蜂鳴器，進行報警設定。因此開發(fā)人員需要自己設置兩個模塊一共四個界限，血壓的上下限，脈搏的上下限的設置。以及顯示當前血壓脈搏的參數值。然后逐步細改各模塊的功能，完成并實現了最終的調試和運行。1.4論文的組織結構主要內容包括以下六個部分：緒論，此次項目主要是介紹了開發(fā)背景，以及目前此項目的開發(fā)意義，以及開發(fā)者的主要工作。第2章，主要介紹了體系結構和開發(fā)環(huán)境，處理器的特點。模塊化劃分，以及開發(fā)的語言選擇。逐步細化最終實現功能。詳細分析了血壓和脈搏信號的收取特點，因此需要來設計一個完整有效的血壓和脈搏信號采集模塊。第3章，進行此項目可行性分析。選擇更為穩(wěn)妥的方案進行開發(fā)。這樣極大程度上可以降低錯誤的發(fā)生。第4章，研究系統(tǒng)封設計的任務。此次項目分為幾個模塊。選擇更為普遍的STM32作為主板，劃分為血壓采集電路設計模塊，脈搏（心率）采集電路設計模塊，以及其他模塊例如OLED12864液晶顯示屏模塊，蜂鳴器聲光報警模塊，PCB8574模塊來實現。先分塊進行研究，然后組合。使得研究更為優(yōu)化。本章內容則去介紹了每個模塊的實現方法和功能。第5章，本次項目介紹了測試目標和執(zhí)行情況。各個模塊的實現結果，得出實驗數據。下位機系統(tǒng)的設計介紹了處理器的選擇、采集器、LCD顯示屏、蜂鳴器報警等，并介紹了各部分的實現方法。主要實現了串口通信、采集器數據輸入、波形顯示等功能REF_Ref21575\r\h[6]。第6章，最后得出結論。本章結果給出了結論、不足和今后的工作。設計中遇到的困難，系統(tǒng)設計中存在的不足或缺陷，并對今后如何改進、完善和完善系統(tǒng)設計進行了思考。2相關技術介紹2.1嵌入式技術介紹2.1.1嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎的一種特殊的計算機系統(tǒng)。它能適應不同應用在功能、可靠性、成本、體積、功耗等方面的要求，集成了可配置、可簡化的軟硬件。它具有很強的靈活性，主要由嵌入式硬件平臺、相關支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)、支撐軟件和應用軟件組成。2.1.2嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)完全嵌入到控制芯片中，主要由控制器、操作系統(tǒng)和應用軟件組成，如圖2-1所示。英國電氣工程師協(xié)會（BritishInstituteofelectricalengineers）將嵌入式設備定義為一種可以監(jiān)控的設備；在我國，嵌入式系統(tǒng)通常更多地被定義為基于計算機技術的面向應用的計算機系統(tǒng)。圖2.1嵌入式系統(tǒng)示意圖2.1.3嵌入式系統(tǒng)的特點（1）系統(tǒng)專用性強。（2）系統(tǒng)實時性強。（3）軟、硬件依賴性強。（4）處理器專用。（5）多種技術緊密結合。（6）系統(tǒng)透明性。（7）系統(tǒng)資源受限。由于嵌入式系統(tǒng)是針對用戶、應用和產品的，必須結合具體應用才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢。因此，我們可以從以下兩個方面來理解嵌入式系統(tǒng)：（1）背景決定特征嵌入式系統(tǒng)是在電子技術、計算機技術等高新技術飛速發(fā)展的背景下產生的。這就決定了嵌入式系統(tǒng)是一個高科技、創(chuàng)新、資金密集型的知識采集系統(tǒng)。（2）嵌入式系統(tǒng)主要是為了滿足應用需求嵌入式系統(tǒng)是一個以應用為中心的系統(tǒng)，這決定了它主要服務于應用。為了保證應用系統(tǒng)的功能、成本和可靠性，往往需要進行一定的裁剪。因此，許多嵌入式系統(tǒng)都有不同的內核大小，從幾K到幾十K不等，需要根據實際應用進行擴展或定制。實際上，嵌入式系統(tǒng)的應用范圍非常廣泛。能夠與產品結合并具有嵌入式特性的系統(tǒng)稱為嵌入式系統(tǒng)。而本文所使用的嵌入式系統(tǒng)是一個帶有操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)，主要包括主控制器、內存、I/O端口和相關程序。2.2ARM體系結構介紹現在，嵌入式系統(tǒng)正處于快速進步和激烈競爭的年代。未來幾年中，這種進步發(fā)展和社會競爭將進入白熱化階段。嵌入式系統(tǒng)的核心要點是嵌入式微處理器?，F在，許多大公司已經加入到嵌入式微處理器的隊列當中，獨立研究和設計。心電信號微弱，其幅值在0.05～5mV之間，典型值1mVREF_Ref18436\r\h[7]。其生產體系有其自身的特征，種類繁多。ARM等最受人們的歡迎。在眾多的內嵌式微處理器當中，ARM處理器以其低功耗，低成本，實用性強，產品性能優(yōu)異而聞名。廣泛應用于工業(yè)控制，無線通信，網絡應用，圖像及安防產品。2.3ARM微處理器特點時代發(fā)展到今天，ARM微處理器包含了許多的優(yōu)勢，第一，可以分析出它有著特別靈活而且操作簡單的尋種方式，比如直接尋址，間接尋址等。第二，它的利用率高，功能消耗少。第三，它的體積非常適合這個課題的研究，便攜性好。第四，使用此處理器，執(zhí)行效率高而且速度也快。第四，它大多數的內存都放在寄存器當中，能夠處理大量的數據。第五，處理器具有數據的指令集，方便用戶使用，執(zhí)行速度快。2.4開發(fā)環(huán)境Keil公司于2005年時被ARM公司回收，ARM公司不斷創(chuàng)新，不斷完善體系架構，為用戶提供更為便捷的使用方法，這種體系架構還有著許多的版本，可以供用戶編譯。用戶可以根據自身的需求來修改，運行。即在熟悉了在該軟件下進行處器編程的方法，有助于提升軟件開發(fā)的效率。2.4.1KeilμVision簡介KeilμVision是美國KeilSoftware公司研發(fā)的集成開發(fā)環(huán)境，支持C語言和匯編語言，可以進行代碼編輯、文件管理和程序的編譯調試等。目前大部分ARM內核單片機都選擇使用Keil開發(fā)。C語言在功能、結構和可讀性方面都明顯優(yōu)于匯編語言，易學易用。Keil向用戶提供了完整開發(fā)方案，包括C編譯器、宏匯編、鏈接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等，通過一個集成開發(fā)環(huán)境將這些功能組合在一起。每一個μVision版本下有4個獨立的軟件，分別是C51、C251、C166和ARM，如圖2.2所示。μVisionARM就是MDK，即μVisionMDK-ARM，這一款軟件主要支持ARM7、ARM9和Cortex等內核，μVisionC51主要支持51單片機這類芯片的內核。圖2.2μVision版本下的不同軟件此次設計使用的Keil5MDK不僅可以與之前的版本兼容，還對傳統(tǒng)的開發(fā)方式進行了升級，將其分為Core和SoftWarePacks兩部分。Core涵蓋了微控制開發(fā)所需的IDE、C++編輯器、調試跟蹤器等組件，SoftWarePacks部分包含了各種可用的設備驅動。同時Keil5對軟件界面也做出了調整，界面圖如圖2.3所示。圖2.3KeilMDK界面圖2.4.2使用語言—C語言C語言是一種常見的面向過程的抽象化編程語言，廣泛應用于底層的應用。用C語言來實現類的封裝和繼承以及多態(tài)，并將它們應用于面向對象的編程語言。采用面向對象的編程方法，來進行概要設計，對系統(tǒng)進行了封裝，繼承，多態(tài)和重載的設計與應用。最后，用C語言程序來實現了上述的設計。C語言能簡單地進行編譯。同時也能夠高效的去處理低級數據的存儲。由此C語言程序設計是一種高效能的面向過程的語言，正因為它只包含一些少部分的原始的編譯語言原理，C語言程序設計是大學的必修課，也是計算機相關課程的基礎。數據結構是用C語言來編寫的，其他的語言也是在C語言的基礎上進行的。即使它是面向過程的設計，但在很多的領域也在廣泛的應用。面向過程的C語言是一種PC語言設計的軟件，它與python，Java等軟件都有著巨大的差別，像這些語言都是面向對象設計的，但基礎還是C語言，它可以簡單地進行鏈接，然后進行編譯和最后運行。下一步則是處理冗余的數據，占用內存和存儲及空間，然后釋放數據。C程序設計在解決問題方面比機器語言快，其執(zhí)行效率高、健壯性好、易于編寫，調試和運行。其代碼可讀性穩(wěn)定性相當于匯編語言。C語言的工作效率僅比匯編語言低一點大約在百分之十之內。于是C語言程序設計可以應用在編寫系統(tǒng)的軟件方面。2.4.2軟件實現嵌入式的系統(tǒng)開發(fā)和設計，一部分是硬件電路集成的設計，系統(tǒng)硬件設計完成后，為保證系統(tǒng)硬件設計可以順利調試并達到預期效果；另一部分是軟件概要設計。所以最重要的工作就是軟件設計。模擬數字信號從處理器中進行處理，進而，數據閾值顯示在LED顯示屏上，超過一定的閾值則會產生蜂鳴器報警。系統(tǒng)板上還單獨引出一個串口，用來擴展功能，如藍牙透傳數據到手機APP上供調用和顯示。程序采用4線的SWD方式下載REF_Ref18641\r\h[8]。軟件測試它其實不是用來判斷結果是否是對錯的。而是通過軟件測試的方法，只能發(fā)現軟件中的邏輯錯誤，但無法證明程序編寫中沒有問題。即便選擇了最優(yōu)化的測試設計，在設計軟件程序中也可能暗含著許多錯誤。本文測量人體生理指數采用的是外部設備檢測，得出生理參數進行分析，常見的外部設備檢測就是血壓采集模塊和脈搏采集模塊，采用繃帶、氣壓、閥門輔助進行檢測。在人們生理指標參數中，脈搏（心率），血壓等生理參數。包含了人體最重要，最基本的生理參數，給研究人體的健康參數提供了基礎。C語言的基本思路：自上而下，逐步求精。C語言程序設計——其思想是結構化程序設計，程序效率的因素由它改變，程序風格多變，程序模塊化。其基本的原理是函數的抽象和調用，本論文的設計的是軟件開發(fā)環(huán)境是以keil為開發(fā)工具，使用C語言來編寫代碼，并通過窗口對程序進行修改和調試。該代碼主要實現了數據的采集，數據的處理，數據的消除和內存清理。PAGE333需求分析3.1系統(tǒng)可行性分析軟件的需求分析，它在整個軟件系統(tǒng)開發(fā)中起著必不可少的作用，更深一層次的講，需求分析的結果會直接影響到軟件系統(tǒng)開發(fā)的正確性結果以及開發(fā)出的傳品質量問題。因此，在軟件設計之前第一步就是要做好需求分析，它是整個項目的基礎。3.1.1設計技術可行性分析系統(tǒng)實現的可行性分析，它包含兩個重要組成部分，一個是系統(tǒng)的設計分析，它對整個系統(tǒng)框架設計，細化模塊，以及整體布局都有著重要的作用?？梢酝ㄟ^使用者的角度去考慮問題。另一個則是系統(tǒng)使用技術分析，系統(tǒng)的開發(fā)設計所涉及到的硬件和軟件兩個方面進行詳細的分析。硬件方面，主要是針對傳感器的性能。軟件方面，設計的方面比較多，選擇開發(fā)環(huán)境編程語言等。本課題系統(tǒng)的開發(fā)，采用了C語言來完成的。程序在這方面是完全可行的。所以在實際應用是可以完成的，技術方面也很完善。3.1.2經濟可行性分析經濟可行性分析，需要去市場進行調查，了解現在市場的需求量。設計出來的同時要盡可能地節(jié)省花費的錢。在經濟可行性的過程中，系統(tǒng)開發(fā)人員和客戶的深入溝通是最為重要的環(huán)節(jié)。沒有進行有效的溝通的話，在最后完成測試的時候，會出現一系列問題，導致資源的浪費。因此要盡可能地減少資源的浪費。3.1.3操作可行性分析操作可行性分析，系統(tǒng)設計的時候要盡可能的便捷。此系統(tǒng)會面對大部分的老年人，他們接受新事物會稍慢一些，因此在設計操作的時候就要盡可能地減少不必要的操作。讓使用者可以直接學會操作。因此在程序的開發(fā)階段就要考慮用戶的操作性問題，盡可能地為使用者提供幫助。使系統(tǒng)的操作更加可行和完善。3.2需求分析3.2.1功能需求分析本課題需要完成以下幾個功能。包括設定健康閾值，采集身體健康指標值，分析指標所在范圍，顯示健康情況，甚至可以預警等。我們應該在硬件設計的時候，提前確定好硬件的器件，使用性能好，而且穩(wěn)定性強的傳感器。另一方面，在軟件設計的時候盡可能保證邏輯算法正確，避免后期的不斷修改。因此，在真正地了解用戶的需求后，激發(fā)出自己的創(chuàng)新力，使用自己的知識儲備或者查閱資料，來完成實現這個人體的智能檢測項目完成總設計目標。3.2.2性能需求分析性能需求分析對于系統(tǒng)的實現起著至關重要的作用，是開發(fā)者優(yōu)先考慮的問題，因此性能需求分析是在整個開發(fā)中占有重要的位置。衡量系統(tǒng)性能的三個方面包括了易用性分析、可擴展性分析、安全性分析這三個方面。4系統(tǒng)的設計與實現4.1系統(tǒng)設計總述在醫(yī)院有許多醫(yī)療設備但是普遍體積偏大，因此不能在家里使用。所以就需要設計一款簡單的人體生理指標參數的系統(tǒng)。這樣就可以在家里甚至是隨時隨地的進行檢測。這款設計對于當今社會是一種創(chuàng)新，我們應該去實現并應用到生活當中。在設計當中使用軟件設計和硬件設計相結合的思想來完成本課題的設計。此系統(tǒng)對于中老年人具有一定的優(yōu)勢，極大地為這類人群提供了便捷?？萍嫉牟粩噙M步，這種趨勢也是必然的。綜上所述，設計這個項目也是非常有意義的事情。當然，也為心臟病、高血壓等慢性疾病提供了前所未有的便利。體積小的設備利用率高而且成本較低。與此同時準確率也能達到一定的程度。4.1.1系統(tǒng)設計任務在設計的過程中，軟件設計和硬件設計相結合的方式可以帶來便捷，利用率高而且系統(tǒng)的安全性更加的堅固，應該在硬件設計的時候，提前確定好硬件的器件，使用性能好，而且穩(wěn)定性強的傳感器。另一方面，在軟件設計的時候盡可能保證邏輯算法正確，避免后期的不斷修改。最終，實現這個人體的智能檢測項目完成總設計目標。4.1.2系統(tǒng)模塊設計此項目使用的硬件是STM32低功耗，成本低的主板，將使用到的傳感器件焊接在主板上，利用ARM系統(tǒng)框架，達到信息容量體積大，物體體積小，功能齊全。細化系統(tǒng)模塊設計概要，分塊設計模塊，進而使這些模塊連接緊密實現最終的功能REF_Ref18749\r\h[9]。主要模塊如下：（1）血壓采集模塊大部分的人都明白，高血壓的檢測和確診都是需要通過不斷檢測來完成的，因此血壓的測量越來越趨于日常化。這些測量記錄都是為后續(xù)治療和診斷作為診斷的前提。血壓測量的方法分為兩大部分直接測量法（如：家庭中測量和社區(qū)醫(yī)院測量）和體檢測量。另一部分為間接測量包括醫(yī)院的診斷，示波器檢測等。目前在醫(yī)院的使用的都是水銀測量法REF_Ref22420\r\h[10]。在過去的使用中，測量血壓使用的都是傳統(tǒng)的聽診法，就是傳統(tǒng)意義上的水銀測量法，通過氣壓，閥門來實現。這種測量血壓的方法被普遍運用到了醫(yī)學上，到現在各大醫(yī)院也是用此方法。但是這種方法的準確性不高，特別是遇到特殊的人群比如孕婦和具有肥胖癥患者，他們的血壓很難去檢測。因此，就會使讀數變得更加的不準確。為了使測量的數據變得更加精確，我們需要研究出更加準確的測量實體。在各種情況下，不受環(huán)境的影響，既方便準確、速度又快。使人們相信他是更加可靠的測量方法。不同時間段的舒張壓可能不穩(wěn)定，對于這個方面我們要進行抗阻處理，避免測試時，不斷地調試損害器件。這種項目研發(fā)，也可以避免在醫(yī)院環(huán)境下測量值在正常的范圍內，但是在家里或者在室外時測量，卻無法及時得到準確信息的弊端。同時還要設置健康閾值，語音播報能夠使老年人更為方便地測量，根據報告中指出，一個健康的人血壓測量的建議以135／85mmHg為最高的正常標準。這種方式更加的穩(wěn)定和健壯。水銀測量法在大型的醫(yī)院或者社區(qū)的診所最為常見，而現在做的項目則是一種電子設備，它具有很多的好處，他可以隨時隨地無時無刻地進行測量。放在包里便于攜帶，外面裝上包裝盒不易碰壞。而且更加精準。該項目采用的電子血壓采集檢測模塊，此項目的優(yōu)點如下：對于孕婦，高血壓，嬰兒來說測量的會更加地精準；根據實驗研究更能表明準確度高；血壓采集模塊可以測量設置閾值；該系統(tǒng)的功能電池消耗低，利用率高；數字信號處理技術能夠實現編譯處理，加以分析，顯示測量數值；數據處理速度快，可以隨意設置數值。（2）脈搏采集模塊伴隨著現代科技的進步，家家戶戶的生活質量正在逐步地上升，因此越來越多的人們更加注重保養(yǎng)自身的身體健康狀況。面對有些突發(fā)狀況你是無法去預測的，這些慢性疾病在前期是無法提前得知，人們可能沒有任何的不適。但當這些疾病一旦發(fā)生，那將是不可逆的改變。只有通過醫(yī)院的檢查流程后才能獲得自身的生理指數。因此，為了避免該問題的發(fā)生，必須要設計一款能夠隨時檢測更新數據的系統(tǒng)，如果一旦出現了問題就要立刻報警，使用者就需要注意生理指數，如果比正常的健康值超出了很多，需要立即就醫(yī)避免病情的嚴重。這樣一來，極大地減少了突發(fā)事情的發(fā)生。換一句話說，對于人體來說，脈搏一旦很高，那么對于大腦也是不可挽回的事情，而且如果引起心臟疾病，后果最嚴重的可能會猝死。這種會大大花費時間，風險太高。設計了這一個項目，在生活中的應用就大得多，在不影響患者生活的情況下，可以時時刻刻的監(jiān)測脈搏情況，為身體健康提供了巨大的保障。從脈搏的效能來講，到目前為止有兩種最常用的脈搏采集系統(tǒng)。第一種是用嵌入式單片機作為電路設備比如樹莓派，STM32主板，它在市面上都很常見而且性能很好，抗阻，敏感度也很好并其價格便宜REF_Ref19079\r\h[11]。目前市面上都在使用這些單片機。此模塊需要存儲脈搏的數據，設置上下兩個臨界區(qū)，可以隨便設置。需要很好的存儲空間。本項目采用的就是STM32主板。第二個方法則是運用到了數字編譯原理的模擬性信號進行了修改，它具有很多優(yōu)點比如數據處理速度快，可以處理復雜的濾波信號，調制處理器等等。以上就是常見的兩類處理脈搏采集系統(tǒng)的方法。（3）其他信息采集模塊包含三個模塊：第一個是OLED12864液晶顯示屏模塊，第二個是蜂鳴器聲光報警模塊，第三個是PCB8574模塊。1）OLED12864液晶顯示屏模塊LED顯示屏是一種現在最為流行的顯示屏，LED顯示屏現在當今時代在家里經常能夠見到比如電視機，手表顯示屏等等都可以運用到這個部分。此顯示屏在物聯(lián)網中有著廣泛的應用比如樹莓派智能小車，它的顯示屏就是用的這種顯示器REF_Ref19164\r\h[12]。這種顯示屏的分辨率高，而且尺寸小，功能齊全。與這個項目的中心思想相切合，便攜性好，容積小。綜上所述，OLED12864在現在的時代非常受大家的喜愛。2）蜂鳴器聲光報警模塊對于蜂鳴器現在將它分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器兩大類。本次項目連接的是有源的蜂鳴器，這種蜂鳴器一旦達到了閾值意外，就會根據你的軟件提前設定發(fā)出聲音，開始報警。我的設計是如果超出了閾值，他就會在五秒內發(fā)出嘀嘀嘀的聲音，由此來告訴測試者不在健康的范圍了。對于無源蜂鳴器它是通過磁場來進行改變的，它必須和電路相連接通過音頻來實現功能REF_Ref19265\r\h[13]。對于有源蜂鳴器和無源蜂鳴器來說，現在物聯(lián)網實習都在使用有源蜂鳴器。但是對于無源蜂鳴器來說，它的設計中只有一部分震蕩電路，在這個方面，有源蜂鳴器更多。3）PCB8574模塊此模塊作為硬件系統(tǒng)是最重要的一個電子元件，PCB8574板采用的是互補金屬氧化物半導體，它的英文是ComplementaryMetalOxideSemiconductor電路。PCB即印刷電路板，另一個名字經常被叫做印刷線路板。PCB在現實生活中是一個重要的電子器件。正如他的名字一樣，它是用電子印刷而形成的電路板，所以通常人們都稱為是印刷電路板REF_Ref24209\r\h[14]。4.1.3功能模塊設計硬件功能模塊分為按鍵，氣壓傳感器測血壓來用的，電源，OLED12864，心率傳感器用來測心率，其主要的是XGZP壓力敏感元件測量，聲光報警，還有各種原件氣泵和泄氣閥等。通過多個功能模塊構成。使實現的各個功能模塊相互緊密連接，更加容易實現，如圖4.1所示。圖4.1功能模塊的設計4.2電路設計結構本項目的主要內容是為人體脈搏，心跳，血壓等信號的檢測提供優(yōu)化的解決方案。核心技術是STM和感應器，開發(fā)語言是C語言。其功能是設置健康閾值，采集健康標準值，分析標準范圍，顯示健康狀況，甚至預警。該系統(tǒng)成本低，用方便。4.2.1血壓采集電路的設計血壓采集電路的設計的測量方法是通過將你的胳膊放在氣泵袖帶上，將氣泵插入袋子中，通過壓縮胳膊收縮開始讀取血壓。在測量之前我們需要在存儲信息上設置信息，分別為血壓閾值的上限和下限，以及可以調節(jié)的上調鍵和下調件，還有一個歸零按鍵。這樣就可以在很短的時間內進行調節(jié)。這幾個鍵對設置閾值起著極為重要的角色。采集電路中，最重要的元件必不可少的是XGZP。因為XGZP的重要組成部分為壓敏芯片，XGZP型壓阻式高壓感應器，它普遍用在材料場景中比如生物學，醫(yī)學，各種電子領域的壓阻式傳感器。這種芯片是由調制解調器，敏感電阻構成的REF_Ref24885\r\h[15]，如圖4.2所示。圖4.2降壓采集電路的設計在電路設計中，他運用到了許多電橋的知識，在傳感器開發(fā)和應用這門課程中也接觸到了這門知識，其廣泛應用到各種電路芯片當中。嘌呤性，高響應比，傳感器線性的性能好。因此，這類元件被廣泛地去應用，如圖4.3所示。圖4.3血壓采集電路的設計4.2.2脈搏采集電路的設計對于脈搏采集電路的設計，我采用的是有源濾波器進行處理，數字信號處理進行編碼。高電平轉低電平，將信號傳輸到電路中，在使用元器件進行傳輸，從而達到目的。整個脈搏采集電路來看，可以使用二極管進行傳輸，速度也快整個部分可以通過放大電路，信息采集，數據處理，信息傳輸等來聯(lián)合實現。心率監(jiān)測功能開始之前，應該完成單片機系統(tǒng)的初始化功能，對芯片內部的寄存器、計數器、報警閾值和看門狗進行初始化操作。選用的傳感器件穩(wěn)定性好，能夠精準的測量健康參數，減少實驗誤差并且盡可能地增加使用壽命。如果這些條件大部分都滿足的情況下，進行安裝，焊接，調試會方便很多減少重復焊接損害電路板，如圖4.4所示。圖4.4脈搏采集電路的設計4.3STM32電路設計實現4.3.1設計基本說明對于STM32主板連接各模塊后，就可以測量血壓值和脈搏值，測量出來的健康參數，如果不在原先設置的健康閾值內的話，就會啟用蜂鳴器，進行報警。因此，可以自己設置兩個模塊一共四個界限，心率的上下限以及脈搏的上下限的設置，如圖4.5所示。圖4.5STM32主板電路的設計4.3.2重要模塊實現細節(jié)為了控制和便于電路的開發(fā)。設了兩大模塊，血壓設計模塊和脈搏設計模塊。此STM32主要負責以下幾個方面的任務：（1）創(chuàng)建main.c應用程序創(chuàng)建模塊應用程序，并在需要時調用模塊。同時，在應用程序退出時釋放資源。主程序實現如下：#include"delay.h"#include"sys.h"#include"Timer2.h"#include"Blood_Pressure.h"#include"PCF8591.h"#include"OLED12864.h"#include"Key.h"#defineSpeaker_PinPBout(12)voidUser_GPIO_Init(void);unsignedcharMS50_Con=0;unsignedcharSBP_Pressure_View[]="000.0mmhg";unsignedcharDBP_Pressure_View[]="000.0mmhg";unsignedcharHeart_View_Data[]="000BPS";unsignedcharView_Con=0;//0顯示結果1檢測中2設定SBP3設定DBP4設定心率unsignedcharView_Change=1;unsignedcharView_Con_Change=1;unsignedintSet_Data[3][2]={140,110,100,70,110,60};//設定的高壓低壓和心率的高低閾值unsignedcharSet_View[]="000";unsignedcharWarning_EN=0;//0不報警1報警（2）創(chuàng)建其他模塊應用程序在硬件模塊設計當中，包含STM32主板模塊，心率采集模塊，脈搏采集模塊，其他電路模塊為OLED12864液晶顯示屏模塊，蜂鳴器聲光報警模塊以及PCB8574模塊。軟件模塊設計當中采用C語言編寫設置閾值，編寫啟動，暫停程序?？蓪崿FLCD12864的當前心率脈搏的數值，鍵盤設置報警心率，脈搏的上下限功能。OLED12864程序voidOLED_IIC_Start(void)//IICStart{OLED_SCL=high;//IIC高電平OLED_SDA=high;OLED_SDA=low; //IIC低電平OLED_SCL=low;}voidOLED_IIC_Stop(void)//IICStop{OLED_SCL=low;//IIC低電平OLED_SDA=low; OLED_SCL=high;//IIC高電平OLED_SDA=high;}PCB8591voidPCF8591_Init(void)//PCB8591初始化{ GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;//GPIO設置 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6GPIO_Pin_7; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//設置電壓 GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); PCF8591_SDA=1;//1代表高電平 PCF8591_SCL=1;}5系統(tǒng)測試5系統(tǒng)測試5.1軟件設計的目標系統(tǒng)測試的主要的任務是找到軟件系統(tǒng)中的不易發(fā)覺的錯誤，在這個基礎上進行修改，降低軟件的開發(fā)成本。通過測試不能證明軟件是正確的。這種測試也是具有局限性的。因為他無法找到軟件中的邏輯錯誤，但運行時會發(fā)現有錯誤，這種不易察覺的錯誤，系統(tǒng)很難去發(fā)現。本系統(tǒng)的測試采用是的是實物檢測，所謂實物檢測就是血壓模塊和脈搏模塊這兩個。其中心跳，脈搏，血壓等信號包含著人體最重要，最基本的生理參數，對研究和探索人體的生理健康狀況起著至關重要的作用。5.2測試計劃及執(zhí)行情況軟件測試分為白盒測試和黑盒測試。STM32是整個系統(tǒng)的主板。將血壓采集電路采集模塊，脈搏電路采集模塊完成以后，單片機會自動對系統(tǒng)各個模塊進行初始化操作，按照功能要求運行程序計算血壓，脈搏（心率）送到OLED12864液晶顯示屏模塊，然后顯示給用戶，然后完成測試。血壓采集電路測試血壓采集電路的設計的測量方法是通過將你的胳膊放在氣泵袖帶上，將氣泵插入袋子中，通過壓縮胳膊收縮開始讀取血壓，如圖5.1所示。圖5.1血壓采集測試脈搏采集電路測試對脈搏采集電路來看，可以使用二極管進行傳輸，速度也快整個部分可以通過放大電路，信息采集，數據處理，信息傳輸等來聯(lián)合實現，如圖5.2所示。圖5.2脈搏采集測試STM32主板設計主要設計了兩大模塊，血壓采集設計模塊和脈搏采集設計模塊，如圖5.3所示。圖5.3STM32主板測試（4）OLED12864液晶顯示屏測試LED顯示屏是一種現在最為流行的顯示屏之一。它的顯示屏就是用的這種顯示器。這種顯示屏的分辨率高，而且尺寸小，功能齊全，如圖5.4所示。圖5.4LED顯示屏測試5.3超限報警單元測試超過提前設定的上下限，那么蜂鳴器報警的單元電路從主板控制的輸入電路和輸出電路構成，外加蜂鳴器報警。電路設置由5個簡單的獨立按鍵組成，它們分別負責歸位等待下次測量，開始或者結束按鈕，血壓，脈搏（心率）數值臨界值上限SBP和下限DBP的加一減一的操作。超過提前設定的上下限電路設計由OLED12864和蜂鳴器構成。當系統(tǒng)監(jiān)測出的血壓，脈搏（心率）出現異常時，例如測出的血壓高于正常值時，或者心率低于正常值時，那么輸出電路就會連接單片機，這是蜂鳴器就會報警，OLED12864燈也會閃爍五秒鐘。由此來告訴用戶測出的血壓或者是脈搏（心率）超出正常值。檢測完成。因此，我的設計是如果超出了閾值，他就會在五秒內發(fā)出嘀嘀嘀的聲音，由此來告訴測試者不在健康的范圍了。能夠在家里實時地進行監(jiān)測脈搏（心率）和血壓的工作。設定的高壓低壓和心率的高低閾值。0顯示結果，1檢測中，2設定SBP，3設定DBP，4設定心率，如圖5.5所示。圖5.5報警單元測試5.4測試評價各個模塊的測試完成以后，將他們連接成一個整體然后在進行最終的測試。在經過對軟件測試和硬件測試完成后，測試結果表明軟件需要的功能已經基本上實現了。測試完成后，系統(tǒng)整個能完成所有的操作，表明系統(tǒng)整體沒有任何問題，可以完成畢業(yè)設計任務書中的要求，所以目前在硬件方面和軟件方面，系統(tǒng)已基本完成。為了防止出現偶然性，尋找四名同學進行測試，結果表明，這四名同學均能正確正常地測出血壓和脈搏，能完成任務書上所有的操作，正常成人的收縮壓是90到139毫米汞柱，舒張壓是60到89毫米汞柱，心率是60到100次每分，如表5.1所示。表5.1血壓、脈搏（心率）數據對比日期STM32主板校醫(yī)院高壓（mmHg）低壓（mmHg）心率（次/分）高壓（mmHg）低壓（mmHg）心率（次/分）5月10號116788012078845月11號121767811878805月12號117788211875825月13號116758211976815月14號11876781177480本次課題研究的功能基本上都可以實現。通過此次的測試，能得出最終結論，目前此系統(tǒng)已經完成所有要求的任務，而且沒有出現任何偶然性的問題，所以此次測試非常成功，也節(jié)約非常多的時間。6結論6結論6.1總結在社會的進步以及科技的發(fā)展中，我國人民的生活幸福指數不斷地上升，有許多人非常在意自己的身體健康狀況。所以，本次設計的就是簡易便攜但功能性齊全的檢測設備。主要是實現使用STM32為主板的采集功能，主要設計了脈搏（心率），血壓信息的采集。這個設計極大地方便了人體的檢測，可以實現在任何情況下都可以檢測到自己的身體參數。這些可以運用到運動當中，比如打籃球，跑步等劇烈運動。它在極大程度上可以規(guī)避風險。一旦發(fā)現超過正常值，應該立即停下來休息，補充葡萄糖來恢復身體機能。這個設計未來會應用到各個領域，成為生活的必需品。特別是對于中老年人來說，意義非常大。無論是在時間上還是金錢上都極大地減少了，為人們帶來了便利。比如疫情防控期間，大家都不方便去醫(yī)院就醫(yī)，但是又想了解自身的健康情況，那么這款設備則可以進行檢測從而讓人們確定是否需要去就醫(yī)。這樣極大限度地避免占用社會資源。6.2體會在課題實現過程中，我遇到了需要多麻煩，在這些問題當中去探究出解決問題的措施。翻閱資料，詢問老師，老師的指導使我在一些問題上有著更深層次的理解。在編程軟件的過程當中，遇到了許多的麻煩，程序出錯，連接不上，甚至是邏輯出現了問題。這些都需要一步步地解決。在解決過這些問題以后，可以去解決一些基本的錯誤。使我對編程執(zhí)行的理解更加深刻，也豐富了實戰(zhàn)的經驗。在這過程當中也學會了很多知識。此次研究的硬件問題，也包含了程