西北民族大学 本科毕业设计（论文）开题报告

论文题目:便携式人体健康监测系统设计 班 级 : 13自动化2班 姓 名 : 马伟 学 号 : P 指导教师 : 魏晓娟 填表日期 :

二〇一六 年 12 月 姓 名 马伟 开题时间 学 制 四年 专 业 自动化 指导教师 魏晓娟 论文题目： 便携式人体健康监测系统设计

第一部分 1、课题研究目的 近年来不明流行病毒横行，加上跨国移动日益频繁，造成病毒传播范围越来越广且快速，常会在短期内造成大范围流行，已足以威胁人类的生存，因此自主性的健康管理越来越受重视。生命机能常被指为体温、血压、脉搏等，当这些生命机能有所变异时，往往代表人体出现异状，须进一步检查，尤其在2003年SARS扩大传染期间，发烧为病毒传染的分界点，以公共卫生病理学来说，体温对于控制病毒传染极为重要。本生命机能检测系统将针对体温、血压、脉搏进行检测，并对检测资料做长期分析，当生理机能有一定程度变异时提出适当警示，让使用者更了解自身生理变化，也能给医生提供诊断时初步的依据[1]。 本设计就提出一套生命机能检测系统，用于个人自主健康管理，以防治流行性病毒扩散，并以实用性、经济性、可靠性与方便携带性为设计目标，期能达到大众化需求的商业目标。 2、课题研究意义 人体生理信号主要包括有心电、脉搏、呼吸、血压、体温、血氧饱和度、有创血压、呼吸二氧化碳、心输出量、脑电、肌电、眼电视网膜电、眼震电、胃电等。人体生理信号是生命的象征，一旦停止，生命也就终止。测量人体生理信号技术就是要应用现代科学技术研究各种人体生理信号，通过有创或无创的方法获得各种信息，加以分析、综合和研究，服务于临床[2]。人体不同的生理信号，能反映相应部位的身体变化，是临床诊断的重要依据。将生理参数检护从大型医院扩展到社区医院以及患者家中是很有意义的。人体生理信息种类繁多，心电信号（Electrocardiogram,ECG）、脉搏信号（Pulse wave）能反映人体心脏器官和血液循环系统的生理变化，在临床健康观察和疾病诊断中十分重要，并且从生命信息科学的角度也具有重要的研究价值[3] 。所以利用单片机设计一个便携式人体健康监测系统，希望可以帮助医生提供初步的诊断依据，能更好的为医生和人们提供方便，而且该设计也具有很大的市场经济价值。 3、国内外研究现状 （1）国外研究现状 最近几年，在国外，一种以传感器网络构成的人体生理信号监测仪器得到了迅速的发展。这种传感器网络散布于一种人体可穿戴的表面看起来很普通的衣服。当人们穿着这种特制衣服的时候，他们的人体生理信号通过无线的方式传输到PC系统中，PC系统可以对人体的状态进行无间断的记录。当人体出现异常状况的时候，PC系统会发出报警信号。如果需要远程监控，可以将监测到的信号，通过局域网传输到Internet上。但是这种传感器网络构成的人体生理信号监测仪器并没有在医疗领域得到广泛的应用。 （2）国内研究现状 自20世纪60年代以来，人体生理监护仪器作为一种重要的医学电子仪器问世后，世界各大医疗仪器的生产厂家竟相投入大量的人力、物力进行监护系统的开发、生产与销售，促进了监护系统的发展和普及。世界各国纷纷建立起冠心病监护病房，重症监护室，脑疾患者监护室，在手术室，分娩室，康复室内等一些专科病房加强了监护措施。但是国内监护系统的科研、生产与国际先进水平相比还存在一定的差距：高、精、尖的监护设备大部分依赖于国外进口，价格比较昂贵，中小医院无力购买，严重影响了监护系统在我国的应用和推广[4]。 最近几年国内的基于嵌入式技术的便携式多参数人体生理信号监测仪以及远程监测系统正在如火如荼的进行着，已经逐渐建立起以家庭监护为基础的“家庭一社区一医院”三层远程监测系统。

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1、研究方法 （1）文献研究法：根据所选设计方向收集相关文献资料，了解便携式人体健康监测系统设计的发展现状和一般系统所实现的功能。熟悉protle和prutues单片机仿真软件应用。 （2）模拟仿真法：根据系统硬件原理图利用protues软件将原理图画出来。仿真过程中要认真检查程序和原理图的错误并进行修改，最终确定模拟仿真能否达到需要的功能。 （3）实验验证法：按照原理图把实物焊接好，烧入程序，然后通过实验研究验证实物是否能够达到设计目的要求，如果达不到要求，还需要重新对程序和各个硬件模块进行测试查找原因，最终达到设计目的并完成设计。 2、研究手段 确定模拟仿真能达到需要的功能后，按照原理图把实物焊接好，烧入程序，运行系统。打开开关按钮，调整好之后看显示屏幕上是否能正常显示人体的健康参数，再检测超出人体健康的数值范围时，报警系统是否会发出警报。如果一切都能正常显示，那么证明设计符合设计的目的和要求，如果不能实现这些功能，那就需要检查实物的焊接布线和程序的烧录是否存在问题。如有问题则需进行修改调整以达到设计要求和目的。 3、课题重点研究问题： （1）主系统结构组成以及各个模块电路的搭建； （2）人体生理信息检测与分析系统的硬件数字体系设计； （3）人体生理信号的数据采集、存储、显示、上传模块的软件设计； （4）人体生理信号的数据处理、压缩

（5）最小控制系统外围设备的电路设计、仿真，元器件的正确选择； （6）单片机与各个模块之间的通信。 4、课题的解决思路： （1）人体健康检测器的硬件电路主要由以下几部分组成：体温测量模块、血压测量模块、脉搏测量模块、时钟电路、复位电路、电源电路、显示电路、键盘电路、USB通信电路以及超常报警电路。可以利用单片机AT89C51，压力传感器，温度传感器，信号采集电路等进行设计； （2）设计一个显示屏，将检测到的参数通过单片机的I/O口传输到显示屏； （3）使用单片机的I/O口，当某参数超过规定数值时，输出一个控制信号控制蜂鸣器发出提示音。

第三部分 1、工作方案 （1）控制器方案 方案：采用51系列单片机作为本设计的控制器； 51系列单片机我们接触比较多，对其性能以及控制指令的编写比较了解，而且价格相对便宜。因此我们选择用51单片机作为本设计的控制器。 （2）温度测量方案 方案：采用温度传感器实现对温度的测量 设计中采样的是人体的体温，所测的量是非电量，所以要用到温度传感器进行采样，将温度转换为电信号才能输入系统进行信息转换和处理。所以传感器是实现这个设计的首要环节。这里我们采用的是温度传感器DS18B20。 （3）血压测量方案 方案：采用压力传感器实现对血压的测量 血压测量模块采用压力传感器ASDX001，该压力传感器可用于测量绝对压、差力压和表力压。范围从1PSI到100PSI，绝压型传感器有一个内部真空参比值(基准值)，因此可直接输出一个与绝对压成比例的信号。 （4）心率测量方案 方案：采用脉搏传感器进行测量 目前脉搏波检测系统有以下几种检测方法：光电容积脉搏波法、液体耦合腔脉搏传感器、压阻式脉搏传感器以及应变式脉搏传感器。在这里我们主要采用压电陶瓷来对心率进行测量。 （5）显示屏显示方案 方案：采用液晶屏幕显示 显示电路部分采用 LM016L液晶模块，此液晶模块采用HD44780控制器，具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动，闪烁等功能，与单片机通讯可采用8位或4位并行传输两种方式。 （5）声音提示方案 方案：采用蜂鸣器报警 可以使用单片机的一个I/O端口，然后接上蜂鸣器，通过软件方式，修改延时、周期，来达到响铃提示的效果。 本系统所设计的健康检测系统采用单片机AT89C51最小系统板为控制核心，以体温检测模块、脉搏检测模块、血压检测模块、数码显示模块、键盘电路模块为主要的模块单元。 能适合任何的场合，实时地检测人体健康状况的技术指标。该系统通过键盘进行功能选择，能检测人体的体温、脉搏、血压的指标参数。系统具有发光报警功能，为了进一步扩展系统的功能并使系统具有更好地兼容性，通过串口和PC机进行通讯。在设计过程中，通过不断测试硬件和软件，不断优化程序使各个模块稳定工作，保证该设计能达到设计要求。 方案详细安排如下： （1）明确设计的目的：通过智能婴幼儿助手监测婴儿在实际中面临的问题并及时反馈给家长，减轻了家长在照顾婴儿方面的部分负担； （2）明确设计内容：然后收集资料，大量查阅国内外有关论文，分析现有研究的不足进行设计改进； （3）确定研究方法：利用模拟仿真和实验研究的方法。然后确定以及准备好需要的硬件（各种传感器和单片机等器件）和软件（主要有protel、protues和keil）； （4）利用protel、protues设计电路板和硬件原理图，利用keil编写程序，进行联合软件模拟仿真调试；