隨著人們生活水平的提高， 越來越多的人希望通過簡便的方式了解身體基本狀況。因此人體生理監(jiān)護儀開始出現(xiàn)并呈不斷增多的趨勢,， 已經(jīng)由過去的單一測試儀發(fā)展為現(xiàn)在的多參數(shù)監(jiān)護儀。

　　在實際生活中,， 生理參數(shù)監(jiān)測儀多是基于PC 機平臺的多參數(shù)測量,、價格昂貴、體積龐大,、不便于移動?，F(xiàn)在多數(shù)生理參數(shù)監(jiān)測儀無法準確的實時測量人體運動時的生理參數(shù)， 導(dǎo)致有些人特別是老年人運動強度過大,， 對身體造成較大傷害,。而教練員因無法準確掌握運動員運動時生理參數(shù)變化， 而不能 因材施教!,， 有針對性的制定訓(xùn)練方案,， 所以運動員訓(xùn)練方式都是大眾化訓(xùn)練,。綜上所述， 開發(fā)一種體積小,、價格低,， 基于嵌入式系統(tǒng)的便攜式生理參數(shù)監(jiān)測儀就具有重要的意義。

　　1  系統(tǒng)方案

　　本系統(tǒng)采用C8051F330 作為該系統(tǒng)的單片機,。系統(tǒng)整體硬件電路包括電源電路,， 脈搏傳感器電路，溫度傳感器電路,， 計步電路,， 聲光報警電路和LED數(shù)碼管顯示電路等， 如圖1所示,。

圖1  系統(tǒng)總體方案

　　脈搏傳感器采用HK- 2000A,， 輔以電平拉高電路使輸出脈搏信號滿足單片機I/O口的輸入高低電平要求，計數(shù)通過單片機外部中斷0,。溫度傳感器采用DS18B20,，傳感器使用VCC供電。計步模塊使用HA35DE,， 傳感器采用VCC供電,， 步伐計數(shù)通過單片機外部中斷1， 路程,、卡路里等計算通過公式換算,。LED數(shù)碼管采用4位共陰極連體數(shù)碼管， 數(shù)碼管驅(qū)動芯片采用周立功公司的ZLG7289B; 系統(tǒng)電源采用單電源3.3 V,。

　　2  系統(tǒng)的硬件設(shè)計

　　2.1  脈搏與溫度測量電路設(shè)計

　　本系統(tǒng)采用壓力型集成脈搏傳感器HK - 2000測量人體脈搏,， 直接將脈搏信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字型脈沖信號輸出， 其硬件電路如圖2 ( a)所示,。脈搏傳感器輸出的脈沖信號高電平為VCC = - 1.5 V,， 不足以使單片機識別為邏輯高電平， 采用分壓式電壓提升電路,， 產(chǎn)生單片機可識別到脈沖信號。

　　本系統(tǒng)采用DS18B20 數(shù)字型溫度傳感器,， 測量結(jié)果輸出為2 Byte 數(shù)字信號,， 測量分辨率為0.1 °C 。溫度測量硬件電路如圖2 ( b ) 所示,。

　　DS18B20采用VCC = 3.3 V 供電,， 使I /O 線上不需要加強上拉， 在轉(zhuǎn)換期間能允許在單線總線上進行其他數(shù)據(jù)交換,。

圖2  脈搏測量電路與測溫電路

　　2.2  計步測量電路設(shè)計

　　本系統(tǒng)采用非電量電測法來實現(xiàn)檢測步數(shù),， 當人行走時， 腳、腿,、腰部,、手臂會產(chǎn)生相應(yīng)的加速度。

　　通過腳的加速度對步數(shù)的檢測最準確,， 本設(shè)計要求攜帶方便,， 故選擇利用腰部運動來檢測步數(shù)。人體運動示意如圖3所示,， 行走過程中,， 通過腰部上下的垂直運動， 選取每次邁步時的加速度,， 利用對加速度的峰值檢測得到行走的步數(shù),。

　　本系統(tǒng)采用3D加速度傳感器為核心來感應(yīng)人體運動， 采用HA35DE 計步模塊測量人體運動步數(shù),，計步測量的電路如圖4 所示,。HA35DE 采用VCC =3.3 V供電， 2腳計步信號輸出為單步脈沖信號,， 連接到單片機外部中斷口,。

圖3  人體運動示意圖

圖4  計步測量電路

　　3  系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　3.1  總體軟件結(jié)構(gòu)

　　本系統(tǒng)采用C8051F020單片機進行處理分析， 設(shè)置相應(yīng)的生理參數(shù)閾值并對采集信號進行實時顯示,，還可對超標信號報警,， 系統(tǒng)的軟件總體流程圖如圖5所示。

圖5  系統(tǒng)總體軟件流圖

　　3.2  脈搏與計步測量軟件設(shè)計

　　脈搏計數(shù)通過單片機外部中斷0來實現(xiàn),， 外部中斷口0工作方式為上升沿觸發(fā)方式,。當單片機檢測到有效脈沖時， 計數(shù)器加1,， 到達測量時間時,， 判斷脈搏數(shù)是否超過閾值， 并判斷是否進行報警,。其軟件流程圖如圖6所示,。

　圖6  脈搏測量流程圖

　　步伐計數(shù)通過單片機外部中斷1實現(xiàn)， 外部中斷口1工作方式為上升沿觸發(fā)方式,， 當單片機檢測到有效脈沖時,， 計數(shù)器加1。本系統(tǒng)的計步功能塊可實現(xiàn)運動步數(shù)測量,， 運動距離測量,， 運動消耗的能量計算， 通過按鍵切換實現(xiàn),。計步測量流程圖如圖7所示,。

圖7  計步測量流程圖

　　4  結(jié)束語

　　本系統(tǒng)所設(shè)計的便攜式生理參數(shù)監(jiān)測儀能檢測人的體表溫度,、脈搏、運動步數(shù),、消耗能量等參數(shù),， 具有實時測量及顯示的功能， 可將測得的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值進行比較,， 當超過閾值時就進行聲光報警提醒,。本設(shè)計輕便小巧， 適合居家,、鍛煉等使用,。