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。因此人體生理監護儀開始出現并呈不斷增多的趨勢， 已經由過去的單一測試儀發展為現在的多參數監護儀。
在實際生活中， 生理參數監測儀多是基于PC 機平臺的多參數測量、價格昂貴、體積龐大、不便于移動。現在多數生理參數監測儀無法準確的實時測量人體運動時的生理參數， 導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變化， 而不能 因材施教!， 有針對性的制定訓練方案， 所以運動員訓練方式都是大眾化訓練。綜上所述， 開發一種體積小、價格低， 基于嵌入式系統的便攜式生理參數監測儀就具有重要的意義。
1 系統方案
本系統采用C8051F330 作為該系統的單片機。系統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數碼管顯示電路等， 如圖1所示。
圖1 系統總體方案
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數碼管采用4位共陰極連體數碼管， 數碼管驅動芯片采用周立功公司的ZLG7289B; 系統電源采用單電源3.3 V。
2 系統的硬件設計
2.1 脈搏與溫度測量電路設計
本系統采用壓力型集成脈搏傳感器HK - 2000測量人體脈搏， 直接將脈搏信號轉換成數字型脈沖信號輸出， 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， 產生單片機可識別到脈沖信號。
本系統采用DS18B20 數字型溫度傳感器， 測量結果輸出為2 Byte 數字信號， 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， 在轉換期間能允許在單線總線上進行其他數據交換。
圖2 脈搏測量電路與測溫電路
2.2 計步測量電路設計
本系統采用非電量電測法來實現檢測步數， 當人行走時， 腳、腿、腰部、手臂會產生相應的加速度。
通過腳的加速度對步數的檢測最準確， 本設計要求攜帶方便， 故選擇利用腰部運動來檢測步數。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。
本系統采用3D加速度傳感器為核心來感應人體運動， 采用HA35DE 計步模塊測量人體運動步數，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 系統軟件設計
3.1 總體軟件結構
本系統采用C8051F020單片機進行處理分析， 設置相應的生理參數閾值并對采集信號進行實時顯示，還可對超標信號報警， 系統的軟件總體流程圖如圖5所示。
圖5 系統總體軟件流圖
3.2 脈搏與計步測量軟件設計
脈搏計數通過單片機外部中斷0來實現， 外部中斷口0工作方式為上升沿觸發方式。當單片機檢測到有效脈沖時， 計數器加1， 到達測量時間時， 判斷脈搏數是否超過閾值， 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
步伐計數通過單片機外部中斷1實現， 外部中斷口1工作方式為上升沿觸發方式， 當單片機檢測到有效脈沖時， 計數器加1。本系統的計步功能塊可實現運動步數測量， 運動距離測量， 運動消耗的能量計算， 通過按鍵切換實現。計步測量流程圖如圖7所示。
圖7 計步測量流程圖
4 結束語
本系統所設計的便攜式生理參數監測儀能檢測人的體表溫度、脈搏、運動步數、消耗能量等參數， 具有實時測量及顯示的功能， 可將測得的數據與設定的閾值進行比較， 當超過閾值時就進行聲光報警提醒。本設計輕便小巧， 適合居家、鍛煉等使用。