楊超 史秀男 江旭 呂婧楠 沈陽工學(xué)院

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

楊超 史秀男 江旭 呂婧楠 沈陽工學(xué)院

本文是基于物聯(lián)網(wǎng)的智能醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，利用單片機(jī)技術(shù)，制作了溫度與脈搏監(jiān)控報警系統(tǒng)。系統(tǒng)的節(jié)點測量選擇為溫度測量和脈搏測量，節(jié)點數(shù)據(jù)采集用STC89C51單片機(jī)，采用無線的方式發(fā)給主機(jī)，然后將測量所得的數(shù)據(jù)顯示出來。溫度的上限設(shè)置為37．5℃，脈搏設(shè)置為每分鐘跳動60到120次為正常，當(dāng)溫度超過37．5℃或者脈搏的測量值不在范圍內(nèi)的時候，蜂鳴器會報警。為了對比與檢驗穩(wěn)定性，本次設(shè)計做了兩個節(jié)點，相當(dāng)于有兩個便攜式終端，然后只在主機(jī)上顯示具體的數(shù)值，主機(jī)為52單片機(jī)，采用LCD12864模塊顯示。無線傳輸采用nRF24L01射頻芯片為通信載體，脈搏檢測方式為紅外透射式，最終完成一個可以用于醫(yī)療監(jiān)護(hù)上對人體的脈搏、溫度進(jìn)行采集的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的簡易實物模型。

本設(shè)計將系統(tǒng)分為兩大部分：

第一：溫度和脈搏檢測節(jié)點電路設(shè)計，節(jié)點電路單片機(jī)為STC89C51，用作溫度和脈搏測量數(shù)據(jù)的采集，然后通過無線方式發(fā)射給主機(jī)。

第二：基于單片機(jī)控制的主機(jī)電路設(shè)計，主機(jī)采用STC89C52單片機(jī)，存儲51單片機(jī)無線發(fā)射過來的數(shù)據(jù)，分析處理數(shù)據(jù)，在顯示屏上顯示出具體數(shù)值，與設(shè)定好的限值對比，決定是否報警。

本設(shè)計由單片機(jī)STC89C52、STC89C51、數(shù)字溫度傳感器、紅外發(fā)射二極管、紅外接收三極管、無線通信模塊、液晶顯示屏、蜂鳴器組成。主控板供電后，溫度傳感器可以檢測到室內(nèi)的溫度，紅外發(fā)射二極管作為發(fā)射裝置，紅外接收三極管作為接收裝置，將測量所得的數(shù)據(jù)通過無線通信發(fā)送給主機(jī)，在顯示屏上顯示出具體的數(shù)據(jù)，蜂鳴器作為報警裝置。系統(tǒng)框圖如圖1．1所示。

本設(shè)計采用按鍵復(fù)位電路，它是常用的復(fù)位電路之一。單片機(jī)復(fù)位通過按動按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位稱手動復(fù)位。上電時，剛接通電源，電容C1相當(dāng)于瞬間短路，+5V立即加到RST端，該高電平使全機(jī)自動復(fù)位，這就是上電復(fù)位；若運行過程中需要程序從頭執(zhí)行，只需按動按鈕即可。按下按鈕，則直接把+5V加到了RST端從而復(fù)位稱為手動復(fù)位。在本次設(shè)計中，復(fù)位電路主要給單片機(jī)提供初始化手段。

時鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準(zhǔn)的工作。STC89C52片內(nèi)由一個反相放大器構(gòu)成振蕩器，可以由它產(chǎn)生時鐘。常用的時鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本設(shè)計采用前者。

單片機(jī)內(nèi)部有一個構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，輸入端為引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。

系統(tǒng)的溫度檢測選用DALLAS 公司“一線總線”數(shù)字溫度傳感器DS18B20，該傳感器具有微型化、低功耗、高性能等優(yōu)點，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號處理，測溫范圍為-55-125℃。DS18B20 共有三個引腳電源正VCC、電源負(fù)GND 和信號輸入輸出口DQ。

DS18B20的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。DS18B20共有2種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是：

第一：ROM 只讀存儲器，用于存放DS18B20ID編碼，DS18B20 共64位ROM。

第二：RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)斷電后丟失，DS18B20共9 個字節(jié)RAM，每個字節(jié)為8位。

脈搏主要是由人體動脈的舒張和收縮產(chǎn)生的，在人體指尖組織中的動脈成分含量較高，而且指尖厚度比較薄，透過手指后檢測到的光強相對較大，因此選擇人體的指尖部位來用光電式脈搏傳感器對其進(jìn)行測量。

傳感器由紅外發(fā)射二級管來作為發(fā)射裝置，通過紅外接收三極管來作為接收裝置，并且由兩部分相結(jié)合組成。因為采用紅外發(fā)光二極管作為測量裝置的光源時它就可以基本抑制因為呼吸運動的產(chǎn)生而造成的脈搏的波動。采用紅外接收三極管來作為接收裝置就能使得在紅外光的照射下產(chǎn)生相應(yīng)的電能，這就使之具有了將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的特點。在本設(shè)計中，將紅外接收三極管與紅外發(fā)射二極管相對擺放，這樣可以獲得最佳的數(shù)據(jù)特性。

nRF24L01 是一款世界比較流行的在 ISM 頻段進(jìn)行無線收發(fā)的芯片，它具有很高的集成性。nRF24L01的數(shù)據(jù)傳輸速率能夠高達(dá) 2Mbps，較高的數(shù)據(jù)傳輸速度和節(jié)能模式使其非常適合本設(shè)計。nRF24L01 的工作頻率可以通過寄存器 RF_CH進(jìn)行有效的配置，只有接收器和發(fā)送器在同一配置之中，并且處在同一頻道才能互相通信。

利用所設(shè)計的實物模型進(jìn)行測試，實驗結(jié)果表明無線傳感模塊的通信性能良好，具有簡潔、數(shù)據(jù)傳輸速率較高、抗干擾性較強和延時小的特點；因此，所設(shè)計的無線傳感局域網(wǎng)絡(luò)基本實現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)，能滿足設(shè)計要求的數(shù)據(jù)采集、無線傳輸、監(jiān)控與報警。

通訊作者：史秀男，沈陽工學(xué)院講師。