羅通

摘? ?要：隨著社會(huì)的發(fā)展，人們從最初滿足現(xiàn)狀的心態(tài)過渡到了為追求美好生活而不斷奮斗的狀態(tài)，健康問題變得愈發(fā)重要，同時(shí)，也在不斷困擾著人們，對(duì)于家庭幸福、社會(huì)和諧具有重要影響，尤其在老年疾病預(yù)防、老年健康宣傳指導(dǎo)等方面，更要引起重視。文章采用AT89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)控制的核心，采用GMS模塊和脈搏式心率傳感器設(shè)計(jì)一款心率檢測(cè)系統(tǒng)，能夠及時(shí)檢測(cè)人的心率狀態(tài)，達(dá)到有問題及時(shí)就醫(yī)的目的。

關(guān)鍵詞：心率傳感器;心率監(jiān)測(cè);GMS模塊

心率是用來描述心動(dòng)周期的專業(yè)術(shù)語(yǔ)，指心臟每分鐘跳動(dòng)的次數(shù)，以第一聲音為準(zhǔn)。現(xiàn)代漢語(yǔ)將心率解釋為“心臟跳動(dòng)的頻率”。頻率就是在單位時(shí)間內(nèi)，某件事情發(fā)生的次數(shù)。兩種解釋合起來就是，心臟在一定時(shí)間內(nèi)跳動(dòng)的次數(shù)，也就是在一定時(shí)間內(nèi)，心臟跳動(dòng)快慢的意思。一般為60～100次/分鐘，可因年齡、性別或其他生理因素存在個(gè)體差異[1]。一般來說，年齡越小，心率越快，老年人心率比年輕人慢，女性的心率比同齡男性快，這些都是正常的生理現(xiàn)象。安靜狀態(tài)下，成人正常心率為60～100次/分鐘，理想心率應(yīng)為55～70次/分鐘。如何實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)自己的心率是否屬于正常值范圍是很重要也很必要的事情。

當(dāng)下高新科技遍布工業(yè)制造和生活領(lǐng)域，尤其信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融入著人們的生活，并改變了人們的生活方式，推動(dòng)了許多重大的科學(xué)研究，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的飛躍，電腦也越來越多地應(yīng)用到人們的生活和工作等方方面面。單片機(jī)一經(jīng)問世，就憑借其集成度高、功能多元、性能穩(wěn)定、造價(jià)低廉、體積小等技術(shù)優(yōu)勢(shì)和性能優(yōu)勢(shì)，快速搶占實(shí)時(shí)控制與數(shù)據(jù)處理等應(yīng)用市場(chǎng)，并相繼開發(fā)出工業(yè)控制單元、移動(dòng)設(shè)備、通信終端、機(jī)器人、汽車電器、小型家電及辦公自動(dòng)化設(shè)備等一大批產(chǎn)品，而且單片機(jī)技術(shù)也在不斷發(fā)展和完善，推動(dòng)傳統(tǒng)控制領(lǐng)域的變革與發(fā)展。

截至目前，人們習(xí)慣于通過評(píng)估單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，來評(píng)定某國(guó)的科技發(fā)展水平。本文開發(fā)的基于全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（Global System for Mobile Communication，GSM）網(wǎng)絡(luò)的心率檢測(cè)系統(tǒng)使用單片機(jī)進(jìn)行調(diào)控，能夠快速測(cè)定人體的心率特征，獲悉被檢查者的機(jī)體狀態(tài)，整個(gè)操作過程較為簡(jiǎn)易，適應(yīng)于普通人的應(yīng)用需求，而無(wú)需專業(yè)人士的指導(dǎo)、協(xié)助，尤其適合老年群體使用，具有廣闊的市場(chǎng)價(jià)值。

1? ? 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1? 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)主要是由AT89C52微控制器及其他集成電路組成，具體來說由GSM模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示模塊、心率傳感器、溫度等傳感器的電路和電源6個(gè)部分組成。首先，溫度傳感器初始化，收集溫度數(shù)據(jù)。

心率傳感器將收集到的數(shù)據(jù)值傳輸?shù)轿⒖刂破魃?，由微控制器來處理收到值，并且把?shù)值傳輸?shù)斤@示模塊。當(dāng)溫度值高于設(shè)定溫度時(shí)，利用GSM短信模塊向匹配的手機(jī)用戶傳送消息提醒，使用戶及時(shí)了解自身健康。微控制器上心率傳感器將進(jìn)行信息收集，異常情況下會(huì)發(fā)短信通知手機(jī)用戶。

1.2? AT89C52

在單片機(jī)投入市場(chǎng)后的一段時(shí)間內(nèi)，主要被用于工業(yè)控制領(lǐng)域，是一種高集成度的微控制器。初期，單片機(jī)采用4位或8位，之后發(fā)展出16位，雖然控制性能更突出，但是造價(jià)高昂，市場(chǎng)歡迎度不大，只在特定場(chǎng)合才會(huì)加工、使用，因此整體規(guī)模不大。20世紀(jì)末，電子類產(chǎn)品發(fā)展迅猛，市場(chǎng)需求量連年攀升，極大帶動(dòng)起單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展和單片機(jī)產(chǎn)品的生產(chǎn)，尤其是8位單片機(jī)的性能取得了飛躍發(fā)展，在處理數(shù)據(jù)方面的效率與10年前相比增長(zhǎng)了近百倍。從單片機(jī)走過的40多年發(fā)展歷程看，在提高性能、擴(kuò)充容量的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了外圍電路內(nèi)置、外圍接口增設(shè)等功能。

單片機(jī)89系類的引腳功能都一樣，唯一有區(qū)別的是單片機(jī)存儲(chǔ)的大小。就單片機(jī)AT89C52來說，配置了8 k字節(jié)Flash，32位I/O口線，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，256字節(jié)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（Random Access Memory，RAM），片內(nèi)晶振，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，時(shí)鐘電路及全雙工串行口等構(gòu)件[2]。此外，AT89C52具備0 Hz靜態(tài)邏輯操作功能，可為用戶提供節(jié)電模式，在此狀態(tài)下，內(nèi)置CPU處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)，只有串口、RAM、中斷等基礎(chǔ)單元仍舊運(yùn)行，從而節(jié)約能耗，突出了單片機(jī)低能耗的優(yōu)勢(shì)。

1.3? GSM模塊

移動(dòng)通信是實(shí)現(xiàn)通信終端目標(biāo)的有效手段，而移動(dòng)通信在商業(yè)市場(chǎng)中的巨大潛力也越來越得到人們的認(rèn)可。第一階段從20世紀(jì)20年代至40年代，為早期發(fā)展階段;第二階段從20世紀(jì)40年代中期到60年代初期，公用移動(dòng)通信技術(shù)獲得大發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)業(yè)迅速壯大;第3階段從20世紀(jì)60年代中期到70年代中期，西方科研人員研制出移動(dòng)電話系統(tǒng)，開啟了移動(dòng)通信的征途;第4階段從20世紀(jì)至今，20世紀(jì)70年代中期至80年代中期是第一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展階段，之后發(fā)展至20世紀(jì)末，2G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)較為完善，市場(chǎng)應(yīng)用也較為廣泛，人們深刻感受到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)變革帶來的便捷，相關(guān)技術(shù)的研發(fā)也變得更加快速，自2000年左右開始，伴隨著對(duì)第3代移動(dòng)通信的大量論述以及2.5G產(chǎn)品GPRS系統(tǒng)的過渡，3G走向了通信的舞臺(tái)前沿。

1.4? 心率傳感器

脈沖測(cè)量主要有3種：（1）從心電圖中提取。（2）通過測(cè)量壓力傳感器的波動(dòng)來計(jì)算脈搏率。（3）光電體積法。前兩種方法限制病人的活動(dòng)，如果長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)增加病人身體和心理上的不適。作為測(cè)量光電體積的最常用的測(cè)量方法之一，具有操作簡(jiǎn)單、佩戴方便、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。此次采用脈搏式傳感器，方便簡(jiǎn)潔，經(jīng)濟(jì)適用。

1.5? 液晶顯示屏LCD1620

LCD1620液晶顯示模塊由液晶材料構(gòu)成，液晶材料不同形狀的排列會(huì)影響模塊的遮光和通光，使顯示的字符顏色發(fā)生變化。根據(jù)液晶的物理性質(zhì)可知，液晶分子具有流動(dòng)性，當(dāng)電場(chǎng)發(fā)生變化，液晶分子也隨之發(fā)生特定的轉(zhuǎn)向。通過這種特殊化原理，使用者就可以設(shè)計(jì)顯示字符產(chǎn)生不同的光學(xué)。

LCD1620液晶模塊有兩種型號(hào)：（1）背光。（2）無(wú)背光。為了使設(shè)計(jì)美觀實(shí)用，本系統(tǒng)采用的是有背光的顯示模塊。LCD1620模塊接口控制時(shí)序有讀寫兩個(gè)操作時(shí)序，不同的時(shí)序?qū)?yīng)的模塊內(nèi)部的不同運(yùn)作，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要參考液晶顯示模塊的時(shí)序圖。LCD1602具備功率消耗低、輕重量、顯示屏薄、整體輕巧等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用越來越廣泛。

2? ? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)重要的是串口通信部分，首先設(shè)置單片機(jī)的串行口，包括波特率、工作方式等，再根據(jù)手機(jī)模塊的AT指令，手機(jī)用戶可以看到檢測(cè)系統(tǒng)心率和溫度，并且單片機(jī)會(huì)把測(cè)量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來，通過檢測(cè)幾個(gè)傳感器的輸出信號(hào)，從而判斷使用者是否有身體不適等情況。

心率傳感器軟件設(shè)計(jì)模塊首先進(jìn)行初始化完成后，再判斷是否開始測(cè)量心率，確定開始測(cè)量后運(yùn)行計(jì)數(shù)子程序并存儲(chǔ)測(cè)量值。

顯示流程首先設(shè)置好初始化例如設(shè)置顯示的方式、設(shè)置緩存的清理、設(shè)置模式顯示，然后設(shè)置字符位置的顯示，再設(shè)置字符數(shù)據(jù)顯示。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，人民的物質(zhì)保障更加堅(jiān)實(shí)，廣大人民更加向往美好生活，人們開始更多地關(guān)心自己的家人。在過去的幾年中，智能檢測(cè)系統(tǒng)銷售數(shù)量在全球呈直線增長(zhǎng)。幾年來，市場(chǎng)不斷涌現(xiàn)出各種健康檢測(cè)產(chǎn)品，具有品種多樣、以網(wǎng)絡(luò)發(fā)展為主要趨勢(shì)、智能化、集成化、成本低廉等特征。在設(shè)計(jì)中，主要以老人需求為導(dǎo)向，以現(xiàn)在科技研究狀況作為背景，以學(xué)習(xí)知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)為目的，從實(shí)用角度出發(fā)設(shè)計(jì)智能檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)心率進(jìn)行檢測(cè)。

本課題的設(shè)計(jì)目的是通過手機(jī)或者其他通信設(shè)備根據(jù)預(yù)定的規(guī)則，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自己的心率，對(duì)于子女不在身邊的老人，通過無(wú)線設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)并了解老人身體健康的變化，使子女、老人生活更加舒適放心、安全有效。

本設(shè)計(jì)進(jìn)一步研究以AT89C52單片機(jī)為控制平臺(tái)，結(jié)合GSM模塊、溫度傳感器、心率傳感器以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和顯示模塊實(shí)現(xiàn)。傳感器模塊可以實(shí)時(shí)檢測(cè)身體狀況，信息處理中心對(duì)傳送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，并將處理后的信息發(fā)送到手機(jī)上。目前，市場(chǎng)上可穿戴的智能設(shè)備越來越繁多，而且功能越來越復(fù)雜。很多互聯(lián)網(wǎng)公司都相繼設(shè)計(jì)出了各種各樣的智能手環(huán)、智能手表等，但是智能手環(huán)大多都是檢測(cè)人的運(yùn)動(dòng)狀況和睡眠狀況，使用起來比較復(fù)雜。而且這些可穿戴的智能設(shè)備主要都是針對(duì)年輕人來設(shè)計(jì)的，忽略了老年人市場(chǎng)。但是往往老年人是最需要檢測(cè)自身健康狀況的，基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)體積小、使用方法簡(jiǎn)單易懂，性價(jià)比很高，因此，相信心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)有廣闊的發(fā)展前景。

本設(shè)計(jì)中作品基于方便、高效和實(shí)用的思想原理，利用芯片和模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，性價(jià)比非常高，具備很大的實(shí)用價(jià)值。

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Abstract：With the development of society， people have changed from the mentality of satisfying the present situation to the state of continuous struggle for the pursuit of a better life. At the same time， health problems have become more and more important. At the same time， they are also constantly perplexing people， which have an important impact on family happiness and social harmony， especially in the prevention of diseases in the elderly， health propaganda and guidance for the elderly， and so on. In this paper， AT89C52 single chip microcomputer is used as the core of system control， GMS module and pulse heart rate sensor are used to design a heart rate detection system， which can detect human heart rate state in time and achieve the purpose of seeking medical treatment in time for problems.

Key words：heart rate sensor; heart rate monitoring; GMS module