家庭监护仪的设计与研究

龙源期刊网家庭监护仪的设计与研究作者：李博来源：《科学与财富》2016年第02期一、引言现代人由于饮食不规律、工作压力大、营养结构不合理等原因，很容易不知不觉中患上一些慢性疾病，如高血压、冠心病、心率失调等，这些疾病如果不能及早发现，天长日久将造成非常严重的后果。而血压、心率、体温则是监控这类慢性疾病滋生的重要参数。但是，由于公共医疗资源有限，绝大部分群众并没有条件经常去医院进行体检，对自己身体状况的把握仅能依靠简单的自身估计和观察，常常忽视了身体状况恶化的情况。传统上使用台式水银血压计量血压，但是台式水银血压计存在体积大、放置不方便、易打碎、操作繁琐等问题，一般家庭根本不会使用;传统上使用水银体温计量体温，水银体温计存在易断易碎、测温时间长（5～10分钟）、读数不方便等问题，目前也逐渐面临被淘汰。并且，家庭使用含有水银的血压计、体温计，容易产生水银泄漏，从而造成环境污染和人身安全等严重问题。在非接触式电子体温计领域，国内外都以采用红外感应测温技术为主。博朗、欧姆龙等公司相继开发出精度小于0.2℃、测量时间小于2秒的电子红外体温计，但都是基于某一特定功能测量仪器，而能够集测量血压、体温和脉搏等功能为一体的家庭用多功能智能型生理体征测量仪在国内外市场上还极为少见，笔者通过市场调研发现目前该类型产品国内市场认为空白。因此，非常有必要研制一款能够满足大部分人居家进行简单体检的智能型家庭监护仪，该仪器应能够较为准确地检测出人体的血压值、脉搏次数和体温值，并能对测量结果进行基本的判断，且满足成本低、携带方便、操作简单、显示清晰等要求，适合老人、病患等各类人群的使用。二、总体方案相对于较为普遍的工业信号的检测技术，人体生理体征参数的监测有其特殊性，主要体现在被测对象身体情况差异较大、被测生理信息规律一致性不高、人体内部其它生物信息复杂多样等。本文的主要研究目标是研制一款能够满足大部分人居家进行简单体检的智能型家庭监护仪，该仪器应能够较为准确地检测出人体的血压值、脉搏次数和体温值，并能对测量结果进行基本的判断，且满足成本低、携带方便、操作简单、显示清晰等要求，适合老人、病患等各类人群的使用。本系统主要由测学压、测体温、测心率等三个相对独立的功能模块构成，整个系统包括中央处理器系统、信号采集及处理系统、数据分析及显示系统等子系统。系统框图如图2-1所示。龙源期刊网系统框图检测流程是：在开机状态下，用户按键选择检测项目，开启相应通道的传感器进行数据采集，被测信号经过硬件滤波、放大和模数转换，数字测试结果在中央处理器中进行数据分析处理，所得测试结果在屏幕上进行显示，如果所测结果超出正常值范围，将会有声光报警进行提示。三、系统设计多功能家庭监护仪采用前端信号采集+中央处理器+人机界面的基本设计形式。前端各个传感器以及相对应的信号滤波、放大、模/数转换通道分别完成对人体血压、体温、心率等参数值进行采集处理，获得处理器能够识别并可作进一步分析处理的数字信号。为了最大限度降低产品成本，本设计拟采用Atmel公司89C51单片机作为中央处理器，89C51单片机只有32个用户可用的I/O口，为解决I/O数量不足的问题，本设计采用1片8通道A/D转换器ADC0809进行测血压和测体温两个模块共4路数据通道的模数转换工作，其中测血压模块需要分别对脉搏波幅值和袖带气压值两路数据进行处理，测体温模块需要分别对热电堆输出电压和热敏电阻输出电压两路数据进行处理。为提高产品性价比，本设计采用1602液晶屏显示测试过程中必要的提示信息。考虑到多功能家庭监护仪的用户对象多为老年人及行动不便的患者，所以仪器面板上采用机械式按键设计，且按键设置尽量简单直观，力图使普通用户可以不需要阅读说明书，仅按照仪器面板上的简单文字提示即可顺利进行所有操作。拟设置3个按键，第1个按键为船型开关键，两个状态分别表示仪器处于开启、关闭状态;第2个按键为无锁轻触开关，用以对系统进行复位操作;第3个按键为无锁按键开关，用以切换启动测血压、测体温、测脉搏等三个测试流程。面板上还有4个绿色的LED灯，分别用以指示系统开电、测血压中、测体温中、测心率中等4个状态。另外当测试结果超出正常值范围时，面板上会有一组由1个红色LED灯和1个蜂鸣器构成的声光报警器持续发出10秒钟报警信息。综上所述，多功能家庭监护仪的设计方案如图3-1所示。四、程序设计基于AT89C51单片机的多功能监护仪的工作流程是：系统在开电后处于待机状态，当无锁按键开关S3（功能选择键）被按1下则进入测血压流程，若被连续快速地按2下则进入测体温流程，若被连续快速地按3下则进入测心率流程。当在进行某项测试流程时终止或需要切换到其他测试流程，则需先按复位键S2，回到待机状态，再重复功能选择操作。如果在进行功能选择操作的过程中连续快速地按S3键4下及以上次，则被视作无效操作。龙源期刊网本设计的主程序部分主要实现初始化工作，并实现上述S3功能键进行的测试流程选择工作。具体的分项测试功能将在相应测试子程序模块中实现。主程序部分的流程图如图4-1所示。图中Kn为按键次数的计数值，初始值为0，每有效地按下1次，Kn加1，当Kn累加到4次时，程序跳转至初始化状态。根据对Kn值进行判别，可以跳转到相应的功能测试模块子程序。图中S3是功能选择按键，本设计对按键的判断采用的是查询的方式，因为主程序中没有其它进程，所以单片机可以用不断查询的方式判断按键的状态，从而减少占用外部中断资源。五、结论本文主要研究了基于AT89C51单片机的家庭用多功能监护仪的设计和开发，随着社会经济的不断发展，人们越来越重视健康，家庭用多功能监护仪正能迎合人们日益增长的对健康的要求。通过开展对监护仪系统的深入研究，开发性价比更高、使用更方便的家庭用多功能监护仪，具有十分重要的社会意义和经济意义。作者简介：李博，男，1980年10月出生，浙江工业职业技术学院电气分院教师，主要研究方向：应用电子技术与智能化系统工程，籍贯江西。龙源期刊网