江西财经大学本科毕业设计
腕带式心率体温计设计
1 引言
本章主要介绍了腕带式心率体温计的设计与实现的研究背景与研究意义，此类心率体温计在现实生活中的应用前景，以及毕业设计思路和主要任务。
1.1 选题背景
当今社会，随着科学技术的飞速发展，尤其是通信、信号处理以及大规模集成电路技术方面，人们的生活变得更加方便快捷的同时，人们对身体健康状况变得越来越关注。因此，身体健康成为人们越来越关注的话题，而作为人体机能两个最重要的指标——心率和体温的检测就变得尤为重要了。
心率，顾名思义，指的是心脏每分钟跳动的频率。它的快慢从一定程度上反映了心脏器官是否处在正常跳动的状况下，从而判断人体机能是否正常。可以说心率的不正常必定发生在人体生理状况病变或者即将病变的前提下。因此，心率的监测可以更好地预防或者关注人们的病理情况。医院的检测监护设备价格太贵，普通患者无法承担家用的昂贵费用，由此人们迫切希望更方便更便宜的测量自身心率状况的仪器，心率计便应运而生，由只能在医院检测飞入寻常百姓家，使每个人都可以简单快速的测量心率。
体温也是反映人体生理状况的另一指标。测量方法有口测法、腋测法及肛测法，正常人的腋下体温在36-37之间。人体的温度是相对恒定的，在正常的范围内会有轻微变动，一般波动不会超过1。一般生理状态下，早晨的体温略微偏低，下午偏高。进餐、劳动或者运动等后的体温会轻度升高，老年人的体温偏低。根据发热程度的高低（口腔温度），可以区分为：低热：体温达到37.5-38；中度发热：38-39；高热：39-40；超高热：40以上。人体体温不在正常范围,偏低或者偏高本身并不是一种病,而是某种疾病的临床表现。因此，临床上对人体检查体温，观察其变化对诊断疾病或判断某些疾病的预防有重要的意义。
市面上的体温计虽然价格便宜易操作但是功能单一只能测量体温无法同时测量心率，而在当今生活节奏加快的今天，人们更希望拥有一款便携、能同时测心率体温的监护产品，比如说腕带式健康手环，需要测量时只需带上手环即可。因此，本设计提出腕带式心率体温计这一概念，并进行研究。
1.2 研究目的
随着生活水平的提高，人们的生活节奏逐渐加快，工作压力也逐渐增大，人
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开始关注自身的健康。心率和体温是反映一个人是否处于健康状况下的两个最基本也是最重要的生理参数。快速精准的测量心率是现代医疗监测仪器的基本必备功能。医院采用的传统测量仪器，虽然准确性高，专业性强，但是体积较大，成本较高，普通人无法看懂，不适合家用。市面上的心率测量仪被人们制作的更小更智能，相比医院采用的大型仪器，它不仅体积娇小,而且还可以测量体温是否正常。
尽管相比医疗上采用的心率监测仪器，市面上的心率体温计更实惠便捷，但是成本依然较高，并不利于其普及。为此设计了基于STC89C52单片机的腕带式心率体温计，来检测人的心率和体温值并判断这两个指标是否正常，本次设计通过选用较为常见的电子元器件，使得成品心率体温计成本较低,测量过程操作相对简单,性能好准确率高,能够实时显示人的一分钟心跳数值, 也能测量人体体温并实时显示出来，适用绝大部分消费人群,因此有良好的市场前景。
1.3 主要内容
设计一个腕带式心率体温计，实现皮肤接触实时获取人体心率和体温数据并可视化，加入超限报警功能，实现人们方便的检测自己的身体指标的基本要求。在心率体温检测的基础上还加入时间显示功能。
本设计主要实现的功能是检测心率和体温并将其和时间显示到屏幕上，当心率和体温处于不正常范围时报警提示，因此该系统的设计可分为五大模块，分别是：心率信号采集模块、体温数据采集模块、时钟模块、超限报警模块和显示模块。
本次设计所要完成的任务：
1) 元器件选择、硬件电路设计与调试，电路图仿真； 2) 程序设计、调试。
3) 心率、体温检测、数据显示； 4) 误差分析
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2 方案设计
本设计是基于单片机的腕带式心率体温计的设计，需要采集温度和心率信号，不同的MCU和传感器均会对整个系统的性能产生一定的影响。本章介绍了各部分的元器件选择（单片机MCU、温度传感器、心率传感器选择和时钟芯片选择）。
2.1 设计方案
2.1.1 设计要求
本设计旨在开发一款功耗低、成本低且便携的腕带式心率体温计，具体要求如下：
1) 实时显示被测者的心率值、体温值； 2) 超限报警功能，报警值可通过按键更改； 3) 时间显示功能；
4) 心跳测量误差小于4分/次，体温精度0.1℃。
2.1.2 系统方案
通过温度传感器和心率传感器分别获取人体体温数据和心率值，并由单片机进行分析显示，判断是否超限报警，加入时钟模块并显示时间。系统总体框图如图2-1所示。
体温传感器体温传感器报警电路报警电路心率传感器心率传感器单片机按键电路按键电路时钟模块时钟模块显示模块显示模块
图2-1 系统总框图
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2.2 单片机选择
2.2.1 单片机的现状
单片机又称为单片微型计算机，它是微型计算机（简称微机）的一个重要分支，颇具生命力。单片机将微机的许多基础性的功能全部集中到一个小小的半导体芯片上，比如说中央处理器、存储器、I/O接口、定时/计数器等。因此尽管单片机只是一块小小的芯片，但麻雀虽小五脏俱全。与通用型微机相比，单片机体积小功能强大，使得其运用具有相当高的灵活性和广泛性，大量运用于嵌入式系统。
近一百年来，人们在电子方面的研究技术越来越先进。科技改变生活，数码电子产品几乎渗入到人们生活的方方面面，是人类生活更加科技化，当然也要求着电子产品功能更多性能更佳，也加快了电子产品更新换代的速度。这一切都离不开单片机。
目前，电子产品均向高性能和多品种方向发展，单片机也不例外。在外观变的更小容量变的更大的同时它还必将更加CMOS化、性能更高、功耗以及成本更低。单片机的应用还有一个重要意义，那就是它从根本上改变了传统控制系统的设计理念和方法。传统控制系统是必须由模拟电路或者是数字电路实现大部分需要的功能，而现在用单片机通过软件的方法即可实现。
单片机经过好几代的发展，正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强I/O功能及较好的结构兼容性方向快速发展。预计，其发展趋势主要围绕以下几个方面：
①高集成度。单片机会将各种功能的I/O口和一些典型的外围电路集成在芯片内 ，使单片机功能更加强大。
②高性能。单片机从单CPU到多CPU方向发展，具有并行处理能力，比如罗克韦尔公司的单片机R65C29就采用了双CPU的结构，其中每一个CPU都是增强的6052。
③低功耗。目前，市场上有二分之一的单片机产品已经CHMOS化，这一类单片机具有低功耗的特点。有许多单片机已经可以在2.2V甚至1.2V、0.9V电压下工作，功耗极低。
④高性价比。市场上单片机种类多如牛毛，人们在选取单片机型号时不仅考虑到性能还会考虑到价格，只有价格适中功能强大的高性价比的单片机才会在激
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烈竞争的市场上存活下去，所以高性价比必然是大势所趋。
在嵌入式系统低端的单片机领域，有众多品牌，但在实验学习当中接触最多的便是STC系列单片机，故本次设计采用的为STC系列单片机。STC单片机的特点如下：
1) 加密性强：破解难度极高，国内能解密的人很少，一般仿制者望而却步； 2) 超强抗干扰能力、超低功耗
3) 在系统可编程，无需编辑器，可远程升级
4) 增加硬件看门狗、高速SPI通信端口、PWM、A/D等 5) 较高性价比
2.2.2 单片机的选择
本次设计决定采用STC系列单片机作为主控制器，对于该系列单片机可以有两个选择，一种是STC89C52，另一种是STC12C5A60S2，它们都是宏晶公司生产的单片机。
STC89C52低耗高能，它采用了经过优化过的C51内核，加入了许多普通C51单片机没有的功能。该单片机虽然只有8 位得CPU ，但是配合8Kb的Flash，可以实现相当多的功能，造就了其虽成本低然功能多的使用特性，因此在嵌入式中受到青睐。其实物图如图2-2所示。
图2-2 STC89C52单片机
STC12C5A60S2潜采用增强型8051CPU，单时钟设计，机器周期达到1T，因其不仅指令代码、管家完全兼容传统的8051，而且片内拥有大容量达到60Kb的Flash程序存储器，可以让使用者瞬间删除改写，使得该系列单片机在众多51单片机中具有更大竞争力。该系列单片机对设备要求比较低，能有效缩短开发周期，还可以对片内程序进行加密，防止劳动成果被窃取。STC12C5A60S2单片机如图2-3所示。
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腕带式心率体温计设计 - 图文
