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(yáng)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(yáng)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(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)測(cè)量選擇為溫度測(cè)量和脈搏測(cè)量，節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集用STC89C51單片機(jī)，采用無(wú)線的方式發(fā)給主機(jī)，然后將測(cè)量所得的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。溫度的上限設(shè)置為37．5℃，脈搏設(shè)置為每分鐘跳動(dòng)60到120次為正常，當(dāng)溫度超過(guò)37．5℃或者脈搏的測(cè)量值不在范圍內(nèi)的時(shí)候，蜂鳴器會(huì)報(bào)警。為了對(duì)比與檢驗(yàn)穩(wěn)定性，本次設(shè)計(jì)做了兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，相當(dāng)于有兩個(gè)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(wú)線傳輸采用nRF24L01射頻芯片為通信載體，脈搏檢測(cè)方式為紅外透射式，最終完成一個(gè)可以用于醫(yī)療監(jiān)護(hù)上對(duì)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(jiǎn)易實(shí)物模型。

本設(shè)計(jì)將系統(tǒng)分為兩大部分：

第一：溫度和脈搏檢測(cè)節(jié)點(diǎn)電路設(shè)計(jì)，節(jié)點(diǎn)電路單片機(jī)為STC89C51，用作溫度和脈搏測(cè)量數(shù)據(jù)的采集，然后通過(guò)無(wú)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(jì)，主機(jī)采用STC89C52單片機(jī)，存儲(chǔ)51單片機(jī)無(wú)線發(fā)射過(guò)來(lái)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(duì)比，決定是否報(bào)警。

本設(shè)計(jì)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(wú)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(cè)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(cè)量所得的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)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(bào)警裝置。系統(tǒng)框圖如圖1．1所示。

本設(shè)計(jì)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(guò)按動(dòng)按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位稱(chēng)手動(dòng)復(fù)位。上電時(shí)，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(dòng)復(fù)位，這就是上電復(fù)位；若運(yùn)行過(guò)程中需要程序從頭執(zhí)行，只需按動(dòng)按鈕即可。按下按鈕，則直接把+5V加到了RST端從而復(fù)位稱(chēng)為手動(dòng)復(fù)位。在本次設(shè)計(jì)中，復(fù)位電路主要給單片機(jī)提供初始化手段。

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

單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)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(cè)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(diǎn)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)處理，測(cè)溫范圍為-55-125℃。DS18B20 共有三個(gè)引腳電源正VCC、電源負(fù)GND 和信號(hào)輸入輸出口DQ。

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

第一：ROM 只讀存儲(chǔ)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(jì)算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)斷電后丟失，DS18B20共9 個(gè)字節(jié)RAM，每個(gè)字節(jié)為8位。

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

傳感器由紅外發(fā)射二級(jí)管來(lái)作為發(fā)射裝置，通過(guò)紅外接收三極管來(lái)作為接收裝置，并且由兩部分相結(jié)合組成。因?yàn)椴捎眉t外發(fā)光二極管作為測(cè)量裝置的光源時(shí)它就可以基本抑制因?yàn)楹粑\(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生而造成的脈搏的波動(dòng)。采用紅外接收三極管來(lái)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(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的特點(diǎn)。在本設(shè)計(jì)中，將紅外接收三極管與紅外發(fā)射二極管相對(duì)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(wú)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(jì)。nRF24L01 的工作頻率可以通過(guò)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(jì)的實(shí)物模型進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明無(wú)線傳感模塊的通信性能良好，具有簡(jiǎn)潔、數(shù)據(jù)傳輸速率較高、抗干擾性較強(qiáng)和延時(shí)小的特點(diǎn)；因此，所設(shè)計(jì)的無(wú)線傳感局域網(wǎng)絡(luò)基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)，能滿足設(shè)計(jì)要求的數(shù)據(jù)采集、無(wú)線傳輸、監(jiān)控與報(bào)警。

通訊作者：史秀男，沈陽(yáng)工學(xué)院講師。