隨著人們生活水平的提高，越來越多的人希望通過簡便的方式了解身體基本狀況。因此人體生理監護儀開始出現并呈不斷增多的趨勢，已經由過去的單一測試儀發展為現在的多參數監護儀。

在實際生活中，生理參數監測儀多是基于PC機平臺的多參數測量、價格昂貴、體積龐大、不便于移動?，F在多數生理參數監測儀無法準確的實時測量人體運動時的生理參數，導致有些人特別是老年人運動強度過大，對身體造成較大傷害。而教練員因無法準確掌握運動員運動時生理參數變化，而不能“因材施教”，有針對性的制定訓練方案，所以運動員訓練方式都是大眾化訓練。綜上所述，開發一種體積小、價格低，基于嵌入式系統的便攜式生理參數監測儀就具有重要的意義。

1 便攜式生理參數監測儀系統方案

本系統采用C8051F330作為該系統的單片機。系統整體硬件電路包括電源電路，脈搏傳感器電路，溫度傳感器電路，計步電路，聲光報警電路和LED數碼管顯示電路等，如圖1所示。



脈搏傳感器采用HK-2000A，輔以電平拉高電路使輸出脈搏信號滿足單片機I／O口的輸入高低電平要求，計數通過單片機外部中斷0。溫度傳感器采用 DS18B20，傳感器使用Vcc供電。計步模塊使用HA35DE，傳感器采用Vcc供電，步伐計數通過單片機外部中斷1，路程、卡路里等計算通過公式換算。LED數碼管采用4位共陰極連體數碼管，數碼管驅動芯片采用周立功公司的ZLG7289B；系統電源采用單電源3．3 V。

2 便攜式生理參數監測儀系統的硬件設計

2．1 脈搏與溫度測量電路設計

本系統采用壓力型集成脈搏傳感器HK-2000測量人體脈搏，直接將脈搏信號轉換成數字型脈沖信號輸出，其硬件電路如圖2(a)所示。脈搏傳感器輸出的脈沖信號高電平為Vcc=-1．5 V，不足以使單片機識別為邏輯高電平，采用分壓式電壓提升電路，產生單片機可識別到脈沖信號。



本系統采用DS18B20數字型溫度傳感器，測量結果輸出為2 Byte數字信號，測量分辨率為0．1℃。溫度測量硬件電路如圖2(b)所示。DS1-8B20采用Vcc=3．3 V供電，使I／O線上不需要加強上拉，在轉換期間能允許在單線總線上進行其他數據交換。

2．2 計步測量電路設計

本系統采用非電量電測法來實現檢測步數，當人行走時，腳、腿、腰部、手臂會產生相應的加速度。通過腳的加速度對步數的檢測最準確，本設計要求攜帶方便，故選擇利用腰部運動來檢測步數。人體運動示意如圖3所示，行走過程中，通過腰部上下的垂直運動，選取每次邁步時的加速度，利用對加速度的峰值檢測得到行走的步數。

本系統采用3D加速度傳感器為核心來感應人體運動，采用HA35DE計步模塊測量人體運動步數，計步測量的電路如圖4所示。HA35DE采用Vcc=3．3 V供電，2腳計步信號輸出為單步脈沖信號，連接到單片機外部中斷口。

3 便攜式生理參數監測儀系統軟件設計

3．1 總體軟件結構

本系統采用C8051F020單片機進行處理分析，設置相應的生理參數閾值并對采集信號進行實時顯示，還可對超標信號報警，系統的軟件總體流程圖如圖5所示。



3．2 脈搏與計步測量軟件設計

脈搏計數通過單片機外部中斷0來實現，外部中斷口0工作方式為上升沿觸發方式。當單片機檢測到有效脈沖時，計數器加1，到達測量時間時，判斷脈搏數是否超過閾值，并判斷是否進行報警。其軟件流程圖如圖6所示。



步伐計數通過單片機外部中斷1實現，外部中斷口1工作方式為上升沿觸發方式，當單片機檢測到有效脈沖時，計數器加1。本系統的計步功能塊可實現運動步數測量，運動距離測量，運動消耗的能量計算，通過按鍵切換實現。計步測量流程圖如圖7所示。



4 結束語

本系統所設計的便攜式生理參數監測儀能檢測人的體表溫度、脈搏、運動步數、消耗能量等參數，具有實時測量及顯示的功能，可將測得的數據與設定的閾值進行比較，當超過閾值時就進行聲光報警提醒。本設計輕便小巧，適合居家、鍛煉等使用。