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作者：洛阳理工学院 邵盛亚 孟凡睛 卢奇
指导教师：刘太伟 刁文广

　　作品简介　　

　　二、结构说明
　　1. 结构原理图　　

　　2. 结构模块说明
　　1) 红外测温模块
　　此模块采用红外测温传感器MLX90615，实物如图2-2所示，通过SMBUS总线将采集的温度信息传入单片机，单片机通过控制液晶而实时显示温度。　　

　　2) 液晶显示模块
　　此模块采用12864液晶显示屏，实物如图2-3所示，用其实现温度数据实时显示的功能。　　

　　3) 脉搏信号采集模块
　　此模块采用基于PVDF材料的压电薄膜传感器，实物如图2—4所示，传感器感应到的微弱信号由核心开发板通过一级放大电路、低通滤波电路、二级放大电路、AD转换采集，并利用串口通信将数据显示在PC机上的labview平台上。　　

　　4) 上位机显示模块
　　此模块借助PC机上的labview平台，实现对脉搏数据的分析、显示，平台如图2-5所示。　　

　　5) 主控制器
　　以STC15F2K61S2 位单片机作为主控制器，图2-6为比赛提供的STC15F2K61S2核心板实物图。　　

　　三、功能与使用说明
　　1. 功能概述
　　系统可以完成人体温度和脉搏信息的实时采集和实现，同时设有过值报警的功能.当温度过高时,LED灯会点亮，当脉搏信号的峰值过低时,PC机上labview监控系统会点亮布尔登为红色，并设有保存相关数据和数据回放等功能。
　　2. 使用说明
　　作品供电后，液晶屏上即可显示室内环境温度，当红外传感器贴近额头时，液晶屏上所显示的稳定数据即为人体实际温度。将脉搏传感器贴紧桡动脉(脉搏搏动最强处)，用橡皮筋固定好，测试者身体保持静止、呼吸平稳、手臂与心脏平齐，待波形图表的波形以周期性稳定显示时,即可显示人体脉搏信号。

　　设计说明

　　一、 设计原理
　　1. 系统工作流程图
　　系统工作流程如图2-7所示。　　

　　二、设计方案
　　为了较好地实现作品相关功能，这里对各个模块的功能与实现均提出了系统的设计方案。
　　方案一：
　　1) 温度传感器模块采用DS18B20温度传感器，其优点是成本低，接线简易，体积小，使用方便。但是存在测量精度低的严重缺点，这使测量结果无法反映被测者的真实体温。
　　2) 脉搏信号采集模块采用SC0073传感器，该传感器是一种高性能低成本的振动传感器，具有灵敏度高、频率响应范围宽、抗过载和冲击能力强、抗干扰性好、操作简便等特点。但是信号稳定性欠佳，尤其是柱状的结构外形的缺陷，导致其无法与腕带方便的配合。
　　3) 上位机采用VB编写实现，虽然优点是功能强大，简单易学，但是开发周期较长。

　　方案二：
　　4) 温度感应模块采用红外温度传感器MLX90615，优点有测温反应快，测量精度高，在一定的温度范围内精确度可达到±0.1,完全满足本系统的测温要求。
　　5) 脉搏信号采集模块采用PVDF压电薄膜传感器，其具有压电系数大、频响宽、动态范围大、重量轻、力电转换灵敏度高、机械性能强度高、声阻抗易匹配等优点，并且有柔软不脆，与皮肤接触无不适感的人文气息。
　　6) 上位机利用LABVIEW编写完成,其数据采集、显示和分析的能力都十分强大，界面可读性很高，且简单易学，开发周期很短，完全适合本项目的要求。
　　综合以上各个传感器以及上位机显示平台的优缺点，结合实际需要,我们最终选用了方案二来完成本次项目设计。

　　三、电路原理图
　　1. 温度模块与液晶模块电路连接　　

　　1) 脉搏信号处理模块电路连接
　　脉搏信号处理电路主要是对检测到的微弱脉搏电信号进行信号处理，并滤去多余的噪声信号。考虑到脉搏信号为超低频信号，极易引入工频干扰，而采集到的脉搏电压信号幅度通常在0～20 mV之间，并不符合A/D转换器的输入电压的范围(一般为-5～+5 V)。鉴于以上优点，压电薄膜传感器使用如下调理电路。
　　2) 前置放大电路
　　前置放大电路对于脉搏波信号采集而言至关重要，考虑到脉搏信号的特点，为了放大噪声环境中传感器输出的弱信号，对于放大器的要求具有：极高的共模和差模输入阻抗;极低的输出阻抗;以及精确和稳定的增益和极高的共模抑制比。基于以上分析，选用ANALOG DEVICES公司生产的低功耗、高精度仪表放大器AD620作为前置放大的核心器件,该模块的前置放大电路如图3-2所示.　　

　　3) 带通滤波电路
　　系统的滤波电路采用了双运放LM358,其内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器。其主要特性：短路保护输出;真差动输入级;单电源工作：3.0～32 V;低输入偏置电流;具有内部补偿;共模范围扩展到负电源。压电薄膜传感器模块滤波连接电路如图3-3所示　　

　　二阶低通滤波器的上限截止频率为：fp = 0.37f1
　　式中：f1 = 1/(2πR4C5)
　　电阻R4,R5取3.6K欧，则R4,R5 = 1/(2πR4f1) = 0.47uf
　　则：fp = 0.37f1 = 0.37/(2πR4C4) = 34.8Hz
　　高通滤波的下限截止频率为：f2 = 1/(2πR6C6)
　　电阻R6取3.6K欧，则： C6 = 1/(2πR6f2 ) = 100uf
　　则：f2 = 1/(2πR6C6) = 0.048Hz
　　4) 二级放大电路
　　其目的是把信号放大到适合A/D转换的要求，从而使前置放大器的放大倍数不至于太高而产生波形的失真。因为前置放大后信号的大小为50 mV，因此后级放大倍数为100。电路连接图如图3-4所示：　　

　　作品特色

　　1. 先进性
　　1) 相比传统的温度计，作品测量时间段，反应速度快
　　2) 作品应用性高，只要有一台电脑和该作品就能实现想要的功能
　　3) 针对易生病的老人和小孩所设计的产品,根据有人文感和亲切感。

　　2. 实用性
　　1) 温度信息感应模块采用红外传感器，期精确度高，无需与皮肤接触，且温度过高时有自动报警设施。
　　2) 经济适用化，开发周期短，操作简单，为医护人员省去了大量不必要的麻烦
　　3) 脉搏信号感应模块采用柔软的压电薄膜传感器，与皮肤接触时无不适感。脉搏信号显示平台基于labview信号显示,可以完成实时监控和分析显示，并可记录历史数据并随时调用重现。
　　4) 因其简便的设备和在生活中的实用价值，可以大面积的向私人家庭推广

　　3. 创新性
　　1) 本作品具有其他设备不具有的多功能测量功能
　　2) 作品功能拓展性强,开发应用潜力巨大
　　3) 可以根据现实需求添加各种功能，并可在使用中不断提高性能，升级系统
　　4) 将多功能集成化成一个作品

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2546