基于单片机的心率体温测量计

2022.08.01

姜铭李亦宁苗紫民吕东艳周慧

摘要：生活中很多潜在的病毒会引起发热，心律不齐，如果不及时发现将会带来很严重的后果，就如现在的新冠病毒引起的症状（发热和呼吸困难），这时就需要心率体温测量计，可以方便实时检测体温，有效监测心率是否正常。特别是免疫系统比较差幼儿和老人的，这时就需要一款方便快捷的测量工具。

关键词：单片机;温度传感器;多功能;便携式

中图分类号：TP391? ? ?文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）16-0232-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Heart Rate and Temperature Meter Based on Single Chip Microcomputer

JIANG Ming， LI Yi-ning， MIAO Zi-min， LV Dong-yan， ZHOU Hui

（College of Information Science and Technology， Gansu Agricultural University， Lanzhou 730070， China）

Abstract： some potential viruses can cause fever， arrhythmia， if not detected in time will bring very serious consequences， such as the current symptoms caused by the new coronavirus is fever and breathing difficulties， then the need for the heart rate and temperature meter， not only can facilitate the detection of body temperature， but also can effectively monitor whether the heart rate is normal.And young children and the elderly have poor immune systems， which requires a quick and easy measurement tool.

Key words： SCM; Temperature sensor; Multi-function; portable

测量体温和心率是生活中常用的医学监测手段，传统的水银温度计和听诊器存在测量时间较长，数据读取不方便，数据测量不准确，玻璃温度计易破损等缺点，容易造成测量人员的伤害。

如今随着人们日常生活质量水平的提高，及二胎政策的开放，人口逐步老龄化，日益发展的电子信息技术在家用医疗保健中得到更加广泛应用，随着国家越来越重视医疗健康技术水平的发展，此时人们就需要一款便捷测量心率和体温的系统。设计心率体温测量计可以快速方便的检测体温和心率，预防疾病，监测儿童和老人的健康状况。

1 系统总体设计

1.1 系统设计流程

本次设计使用单片机MCS-51作为控制核心来实现基本的测量功能，此单片机的优点在于控制简单且比较实用，性价比较高[1]。该系统的功能在于主控制器、收集心率、检测体温，采用AT89C51单片机能够及时、高效的监测心率、体温并显示其数据。图1系统模型框图。首先心率被MPX2100压阻传感器收集，然后由电压比较器转换为频率信号，最终发送给单片机进行处理和显示。二进制码形式串行在DS18B20温度传感器被运用，目的在于将收集的温度信号送到单片机处理并显示。

2 系统硬件设计

2.1 AT89C51 单片机主控电路

单片机是系统的重心，时钟器外部连接振荡电路（12MHz），复位键为S，构成如图2。测温传感器接于P3.7，超声波接收电路连于P3.4。硬件电路分为：时钟、复位、温度、心率检测、显示和异常报警电路。

2.2 心率监测模块

心率的监测是该系统进行设计较重要的一部分，其硬件的设计也较为丰富复杂。心率测量使用压式传感器，该传感器优势为：（1）电桥由4个等值电阻构成;（2）先进的半导体电子技术微细加工;（3）具有很好的温度补偿、线性度功能;（4）输出电压和所加压力形成正比关系[1]。测量过程为：（1）将传感器贴在体表;（2）采集心率信号;（3）由比较器将收集信号转换成脉冲信号;（4）送到单片机P3.4口;（5）单片机脉冲计数（次/10s），测得心率值。另设有心跳指示灯，LED指示灯随心跳的次数而闪烁，电路如图3所示。誤差分析：原因有：（1）环境温度较低时，导致传感器产生误差（温度范围0～85C）。（2）操作不规范。（比较器由LM324集成运放器构成）

2.3 体温检测模块

热敏电阻器测温时是利用电阻值的温度依赖性的，温度传感电路将传感器产生的点阻值与温度变化转换为电压变化，形成电路。半导体热敏电阻器可分为两类，一类是正温度系数型，另一类是负温度系数型，它随温度的升高而减小[3]。热敏电阻器的进行具有高电阻率和高温度影响系数，但它们可以是非线性的，排列产生不良和稳定性差。它们通常只适用于低温测量。本次心率体温测量系统设计采用DS18B20对人体体温进行实时检测，并将结果显示在1602LCD显示屏上，温度测量范围为-55C～+125C，可用来编程的分辨率为9～ 12位[4]，与其相对应的可分辨温度分别为0.5C、0.25C、0.125 C和0.0625C，可实现高精度的温度测量。

2.4 显示电路设计

显示电路模块采用LM016L液晶模块，模块内部带有控制器，接口为数字式接口，显示质量高，并且还具备字符闪烁、移动等功能[5]。与单片机通信有两种传输方式：8位、4位并行传输，引脚连接为D0～D7与单片机P1.0～1.7。

2.5 报警电路设计

报警电路由二极管、电阻组成，如需报警，LED会发光，报警时间可以通过写程序控制，报警电路与单片机P2.0口相连（图6）。

3 系统软件设计

系统程序组成为：主程序、测温程序、心率测量程序和显示模块。当系统设计开始执行时，系统和LCD会被初始化，初始化的过程主要是集单片机的每个部分的工作状态，然后就可以开始测量体温和心率，通过 lm016l 显示器输出并显示，当体温、心率超过自己一定时间限度时，报警信息系统会做出提示。过程中所使用的DS18B20温度传感器与AT89C51的P3.7口串接，测温程序过程中，时序读写为重，否则结果会异常[2]。心率信号被压式传感器送到单片机的P3.4口完成中断，将存储计数值设置为零后，初始化计时器，然后确定计数是否达到10秒，如果不是10秒钟则继续计数，否则10秒钟停止计数，读取计数值，然后我们再开始重新循环。

4 结论

本设计心率计温功能稳定、使用方便，应用广泛，具有实际意义。综合了很多问题，调试过程中一些数据不稳定。心率檢测分析数据受外部环境的影响，实验教学条件有限，数据主要分布趋于均匀，偶尔有一些异常数据，心率数据是一种异常现象，可能是外部环境的影响，也可能是一个系统设计软件不稳定，但大部分数据区域是可以通过理解的。起初体温数据呈上升趋势，然后逐渐稳定，可能是因为传感器一开始不适应环境温度，然后人体体温慢慢传到传感器，温度开始逐渐升高，最后稳定，数据基本在人体体温正常测量范围内波动。

通过本项目的整个设计过程，我们了解了理论与实践的差距，对项目具体的设计与调试过程有了更进一步的了解。此次的设计研究结果也达到了预想的目的，也为以后需要我们可以在其他设计中熟练使用相应的软件提供了基础。

参考文献：

[1]? 陈圣林，侯成晶.图解传感器技术及应用电路（第一版）[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2] 刘文，杨欣，张铠麟.基于AT89C2051单片机的指脉检测系统的研究[J].医疗装备，2005，18（9）：9-11.

[3] 李金义，杜振辉，齐汝宾，等.利用热敏电阻精确测量DFB激光器动态结温度[J].仪器仪表学报，2012，33（9）：2088-2093.

[4] 欧阳俊，谢定，李晓春，等.基于BL-410的指端脉搏波采集系统应用研究[J].实用预防医学，2004，11（2）：385-386.

[5] 张靖武，周灵彬.单片机系统的PROTEUS设计与仿真[M].北京：电子工业出版社，2007.

【通联编辑：梁书】