基于物联网的智能医疗监护系统

杨超 史秀男 江旭 吕婧楠 沈阳工学院

基于物联网的智能医疗监护系统

杨超 史秀男 江旭 吕婧楠 沈阳工学院

本文是基于物联网的智能医疗监护系统，利用单片机技术，制作了温度与脉搏监控报警系统。系统的节点测量选择为温度测量和脉搏测量，节点数据采集用STC89C51单片机，采用无线的方式发给主机，然后将测量所得的数据显示出来。温度的上限设置为37．5℃，脉搏设置为每分钟跳动60到120次为正常，当温度超过37．5℃或者脉搏的测量值不在范围内的时候，蜂鸣器会报警。为了对比与检验稳定性，本次设计做了两个节点，相当于有两个便携式终端，然后只在主机上显示具体的数值，主机为52单片机，采用LCD12864模块显示。无线传输采用nRF24L01射频芯片为通信载体，脉搏检测方式为红外透射式，最终完成一个可以用于医疗监护上对人体的脉搏、温度进行采集的传感器网络系统的简易实物模型。

本设计将系统分为两大部分：

第一：温度和脉搏检测节点电路设计，节点电路单片机为STC89C51，用作温度和脉搏测量数据的采集，然后通过无线方式发射给主机。

第二：基于单片机控制的主机电路设计，主机采用STC89C52单片机，存储51单片机无线发射过来的数据，分析处理数据，在显示屏上显示出具体数值，与设定好的限值对比，决定是否报警。

本设计由单片机STC89C52、STC89C51、数字温度传感器、红外发射二极管、红外接收三极管、无线通信模块、液晶显示屏、蜂鸣器组成。主控板供电后，温度传感器可以检测到室内的温度，红外发射二极管作为发射装置，红外接收三极管作为接收装置，将测量所得的数据通过无线通信发送给主机，在显示屏上显示出具体的数据，蜂鸣器作为报警装置。系统框图如图1．1所示。

本设计采用按键复位电路，它是常用的复位电路之一。单片机复位通过按动按钮产生高电平复位称手动复位。上电时，刚接通电源，电容C1相当于瞬间短路，+5V立即加到RST端，该高电平使全机自动复位，这就是上电复位；若运行过程中需要程序从头执行，只需按动按钮即可。按下按钮，则直接把+5V加到了RST端从而复位称为手动复位。在本次设计中，复位电路主要给单片机提供初始化手段。

时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准的工作。STC89C52片内由一个反相放大器构成振荡器，可以由它产生时钟。常用的时钟电路有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。本设计采用前者。

单片机内部有一个构成振荡器的高增益反相放大器，输入端为引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。

系统的温度检测选用DALLAS 公司“一线总线”数字温度传感器DS18B20，该传感器具有微型化、低功耗、高性能等优点，可直接将温度转化成串行数字信号处理，测温范围为-55-125℃。DS18B20 共有三个引脚电源正VCC、电源负GND 和信号输入输出口DQ。

DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。DS18B20共有2种形态的存储器资源，它们分别是：

第一：ROM 只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，DS18B20 共64位ROM。

第二：RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据断电后丢失，DS18B20共9 个字节RAM，每个字节为8位。

脉搏主要是由人体动脉的舒张和收缩产生的，在人体指尖组织中的动脉成分含量较高，而且指尖厚度比较薄，透过手指后检测到的光强相对较大，因此选择人体的指尖部位来用光电式脉搏传感器对其进行测量。

传感器由红外发射二级管来作为发射装置，通过红外接收三极管来作为接收装置，并且由两部分相结合组成。因为采用红外发光二极管作为测量装置的光源时它就可以基本抑制因为呼吸运动的产生而造成的脉搏的波动。采用红外接收三极管来作为接收装置就能使得在红外光的照射下产生相应的电能，这就使之具有了将光信号转换为电信号的特点。在本设计中，将红外接收三极管与红外发射二极管相对摆放，这样可以获得最佳的数据特性。

nRF24L01 是一款世界比较流行的在 ISM 频段进行无线收发的芯片，它具有很高的集成性。nRF24L01的数据传输速率能够高达 2Mbps，较高的数据传输速度和节能模式使其非常适合本设计。nRF24L01 的工作频率可以通过寄存器 RF_CH进行有效的配置，只有接收器和发送器在同一配置之中，并且处在同一频道才能互相通信。

利用所设计的实物模型进行测试，实验结果表明无线传感模块的通信性能良好，具有简洁、数据传输速率较高、抗干扰性较强和延时小的特点；因此，所设计的无线传感局域网络基本实现了预期目标，能满足设计要求的数据采集、无线传输、监控与报警。

通讯作者：史秀男，沈阳工学院讲师。