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基于 AVR 及无线收发模块的脉搏监测系统设计

摘要

随着人们生活的水平不断提高，生活方式、饮食结构不断改变，习惯的变化和

高节奏的生活导致了高血压、冠心病等心血管疾病成为常见病与多发病。要避免和

减少高血压、冠心病这类心血管疾病给人类健康带来的严重危害，有效的旱期诊断

治疗方法和设备，快速的发病后的救治手段都是非常重要的,这些也正是当前广大医

学界专家正在共同努力研究的重点。而脉搏是人体活动最重要、最灵敏和最可靠的

信息源，是反映人体健康状况的重要窗口，而对脉搏的提取速度又快，因此利用脉

搏信号快速的发现病因也是一个有效的方法。

本课题采用嵌入式与无线通讯技术，提出处理脉信号的新方案,即采集及处理与

无线发送部分（前端系统）+无线接收与 PC 机显示部分（后端系统）。前端系统主要

负责脉搏信号的采集和初步处理并发送，能够单独工作；通过无线接收和串口接口

连接到 PC 机上显示，后端系统主要负责跟踪显示由前端系统传递来的信号。正是有

了无线接收模块的作用，使得系统具备了远程监测的能力。

本文论述了课题研究的现状和意义以及设计方案；介绍了主要的芯片的原理和

他们的使用方法；阐述了硬件设计与软件设计方案；说明了相应软件的流程和方法，

并解说了相应硬件与软件的调试。最后对所做的工作进行了分析和总结，指出了系

统涵待改进和提高的地方，展望了系统今后的发展方向。

关键词 : 嵌入式系统;无线收发模块;串口;传感器

Abstract

With people's lives has improved continuously, lifestyle, the changing structure of

diet, habits change and the high tempo of life has led to hypertension, coronary heart

disease and other cardiovascular diseases became common diseases and

frequently-occurring disease.To prevent and reduce hypertension, coronary heart disease

such cardiovascular disease to the serious human health hazards, effective diagnosis and

treatment of the dry method and equipment, rapid onset of treatment methods are very

important, these are precisely the current The broad masses of medical experts are

working together the focus of the study.The pulse of human activities is the most

important and most sensitive and most reliable source of information, to reflect the health

status of an important window on the pulse of the fast speed of extraction, use of rapid

pulse signals that cause is also an effective method.

The issue with the use of embedded wireless technology, network signal processing

by the new programme,acquisition and processing and wireless transmitter part (front-end

systems) + wireless receiver and PC revealed that some of (back-end systems).Front-end

system is mainly responsible for the signal pulse of the collection and initial processing

and send to separate work and a wireless receiver connected to the serial interface on a

PC, back-end system is mainly responsible for the tracking system shows that the front

end to the transmission signal.It is precisely because of the role of the wireless receiver

modules, making the remote monitoring system has the ability.

This article discusses the issue of the status and significance of research and design

programmes;On the main chip and the principle of the use of their methods on the design

of hardware and software design; note the corresponding software processes and

methodologies and explain the corresponding hardware and software debugging.Finally,

the work done by an analysis and concluded that the culvert system to be improved and

increased local and looking forward to the system's future development direction.

Key words: Embedded systems; wireless transceiver module; Serial; sensor

引言 .........................................................1

1 课题现状及研究意义 ........................................2

1.1 课题现状 ...........................................................2

1.2 研究意义 ...........................................................3

2 方案论证 ..................................................4

2.1 方案选择 ...........................................................4

2.2 系统框图 ...........................................................5

3 主要芯片介绍 ..............................................7

3.1 光电传感器 .........................................................7

3.2 Atmega8515 .........................................................7

3.3 无线收发模块 ......................................................11

3.4 MAX232 芯片 ........................................................13

4 硬件设计 .................................................16

4.1 采集部分 ..........................................................16

4.2 滤波部分 ..........................................................16

4.3 放大部分 ..........................................................18

4.4 555 施密特整形电路 .................................................19

4.5 下位机处理部分 ....................................................20

4.5.1 单片机复位电路 ...................................................20

4.5.2 数码管显示部分电路 ...............................................20

4.5.3 无线发送模块部分 .................................................21

4.5.4 单片机的晶振和中央处理部分 .......................................22

4.6 上位机部分 ........................................................22

4.6.1 无线接收模块部分 .................................................22

4.6.2 接收数据处理部分 .................................................23

4.6.3 串口部分 .........................................................23

5 软件设计 .................................................26

5.1 下位程序设计的流程图 ..............................................26

5.2 无线模块部分 ......................................................26

5.3 上位机部分流程图 ..................................................27

5.4 VB 界面 ............................................................27

6 系统调试与验证 ...........................................29

6.1 硬件调试 ..........................................................29

6.1.1 采集部分 ........................................................29

6.1.2 滤波部分 ........................................................29

6.1.3 放大部分 ........................................................30

6.1.4 555 整形部分的调试 ...............................................30

6.1.5 下位机处理部分 ..................................................30

6.1.6 上位机处理部分 ..................................................31

6.2 软件调试 ..........................................................31

6.2.1 下位机处理部分 ...................................................32

6.2.2 上位机部分 .......................................................33

6.3 整体调试 ..........................................................35

6.4 抗干扰措施 ........................................................36

6.4.1 硬件抗干扰措施 ...................................................36

6.4.2 软件抗干扰措施 ...................................................36

7 结果分析与展望 ...........................................38

谢辞 ........................................................39

参考文献 ....................................................40

附录 ........................................................41

附录一 ................................................................41

附录二 ................................................................42

引言

当今在医学领域中，生物医学参数的测试研究是医学界和工程技术界都很关心的新

兴学科。运用近代传感器测试技术来解决临床诊断及实验室研究多种参数的计量检测，

无论对于临床诊断与监护还是对于医学基础研究，都具有极其重要的价值和意义。用传

感器测试技术来对脉搏信息进行定量分析，是目前国内外医学专家普遍关注的课题之一。

人体脉搏系统是心血管系统的重要组成部分，它是人体输送养料、传递能量和传播

各种生理病理信息的重要途径，脉搏包含有丰富的人体健康状况信息。研究脉搏信息无

论是在中医还是西医中都具有重要的临床诊断价值和实用意义。

计算机是现代先进的高速运算和控制工具，因此计算机技术在脉搏研究方面有着其

内在的必然性。利用计算机灵敏的反映、快速的计算、数据存储能力、以及高分辨率的

显示设备等功能和优势，使得对脉搏的处理更加准确和有效。

因为脉搏检测是带有我国中医特色和独有的生物信号检测技术，因此开发研制这样

的监测仪器，可以同时满足医、患两方面的需求。根据对它的特点的分析，预计它的用

途将是非常广泛的，特别是如果加有其他的措施之后，如加上自我分析能力部分，它就

有着非常明显的社会效益与经济效益，主要体现在以下几个方面:临床诊断、早期诊断、

同步监测、指导用药、中医脉象原理的研究。

本课题结合理论研究和具体实践的基础上，对于嵌入式脉搏检测系统的硬、软件和

算法作了一些有意义的研究和探讨，提出了一种新的脉搏检测和分析的系统方案。即采

用前端嵌入式+后端系统的结构，前端嵌入式系统负责脉搏信号的采集与初步处理，后

端系统进行显示。前端和后端系统通过无线收发模块 CC1100 进行通讯。

整个监控系统采用无线收发模块与最小系统，这样传递速度快，系统结构也简单。

被监控点实时采集的数据通过无线网络通信及时地传输给上位机的 PC 机，实时动态地

反映被监测点的情况。

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