心率监控及反馈系统 终稿.doc

第四届“含弘杯”学生课外学术科技作品竞赛 心率监控及反馈系统 作品类别： 科技发明制作 信息技术类 二〇一四年十月 目录 目录 1 摘要 1 关键词 1 一、 前言 1 二、 工作原理 1 1、 硬件部分 1 1.1 信号采集模块 2 1.2数据处理模块 3 1.3 人机交互模块 3 1.4 数据传输模块 3 1.5 数据存储模块 4 1.6 报警模块 4 1.7 数据接收模块 5 2、 软件设计部分 5 2.1 心率采集算法原理及相关C语言程序 5 2.1.1 心率采集算法原理 5 2.1.2 心率采集算法相关C语言程序 7 2.2 程序代码（见附录） 8 三、测试方法与误差分析 8 1、测试方法 9 2、误差分析 9 四、市场应用及价值 11 五、作品实际图片 11 参考文献 12 附录： 13 摘要：心率一项能够比较准确反映人体身体状况的生理指标，通过对心率数值的连续测量来获得准确而客观的数据分析，同时通过模块化的设计将相关的数据进行智能化分析存入SD卡中，同时通过NRF2401A模块或GSM 模块进行数据的传输，有效地提高了心率测量仪器的应用范围和分析的准确性。 关键词：心率测定 MSP430单片机 NRF2401A模块 GSM模块 前言 随着人们生活水平的提高，人们对于健康的关注程度也在逐渐上升。我国的医疗设备市场存在着很大的发展空间，拥有巨大的市场潜力。心率是指心脏每分钟跳动的次数， 工作原理 硬件部分 硬件部分采用了模块化的设计方案，通过不同的模块与基础测量部分的搭配，从而达到扩展功能的目的。硬件部分分为信号采集模块、数据处理模块、人机交互模块、数据传输模块、数据存储模块、报警模块、数据接收模块七个部分。信号采集模块将采集到的信号输入到MSP430单片机中，然后经过单片机的处理，显示在屏幕上，同时将数据存储进SD卡中。在安装数据传输模块后可以选择将数据通过NRF2401A模块或GSM模块进行传输，一旦心率超出正常范围，报警模块将开始工作，同时将报警信息通过数据传送模块发送到数据接收端。系统框图如图一所示： 图一 系统框图 1.1 信号采集模块 信号采集模块采用的是PulseSensor生物传感器。该传感器采用光电容积法来测量。当光束透过人体外周血管，由于动脉搏动充血容积变化导致这束光的透光率发生改变，此时由光电变换器接收经人体组织反射的光线，转变为电信号并将其放大和输出。 图二 传感器波形图 1.2数据处理模块 数据处理模块选择的是德州仪器生产的MSP430单片机，其工作速度快，片内存储空间大，同时具备64个通用IO口，具备优良的数据处理和控制性能。将PulseSensor传感器采集到的数据进行处理后再传输给下一级硬件部分。下图为MSP430单片机： 图三 MSP430单片机 1.3 人机交互模块 人机交互模块采用的了10.1英寸的TFT触摸彩屏，同时对控制部分进行优化。通过运用工业化集成屏幕，使用触摸进行操作，使系统操作更加便捷。大屏幕增强了图形显示的效果，使人机交互的功能得到增强。 1.4 数据传输模块 为了适应不同的数据传输需求，数据传输模块采用了两种方式。 近距离的数据传输采用NRF2401A无线传输模块。该模块能够工作在2.4~2.5GHZ的公共频段，工作晶振为16MHZ，采用3.3V电压供电，分为配置模式，直接发送模式，突发模式等多种模式，该模块选择的是突发模式，在该模式下无线通信模块可以直接将从单片机获得的8位二进制数据传送给同一频段的接收端，空旷地区实测传输距离可达400米，接收端再将8位数据校验完成后输出。 图四 NRF2401A无线传输模块原理图 远距离的数据传输采用华为的GTM900 GSM\GPRS通信模块，其能够在接收到MSP430传递的数据后通过2G网络将数据以短信的形式发送到绑定的手机，工作性能稳定。 1.5 数据存储模块 在数据存储模块部分采用的是大容量SD卡存储设备。其通过SPI总线与MSP430单片机相连，在数据采集后能够迅速完成数据的存入和读取，同时体积较小，具备极高的兼容性，方便数据的转移。同时扩大了数据的存储空间和存储效果。 1.6 报警模块 报警模块采用了蜂鸣器和屏幕共同工作的方式。当报警模块工作时，蜂鸣器开始工作同时屏幕开始间歇性点亮熄灭，从而起到发出警报的效果。 1.7 数据接收模块 在远距离数据传输中，采用手机作为数据接收端；在近距离的数据传输中，由于使用了NRF2401A无线通信模块，所以接收端采用了相同的通信模块和STC89C52RC单片机来构成，其能够将接收到的数据显示在LCD1602的屏幕上，同时在发送端发出警报信号时，在接收端的蜂鸣器工作进行报