陈松碧毕都业论文.doc

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1、 JIANGXI NORMAL UNIVERSITY 题目：运动员心率无线检测系统的设计题目：运动员心率无线检测系统的设计 Title: Athletes Heart Rate Wireless Detection System 院系名称：物理与通信电子学院 学生姓名：陈松碧 学生学号： 专 业：电子信息工程 指导老师： 完成时间：2011 年 4 月 声 明 本人郑重声明： 所呈交的毕业设计（论文）是本人在指导教师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。其中除加以标注和致谢的地方，以及法律规 定允许的之外，不包含其他人已经发表或撰写完成并以某种方式公开 过的研究成果，也不包含为获得其他教育机

2、构的学位或证书而作的材 料。其他同志对本研究所做的任何贡献均已在文中作了明确的说明并 表示谢意。 本毕业设计（论文）成果是本人在江西师范大学读书期间在指导 教师指导下取得的，成果归江西师范大学所有。 特此声明。 声明人（毕业设计（论文）作者）学号： 声明人（毕业设计（论文）作者）签名： 签名日期： 年 月 日 I 摘 要 运动员心率，即运动员在运动时保持的心率1状态。不管是有氧运动，还 是无氧运动，都有一个合适的心率才能达到较佳的训练效果。保持最佳运动心 率对运动员的训练效果和安全都很重要。如果心率过高，会对身体健康不利， 导致恶心、头晕、胸闷；心率低对身体没有危害，但是锻炼效果不好。 本设计

3、以 AT89S52 单片机为核心，由心率传感器，信号处理电路， NRF24L01 无线模块，显示模块和上位机等组成的一个运动员心率无线检测系 统。该系统可以实现对运动员心率检测，检测误差在2 次/每分钟，心率值在 前端由数码管显示方便运动员自己观察，由 Labview 编写的上位机程序能对运 动员的心率值进行保存并且显示心率变化曲线方便观察运动员的心率波动情况， 而且无线模块的发送距离在空旷的地方能达到 50 米以上。 关键词： AT89S52；运动员心率；NRF24L01；Labview。 I Abstract Athletes heart rate, that athletes heart

4、 rate during exercise to maintain condition. Either aerobic exercise or anaerobic exercise, there is an appropriate training heart rate in order to achieve better results. Maintain optimal exercise heart rate training for effectiveness and safety of athletes is important, if heart rate is too high,

5、will health disadvantage, leading to nausea, dizziness, chest tightness, heart rate does no harm, but the exercise is not effective. The design of the AT89S52 microcontroller as the core, the heart rate sensors, signal processing circuit, NRF24L01 wireless module, display module and the host compute

6、r and other components of an athlete heart rate wireless detection system. The system can detect the heart rate of athletes testing error of 2 beats / min, heart rate values in front of athletes from the digital display to facilitate their observation by the host computer program written in Labview

7、can save athletes heart rate and displays the heart rate Curve to facilitate the observation athletes heart rate fluctuations, and sent from the wireless module in the open areas can reach 50 meters or more. Key words: AT89S52; Athletes heart rate; NRF24L01; Labview. 目 录 摘 要I Abstract.II 1 引言1 2 设计要

8、求1 3 总体方案设计 3.1 4 方案论证2 4.1 传感器选择2 4.2 无线模块 2 5 系统硬件电路设计 3 5.1 单片机最小系统 3 5.1.1 单片机 AT89S523 5.1.2 单片机 AT89S52 最小系统 .4 5.2 显示电路 5 5.3 无线模块电路 6 5.3.1 NRF24L01 简介.6 5.3.2 SPI 协议7 5.3.3 NRF24L01 时序.7 5.4 串口模块电路 8 5.4.1 串口芯片 MAX232128 5.4.2 串口电路 .8 5.5 电源模块电路 9 5.5.1 正 5V 电源模块 9 5.5.2 LM317 稳压模块9 6 软件程序设

9、计.10 6.1 单片机程序设计 .10 6.2 上位机程序设计 .13 6.2.1 VISA 配置串口14 6.2.2 读串口数据.14 6.2.3 心率测量.15 6.2.4 Excel 文件生成程序.15 6.2.5 心率值保存程序.16 7 程序仿真.16 7.1 心率信号的测量与显示仿真 .16 7.2 单片机模拟 SPI 协议时序仿真 .17 7.3 串口发送仿真 .18 8 设计系统的调试结果与数据分析 .18 9 结束语.20 参考文献.21 附录一：电路图.22 附录二：Labview 整体程序图 .24 附录三：源程序.25 1 1 引言 心率作为自主神经在窦房2结水平相互

10、作用的反应，它与人体心脏功能和 状态密切相关，近年来在医学和运动医学领域受到广泛关注。在医学领域中监 测心率主要的手段是通过心电监护仪，而运动医学中是采用腕式心率表或心率 计。前者适用于静态状态的患者，后者则适用于运动员自身去观看。因此如果 要实时监测处于运动中人体心率信号，这两种方法都不适用。 为了使医生或教练员能够实时监测运动中的患者或运动员的心率信号，研 制一种运动员心率无线检测系统就非常有必要了。 2 设计要求 运动员心率远程无线检测系统的设计，基本要求如下： 1、 心率误差：-2+2 次/每分钟; 2、 心率值前端由数码管显示； 3、 要求上位机能显示接收心率值； 4、 发射距离大于

11、 50 米； 3 总体方案设计 3 根据设计要求，本系统的总体设计系统框图如图 1 所示，主要包括传感器 模块，信号处理，单片机，显示模块，无线模块，串口模块，上位机。首先用 传感器对运动员心率信号进行采集，然后经过信号处理后用单片机进行计数， 计数完成后，单片机控制显示模块对心率值进行显示，并且将心率值通过无线 模块进行发送；远端单片机无线模块对心率值进行接收，接收完成后通过串口 模块将心率数据传送给上位机，上位机对接收到的数据进行显示和保存。 传感器模块 单片机 无线模块 信号处理 显示模块 单片机 无线模块 串口模块 5v 电源模块 可调电源模块 上位机 可调电源模块 5v 电源模块 图

12、 1 系统框图 2 4 方案论证 4.1 传感器选择 现阶段应用的心率传感器456种类繁多，性能各异，根据其工作原理主 要可分为三种：一种是通过感受脉动处分压力的变化而描述脉搏图，即压力式 脉搏传感器；另一种则是通过感受脉管容积的变化来描述脉象，即光电式脉搏 传感器；第三种是通过感受人体生物电的变化来描述脉象，即心电电极。 由于本设计是为了对运动员的心率进行测量，所以光电式脉搏传感器在本 设计中首先被排除，因为光电式脉搏传感器的干扰比较大，而且光电式传感器 不便于佩戴，其次由于心电电极对运动员的心率进行测量，测量过程中运动员 会分泌大量的汗液，电极的佩戴也不方便，而且目前市场上的心电电极多为一

13、 次性的，并不是十分方便使用，而且人体的生物电要对多点进行检测才能获得 较准确的脉搏信号，所以本设计采用压电式脉搏传感器。 经过实验效果分析和比对，本设计选用了 HK-2000A7集成化数字脉搏传感 器。该传感器使用了新型的高分子聚合物传感材料 PVDF，具有很好的压电特性 和很好的仿生特性，与人体组织的阻抗耦合性好，能紧贴皮肤，灵敏度高。采 用高度集成化工艺将力敏元件(PVDF 压电膜)、灵敏度温度补偿元件、感温元件、 信号调理电路集成在传感器内。压电式原理采集信号，模拟信号输出，输出同 步于脉搏波动的脉冲信号，脉搏波动一次输出一正脉冲，方便后续的信号处理。 4.2 无线模块 现阶段生活中很

14、多地方都要用到无线传输，无线传输模块非常的多。根据 其原理可以分为两套方案： 方案一:蓝牙模块8 蓝牙工作于 2.4GHZ 的全球通用 ISM(工业,科学,医学)频段, 以保证蓝牙在全世 界范围内的运用. 蓝牙系统的天线发射功率符合 FCC 关于 ISM 波段的要求 0dBm。系统的最大跳频速率为 1600 跳/秒，在 2.402GHz 到 2.480GHz 之间，采 用 79 个 1MHZ 带宽的频点。系统设计的通信距离为 10 米（0db） ，如果增加发射 功率（20DB） ，这一距离也可以达到 100 米。 方案二: 2.4G 无线模9 2.4G 无线模块工作在全球免申请 ISM 频道

15、2400M-2483M 范围内，实现开机自动 扫频功能，共有 50 个工作信道，可以同时供 50 个用户在同一场合同时工作， 3 无需使用者人工协调、配置信道。同时，可以根据成本考虑，选择 50 米内、 150 米、600 米多种类型无线模块。接收单元和遥控器单元具有 1 键自动对码 功能，数字地址编码，容量大，避免地址重复。 蓝牙模块和 2.4G 无线模块都是以 2.4G 为载波，但是两者的区别在于两者 采用的协议不同。但是相对来说 2.4G 无线模块的功耗更低，在相同的传输距离 的情况下 2.4G 模块的价格也更低，传输质量上两者都差不多，但是蓝牙是有专 利的，生产蓝牙产品需要进行付费。综

16、上所述本设计选用 2.4G 无线模块实现心 率值的无线传输。 5 系统硬件电路设计 硬件电路的设计主要包括单片机最小系统及显示电路、无线模块、串口模 块和电源电路五部分。单片机采用 AT89S52 或其兼容系列，现场测量部分采用 12MHz 高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差，远端使用 11.0592MHz 高精度晶振，以获的稳定的波特率，减少误差。显示电路采用简单 实用的三位一体 LED 数码管。无线模块使用 NRF24L0110模块。串口模块电路使 用 MAX232 实现电平转换。 5.1 单片机最小系统 5.1.1 单片机 AT89S52 主要性能： （1） 与 MCS-5

17、1 单片机产品兼容 （2） 8K 字节在系统可编程 Flash 存储器 （3） 1000 次擦写周期 （4）全静态操作：0Hz33Hz （5） 三级加密程序存储器 （6） 32 个可编程 I/O 口线 （7） 三个 16 位定时器/计数器 （8） 八个中断源 （9） 全双工 UART 串行通道 （10）低功耗空闲和掉电模式 （11）掉电后中断可唤醒 （12） 看门狗定时器 （13）双数据指针 4 （14）掉电标识符 功能特性描述： AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系统可编 程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，

18、与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程， 亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口 线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工

19、作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复 位为止.AT89S52 的引脚结构如图 2 所示。 图 2 AT89S52 的引脚结构 5.1.2 单片机 AT89S52 最小系统 AT89S52 是片内有 EPROM 的单片机。因此，用这种芯片构成的最小系统简 单、可靠。用 AT89S52 单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电 5 路和复位电路以及扩展的简单 I/O 口即可，如图 3 所示。由于受集成度、片内 功能的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点为：有 可

20、供用户使用的较多的 I/O 口线。由于不需要扩展外部存储器，EA 应接高电平， P0、P1、P2、P3 均作为用户 I/O 口使用。内部存储器容量有限。 应用系统开发具有特殊性。如 AT89S52 的应用软件须依靠半导体厂家用半 导体掩膜技术置入，故 AT89S52 应用系统一般用作大批量生产的应用系统。另 外，P0、P2 口的应用与开发环境差别较大。 P1.0/T2 1 P1.1/T2EX 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 R ST 9 P3.0/R xD 10 P3.1/TxD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13

21、P3.4/T0 14 P3.5/T1 15 P3.6/W R 16 P3.7/R D 17 XTAL2 18 XTAL1 19 VSS 20 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 P2.7/A15 28 PSEN 29 ALE 30 EA/VPP 31 P0.7/AD7 32 P0.6/AD6 33 P0.5/AD5 34 P0.4/AD4 35 P0.3/AD3 36 P0.2/AD2 37 P0.1/AD1 38 P0.0/AD0 39 VC C 40 U1 P80

22、C 31SB PN 30pF C 3 30pF C 1 12 Y1 XTAL GND VC C GND 1 2 3 4 5 6 7 8 P2 1 2 3 4 5 6 7 8 P3 Header 8 1 2 3 4 5 6 7 8 P5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 P1 10K R 2 10uF C 2 VC C GND S5 1 2 3 4 5 6 7 8 P4 VC C 1 2 P7 Header 2 GND VC C GND VC C R EST 图 3 单片机最小系统原理图 5.2 显示电路 LED 采用 3 位一体 8 段共阴数码管。该数码管具有显示清晰，稳定可靠， 接口电路简

23、单，控制简单等优点。AT89S52 通过 P0.0P0.7 与 LED 连接控制段 选，然后通过另外三个 I/O 引脚控制位选.图 4 为数码管引脚图。 6 e 1 d 2 dp 3 c 4 g 5 NC 6 b 7 1 8 2 9 f 10 a 11 3 12 ab cddpe f g 123 图 4 数码管引脚图 5.3 无线模块电路 无线模块采用挪威 NORDIC 公司的 NRF24L01，无线模块电路图如图 5 所 示。 C E 1 C S N 2 S C K 3 M OS I 4 M IS O 5 IRQ 6 VDD 7 VSS 8 XC2 9 XC1 10 VDD_PA 11 AN

24、T1 12 ANT2 13 VS S 14 VDD 15 IREF 16 VSS 17 VDD 18 DVDD 19 VSS 20 U1 NR F 24L01 C 8 1nF C 4 4.7pF C 9 10nF C 5 15pF C 7 33nF C 6 1.5pF C 3 2.2nF C 2 22pF C 1 22pF R 2 22K R 1 1M L2 2.3nH L3 7.9nH L1 12nH X1 16M C E C S N S C K M OS I M IS O IR Q VC C 50ohm,RFI/O VC C 1 2 3 4 5 6 7 8 J1 C ON8 VC C C

25、E C S N S C K M OS I M IS O IR Q 1 2 J2 C ON2 图 5 无线模块电路图 5.3.1 NRF24L01 简介 2.4G 无线收发 IC 设计的一款高性能 2.4G 无线收发模块，采用 GFSK 调制， 工作在 24002483M 的国际通用 ISM 频段，最高调制速率可达 2MBPS。24L01 集成了所有与 RF 协议相关的高速信号处理部分，自动重发丢失数据包和自动 7 产生应答信号等，模块的 SPI11 接口可以利用单片机的硬件 SPI 口连接或用 单片机的 I/O 口进行模拟，内部有 FIFO 可以与各种高低速微处理器接口，便 于使用低成本单片机

26、。NRF24L01 模块的引脚图如图 6 所示。NRF24L01 工作方式 有四种分别是：收发模式，配置模式，空闲模式，关机模式。 图 6 NRF24L01 模块的引脚图 5.3.2 SPI 协议 SPI 是英语 Serial Peripheral Interface 的缩写，顾名思义就是串行外 围设备接口。SPI 是一种高速的，全双工，同步的通信，并且在芯片的管脚上 只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为 PCB 的布局上节省空间，提供方便。 SPI 是一个环形总线结构，由 SS(CS)、SCK、SDI、SDO 构成，其时序其实 很简单，主要是在 SCK 的控制下，两个双向移位寄存器进行数据

27、交换。 上升 沿发送、下降沿接收、高位先发送。 上升沿到来的时候，SDO 上的电平将被 发送到从设备的寄存器中。下降沿到来的时候，SDI 上的电平将被接收到主设 备的寄存器中。 5.3.3 NRF24L01 时序 如图 7 和如图 8 所示分别是读操作和写操作 8 图 7 读操作 图 8 写操作 5.4 串口模块电路 5.4.1 串口芯片 MAX23212 MAX232 是美信公司专门为电脑的 RS232 标准串口设计的单电源电平转换芯 片，使用+5V 单电源供电。片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产 生+10V 和-10V 电压 V+、V- 。功耗低，典型供电电流 5mA， 内部集成

28、 2 个 RS- 232C 驱动器，内部集成两个 RS-232C 接收器。MAX232 引脚图如图 9 所示。 图 9 MAX232 引脚图 9 5.4.2 串口电路 MAXIM 公司的 MAX232 接收/发送器是 MAXIM 公司特别为满足 EIA/TEA2232 的标准而设计的，它们具有功耗低，工作电源为单电源，外接电容仅为 0.1uF 或 1uF 的电容，其价格低，可在一般需要串行通信的系统中使用。MAX232 引脚 C1+与 C1-、C2+与 C2-、V+与 VCC、V-与 GND 之间的 4 个 0.1uF 的电容不可缺少， 一般选用陶瓷介质的电容。 MAX232 可以用作单片机和

29、单片机之间、单片机和 PC 机串口之间的符合 RS232 串行接口电路。只要将待进行串行传输的设备的发送和接收端相应的接 上，编程即可。MAX232 电路图如图 10 所示。 C 1+ 1 VDD 2 C 1- 3 C 2+ 4 C 2- 5 VEE 6 T2OUT 7 R 2IN 8 R 2OUT 9 T2IN 10 T1IN 11 R 1OUT 12 R 1IN 13 T1OUT 14 GND 15 VC C 16 U2 M AX232AC PE 104 C 4 104 C 6 104 C 7 104 C 5 GND VC C 2 3 P3.1 P3.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

30、 J? D C onnector 9 图 10 MAX232 电路图 5.5 电源模块电路 5.5.1 正 5V 电源模块 选择 7805 稳压芯片制作 5V 电源。如图 11 所示为电源模块图。 1000uF C 31 C ap 220uF C 32 C ap D5 LED0 300 R 10 1 2 P12 Header 2H D6 B ridge1 Uin IN 1 2 OUT 3 GND U7 LM 7805 图 11 电源模块图 10 5.5.2 LM317 稳压模块 LM317 13是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。LM317 的 输出电压范围是 1.2V 至 37V

31、，负载电流最大为 1.5A。它的使用非常简单，仅需 两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的 固定稳压器好。LM317 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。可调整 输出电压低到 1.2V。保证 1.5A 输出电流。典型线性调整率 0.01%。典型负载 调整率 0.1%。80dB 纹波抑制比。输出短路保护。过流、过热保护。调整管安 全工作区保护。标准三端晶体管封装。其封装形式如图 12 所示，LM317 可调电 源电路图如图 13 所示。 图 12 LM317 封装图 D2 B ridge1 Uin 1000uF C 29 C ap 220uF C 30 C a

32、p D4 LED0 300 R 8 1 2 P11 Header 2H IN 3 1 OUT 2 ADJ U6LM 317 240 R 6 4.7k R 9 D3 D1 图 13 LM317 可调电源模块图 11 6 软件程序设计 6.1 单片机程序设计 软件设计思想：采用模块化的分层次设计方法，将软件系统功能由多个实 现单一功能的子程序实现。通过调用不同的子程序，实现了复杂功能控制。这 样便于调试、修改和移植。 由于本设计采用单片机控制，软件设计程序编写是用 C 语言来完成。其中 主程序部分主要完成调用子程序。系统的初始化，中断方式的设置，开中断， 存储单元的清零等，数码管的显示，无线模块发

33、送，延时等均由相应的子程序 来完成。软件编程是实现多功能、智能化、操作方便的关键。在本设计中，可 以把子程序的各部分相互结合起来，达到设计所要求各项的功能。 （1）主程序 1 主要完成定时器 0 初始化功能，无线模块初始化，LED 显示 的初始化，发送心率等。程序流程图如图 14 所示 （2）定时器 0 中断服务程序设计。定时器 0 完成计时功能，定时 50ms， 进行定时中断计数并每隔 5s 更新一次显示数据。程序流程图如图 15 所示 （3）无线模块发送初始化程序主要是完成无线模块发送的初始化是无线模 块工作在发送模式。流程图如图 16 所示 （4）外部中断 0 程序主要是完成计数功能，流

34、程图如图 17 所示 （5）主程序 2 主要完初始化无线模块，初始化串口，启动无线接收模式， 接收心率和串口发送心率程序流程图如图 18 所示 （6）无线模块接收初始化程序主要是完成无线模块接收的初始化使无线模 块处于接收模式。流程图如图 19 所示 12 开始 定时器 0 初始化 初始化无线模块 更新心率 显示心率 发送心率完成否？ Y N 图 14 发送程序流程图 保护现场 置 T0 定时初值 中断计数器 second+ Second 清零，将 number 赋值给 speed 恢复现场 中断返回 Second=100 次？ 图 15 定时器 0 程序流程图 Y N 13 图 16 无线模

35、块发送初始 化程序流程图 写 Tx 节点的地址 使能 AUTO ACK 使能 PIPE 0 选择通信频率 配置发射参数 选择通道 0 有效数据宽度 配置 24L01 的基本参数及切换工作模式 开始 写 Rx 节点的地址 配置自动重发次数 结束 保护现场 外部中断 0 计数标志 number+ 恢复现场 中断返回 图 17 外部中断 0 程序 流程图 14 开始 初始化无线模块 初始化串口 0 无线模块设置为接收模式 接收心率完成否？ N 图 18 接收程序流程图 图 19 无线模块接收初 始化程序流程图 串口发送心率值完 成否？ N Y Y 写 Rx 节点的地址 使能 AUTO ACK 使能

36、PIPE 0 选择通信频率 选择通道 0 有效数据宽度 配置发射参数 配置 24L01 的基本参数及切换工作模式 开始 结束 6.2 上位机程序设计 上位机软件的编写采用的是目前工业控制中使用较多的 Labview14软件进 行编写的。该上位机设计能对串口接收到的心率值进行显示和保存。上位机的 显示界面如图 20 所示。 15 图 20 上位机界面图 6.2.1 VISA 配置串口 首先需要调用 VISA Configure Serial Port 完成串口参数的设置，包括串 口资源分配、波特率、数据位、停止位、校验位和流控等等。 VISA Configure Serial Port 各参数意

37、义如图 21 所示。 图 21 串口配置图 6.2.2 读串口数据 读取串口收到的数据四个为一组如果收到的数据的第一字节不为 49，第四 字节不为 52 则舍弃该数据。程序图如图 22 所示。 16 图 22 读串口数据程序图 6.2.3 心率测量 将数据的第二字节放大 100 倍加上第三字节数据通过波形图进行心率值的 显示，如图 23 所示。 图 23 波形显示程序图 6.2.4 Excel 文件生成程序 要将从串口接收到的数据保存到 Excel 中需要创建和打开 Excel，程序图 17 如图 24 所示。 图 24 Excel 文件生成程序图 6.2. .5 心率值保存程序 在生成的 E

38、xcel 中将每秒的心率值进行保存，方便历史数据的使用和查阅。 程序如图 25 所示。 图 25 心率值保存程序图 7 程序仿真 仿真主要包括心率信号的测量、显示和无线模块 SPI 协议时序仿真，串口 发送仿真。 7.1 心率信号的测量与显示仿真 将发送部分的程序生成的 Hex 文件烧录到单片机中，然后在外部中断 0 口 输入一个频率为 100Hz 的方波信号，进行仿真，得到的结果如图 26 所示。 18 图 26 心率信号的测量、显示仿真图 7.2 单片机模拟 SPI 协议时序仿真 为了验证单片机产生的 SPI 信号的正确性，将模拟口的信号全部用 Proteus 的 Digital Anal

39、ysis 进行观察。当 CE 片选信号使能的情况下控制信 号才有效。一个字节的数据在 8 个 SCK 信号周期下发送完成。与实际的 SPI 协 议一致。 19 图 27 单片机模拟 SPI 协议时序仿真 7.3 串口发送仿真 将接收端的程序生成的 Hex 文件添加到单片机中，观察接收端发送出来的 数据。因为我设置的是接收端数据一开始为 31 00 00 34 所以在 Virtual Terminal 中显示的为 1 4，其之间的 0 不能进行显示。仿真图形如图 28 所示。 图 28 串口发送仿真图 8 设计系统的调试结果与数据分析 将接收端和发送端的程序分别烧录进两个单片机，将电路按设计原理

40、图接 好，由于 HK-2000A 传感器没有买回来，所以频率发生器来模拟心率信号，将所 有的东西连接好后启动电源和上位机界面，上位机的界面对心率值进行显示。 如图 29 所示。 根据测试结果，采用 NRF24L01 的无线心率测量系统在有障碍物（寝室）能 达到的距离为 15 米左右，在空旷的地方能传输的距离为 65 米左右。心率计能 够在前端对数据进行显示，并且可以将数据发送到上位机进行显示和保存。由 于传感器模块为集成的，是整形后的，输出直接为方波信号，所以没有进行测 试。心率测量的测量误差没有测量。 20 图 29 上位机界面图 21 9 结束语 这次毕业设计过程中综合了所学的数字电路，模

41、拟电路，单片机，C 语言 对单片机编程，对大学所学的知识起了一个很好的巩固作用，同时也应用到了 Protell 99 软件画图和 ISIS Profressional 软件仿真，仿真的结果还比较的 准确，但是实物却没有完全实现功能。这此过程中认识到自己的知识面太狭小， 也许是自己制作的实品太少了，对一些芯片的了解甚少，今后在工作中一定要 补充这块。同时也认识到理论和实践的差别，通过实际制作更能了解到一些模 块电路和芯片的功能，特别是检查电路时，让自己对电路有更深的了解。 撰写论文时，也让自己认识到做每件事都应认真对待，要规范、严谨。 22 参考文献参考文献 1 吴杰.心率变异性分析的标准化问题

42、. http:/www.tech- 2 吕虎 华萍.探索人体奥秘.科学出版社,2008:118-132. 3 包旭鹤便携式电子血压计设计J现代电子技术，2007，(8)：7-9 4 王家庆脉搏信号处理方法研究与脉搏测量系统设计D北京工业大学硕 士学位论文，2006：12 5 罗志昌，张松，杨益民脉搏波的工程分析与临床应用M北京：科学出 版社，2006：1-2，105 一 106，108109 6 姜斌 宋蜇存 于鹏脉象传感器的发展概况J科技资讯，2007，(5)： 22 7 HK-2000 系列集成化脉搏传感器EB/OL合肥华科电子技术研究所，2004. 8 蓝牙模块.http:/ 9 2.4

43、G 无线模块.http:/ 10 NRF24l01 中文料.http:/ 11 周立功.ARM 嵌入式系统基础教程.北京航空航天大学出版社.2008:237- 248 12 MAX232 中文资料.http:/ 13 王港元.电工电子实践指导M.江西科学技术出版社，2005 14 刘君华.基于 LabVIEW 的虚拟仪器设计M.北京：电子工业出版社，2003 15 Gaey Wendt E,Klaus K W.A new type of hydraulic actuator using electrorheological fluidsJ.InternationalJ Modern Physi

44、cs B,1999(14):2 176. 16 Gary W.Johnson，Richard Jennings. Graphical Programming,2011. 23 附录一：电路图 P1.0/T2 1 P1.1/T2EX 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 R ST 9 P3.0/R xD 10 P3.1/TxD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.5/T1 15 P3.6/W R 16 P3.7/R D 17 XTAL2 18 XTAL1 19 VSS 20 P2.0/A8 21

45、P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 P2.7/A15 28 PSEN 29 ALE 30 EA/VPP 31 P0.7/AD7 32 P0.6/AD6 33 P0.5/AD5 34 P0.4/AD4 35 P0.3/AD3 36 P0.2/AD2 37 P0.1/AD1 38 P0.0/AD0 39 VC C 40 U1 P80C 31SB PN 30pF C 4 30pF C 1 12 Y1 XTAL GND VC C GND 1 2 3 4 5 6 7 8 P3 1 2 3 4 5 6

46、 7 8 P5 Header 8 1 2 3 4 5 6 7 8 P8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 P1 10K R 1 10uF C 2 VC C GND S1 1 2 3 4 5 6 7 8 P6 VC C R EST C E 1 C SN 2 SC K 3 M OSI 4 M ISO 5 IRQ 6 VDD 7 VSS 8 XC2 9 XC1 10 VDD_PA 11 ANT1 12 ANT2 13 VSS 14 VDD 15 IREF 16 VSS 17 VDD 18 DVDD 19 VSS 20 U4 NR F24L01 C 12 1nF C 22 4.7pF C 11 10

47、nF C 13 15pF C 9 33nF C 14 1.5pF C 21 2.2nF C 24 22pF C 23 22pF R 3 22K R 5 1M L3 2.3nH L1 7.9nH L2 12nH X1 16M C E C SN SC K M OSI M ISO IR Q VC C 50ohm,RFI/O VC C 1 2 3 4 5 6 7 8 J2 C ON8 VC C C E C SN SC K M OSI M ISO IR Q 1 2 J3 C ON2 C 1+ 1 VDD 2 C 1- 3 C 2+ 4 C 2- 5 VEE 6 T2OUT 7 R 2IN 8 R 2OU

48、T 9 T2IN 10 T1IN 11 R 1OUT 12 R 1IN 13 T1OUT 14 GND 15 VC C 16 U3 M AX232AC PE 104 C 7 104 C 10 104 C 15 104 C 8 GND VC C 2 3 P3.1 P3.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 J1 D C onnector 9 D2 B ridge1 Uin 1000uF C 29 C ap 220uF C 30 C ap D4 LED0 300 R 8 1 2 P11 Header 2H IN 3 1 OUT 2 ADJ U6LM 317 240 R 6 4.7k R 9 D3 D1 图 30 接收电路电路图 24 P1.0/T2 1 P1.1/T2EX 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 R ST 9 P3.0/R xD 10 P3.1/TxD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.5/T1 15 P3.6/W R 16 P3.7/R D 17 XTAL2 18 XTAL1 19 VSS 20 P2.0/A8 21 P2.1/A