导言
当今社会人们越来越重视医疗卫生和保健，敬老院、校园、部队等团体单位体检时，身高、体重、心率、肺活量等根本生理参数的丈量大多是分隔进行或部分合在一起丈量，而且这些丈量仪器体积较大、操作繁琐且精度不行，在很大程度上浪费了人力、物力、财力和体检时刻。因而，有必要运用现在老练的电子技术，运用微控制器强壮的运算、处理和控制才能，规划一款低功耗归纳性的丈量仪。
本文选用MSP430F5529单片机作为主控制器，运用各个生理参数丈量传感器
，提出了一种低功耗归纳体质丈量仪的规划方案。
1 体系整体硬件规划
作为外表类规划，体系的丈量精度和功耗是首要考虑的要素，因而选用了MSP430F5529单片机和相应高精度低功耗器材。
体系硬件结构框图如图1所示。
1.1 主控制器
MSP430F5529是一个16位的单片机，选用了精简指令集(RISC)结构，具有丰厚的寻址办法(7种源操作数寻址、4种意图操作数寻址)，简练的27条内核指令以及很多的模仿指令;很多的寄存器以及片内数据存储器都可参与多种运算;具有高效的查表处理指令，这些特色确保了
单片机可编制出高效率的源程序。其能在25 MHz晶振的驱动下，完成40 ns的指令周期。16位的数据宽度、40 ns的指令周期以及多功用的硬件乘法器(能完成乘加运算)相配合，能完成数字信号处理的某些算法(如FFT等)，内部具有12位的A/D转化器，速度快、精度高。它在下降芯片的电源电压和灵敏可控的运转时钟方面规划超卓，具有超低功耗。
1.2 身高检测模块
身高检测模块选用WF20D电阻式位移传感器，独立线性公役为精密级±0.1%，拉线长度为1000 mm，外形细巧、坚固耐用、装置便利，经过该传感器能够将身高物理量转化成电阻值。电路原理如图2所示，运用稳压管TL431产生2.5 V基准电压给拉线电位器供电，一起接入单片机A/D转化器通道1，拉线电位器输出端接一跟从器之后，再经过RC低通滤波电路接入单片机A/D转化器通道2，这样规划有助于消除A/D转化器的转化差错并可有用按捺温漂，在接下来的软件规划中会有身高丈量值的详细核算办法。
1.3 体重检测模块
体重检测模块的传感器为HX—Z系列双孔悬梁办法压力传感器，其量程为200 kg，精度为0.01 kg，差错±0.05kg。该传感器精度高、结构简略紧凑、抗偏载才能强。
为了进步丈量精度，运用外置24位A/D转化电路HX711，HX711是一款专为高精度电子秤而规划的24位A/D转化器芯片，集成了包含稳压电源、片内时钟振荡器等外围电路以及低噪声可编程扩大器，具有集成度高、呼应速度快、抗干扰性强等长处，下降了丈量仪的整机本钱，
进步了整机的功用和可靠性。规划中经过编程设置扩大倍数为64，对应的满额度差分输入信号幅值别离为±40 mV。芯片内供给的稳压电源能够直接为外部传感器和芯片内的A/D转化器供给电源，体系板上无需别的的模仿电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器材，上电主动复位功用简化了开机的初始化进程，芯片与MCU经过I2C总线串行通讯，接口简略便利。体重检测模块电路图如图3所示。
1.4 肺活量检测模块
肺活量检测模块选用高精度MPX系列硅压力传感器MPX5010，MPX系列是电压输出型压力变送器模块，选用压力传感器作为灵敏元件并集成了数字调度芯片，对传感器的偏移、灵敏度、温漂和非线性进行数字补偿。其内部集成了信号扩大电路，传感器测压规模为0～10 kPa，满量程电压为5 V，具有集成度高、体积小、精度高、抗干扰才能强、功耗低、温度规模宽等杰出特性。选用MSP430内部12位A/D转化器进行采样，对气体活动压力进行软件积分即可丈量出人体呼气的流量，经过标定然后核算出人体肺活量。
1.5 心率检测模块
心率检测选用HKG—07系列传感器，该传感器运用红外线检测，因为心脏跳动而引起的手指尖内微血管容积产生的改变，经过信号扩大、调度、整形输出同步于脉息跳动的脉冲信号(如图4所示)，经过单片机简略核算即可得到心率数值。该产品选用高度集成化工艺，将力敏元件(PVDF压电膜)、灵敏度温度补偿元件、感温元件、信号调度电路集成在传感器内首要用于临床上心率的计数、监测等。
1.6 实时日历时刻模块
选用美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电才能的低功耗实时时钟芯片DS1302。它能够对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功用。首要特色是选用串行数据传输，可为掉电维护电源供给可编程的充电功用，而且能够封闭充电功用。选用一般32.768 kHz晶振，作业电压为2.5～5.5 V，选用三线接口与CPU进行同步通讯，并可选用突发办法一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性寄存数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的晋级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，一起供给了对后备电源进行涓细电流充电的才能。日历时刻模块电路图如图5所示。
1.7 打印机接口和RS232通讯接口
规划中挑选具有串口通讯功用的MP-320T热敏微型80 mm小票据打印机，按下打印按键时，MSP430将日期时刻和各项丈量的参数经过串口发送给打印机进行打印。
2 软件程序规划
该体系选用MSP430为主控制器，运用C言语进行编程，简略明了，结构紧凑。
2.1 主程序规划
体系上电初始化之后，显现时刻和日期等信息，等候各被测者生理参数的丈量。程序主流程图如图6所示，在主循环中实时读取各参数的值进行实时显现，待测数据安稳之后单片机主动将数据装入数组u32 LAST_Data[]，数据格式为丈量编号、日期时刻、身高、体重、肺活量、心率、血压，每个数据各占4个字节。
2.2 各模块子程序规划
在各个参数丈量中，为了减小差错选用了均值滤波，在丈量身高的时分一起将2.5 V基准电压接入单片机A/D通道1，身高传感器(拉线电位器)的输出电压接入单片机A/D通道2，转化之后别离得到数字量H_Data_refer和H_Data。选用的身高传感器量程是100～200 mm，实践身高为H_Real=(1000×H_Data/H_Data_refer+1000)，可准确到2 mm。
肺活量丈量时，采样周期为5 ms，详细为选用守时器守时5 ms，每5 ms进入一次服务程序，对传感器前后两次输出的数值进行比照，当差值大于最小临界点时即主动开端对传感器气流压力进行软件积分，每5 ms累积一次，然后当小于最小临界点时判别丈量完毕并中止积分。经过标定即可得到终究肺活量的数值。
心率检测传感器现已把心率信号调度成同步脉冲，运用守时器外部脉冲触发，上升沿到来使能守时，为了减小差错，累计10次上升沿的时刻，心率核算公式为H_Rate=60×10/(T2-T1)。
程序分模块规划，各模块调试、参数标定、精度调理分隔进行，软件体系具有很大的灵敏性。
结语
选取5组被测者对本丈量仪的丈量精度进行测验。经过现有机械式和在售的分立式电子丈量仪所测数据进行比照和剖析。测验成果比照如表1所列。
身高丈量中因为读数等存在差错，使得该丈量仪器和实践丈量存在≤5 cm的差错可能性;体重比照丈量时，因为机械式体重表自身精度就不高，丈量数据具有 ≤0.5 kg的差错;在肺活量丈量时选用商场在售的电子式肺活量丈量仪进行比照丈量，无法确保同一被测目标两次肺活量完全相同，也无法确保被测目标两次的吹气速度，这使得丈量成果具有≤60 mm的差错。心率比照丈量选用人工办法，因为开始和完毕时刻的把握禁绝使得成果存在±2最大差错。一起，还对同一被测目标进行重复丈量，成果表明本丈量仪具有较高的丈量精度和安稳性。
