1 导言
跟着人们健康认识的逐步增强，户外运动越来越受到重视。但是运动量过强或缺乏都不能到达训练的意图，甚至会损害身体。这儿介绍一种多功用实时生理参数监测仪的规划办法，该监测仪具有廉价、有用、便携，并有语音播报丈量值及越限报警等多种功用。
2 整体结构与作业原理
该监测仪以凌阳16位单片机SPCE061A为操控中心，经过温度传感器、水银开关、压电陶瓷片取得人体温度、跑步者的步数及脉息跳动状况，再由CPU实时核算丈量值并将成果送至液晶显现器显现，一起进行语音播报。体系设有键盘、人工复位和主动上电复位及硬件看门狗电路。SPCE061A内部带有硬件乘法器功用，可方便地完结丈量数据的记载、核算和语音播报功用。体系整体结构框图如图1所示。
3 硬件电路规划
3.1 体温丈量模块
温度传感器选用DALLAS的DS18B20，该器材无需外部元件，经过数据线供电即可供给最高12位的温度读数，器材的温度信息经单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，从CPU到DS18B20仅需衔接1条线。读、写和完结温度改换所需的电源由数据线自身供给，丈量规模为－55℃~+125℃，增量值为0.
0625（以12位数值办法读出温度），在1s（典型值）内把温度改换为数字，具有用户可定义的非易失性温度告警设置。输出的温度数值由单片机的IOA15口读入，如图2所示。
经单线接口拜访DS18B20的协议如下：
（1）初始化单线总线上的一切处理均从初始化序列开端。初始化序列包含：总线主机宣布一个复位脉冲，接着隶属器材送出存在脉冲，程序清单见初始化DS18B20子程序intInit_1820（void）。
（2）ROM操作指令一旦总线主机检测到隶属器材便可宣布，ROM操作指令，ROM操作指令均为8位长，程序见读DS18B20子程序unsignedintRead_1820_Byte（void）和写DS18B20子程序voidWrite_1820_Byte（unsignedintData）。
（3）存储器操作指令程序清单见读DS18B20子程序unsignedintRead_1820_Byte（void）和写DS18B20子程序voidWrite_1820_Byte（unsignedintData）。
（4）处理数据程序清单见温度转化子程序voidRead_Temp（unsignedint*Data）。温度丈量程序如下：
3.2 心率丈量模块
心率丈量模块如图3所示。首要将人体的脉息经过压电陶瓷片HTD27A-1转化为可处理的电信号，经高阻输入级阻隔和电压扩大级扩大后将信号送入带通滤波器以滤除噪声及高次谐波，经集成运放扩大及施密特触发器整形后再进入单片机外部中止EXT2进行计数，即可得出心率。
压电传感器的基本原理是运用压电资料的压电效应，必定的压力效果会使压电资料石英晶体的两个极板间发生必定的电压。沿石英晶体电轴方向施加效果力Fx时，在与电轴笔直的外表大将发生电荷：
式中，d11=2.31×10-12C/N，为石英晶体电轴方向受力压电系数。
压电传感器相当于一个以压电资料为介质的%&&&&&%器：
式中，A为极板面积（m2），h为压电体厚度（m），ε为压电资料介电常数（F/m）。
选用石英晶体为压电资料，其相对介电常数为εr，而规范介电常数为ε0，则石英晶体的介电常数为ε=εrε0。设压电体两极板间（沿电轴方向）接受一个大气压的压力，则与电轴笔直的外表发生电荷qx=d11Fx=2.31×10-12×9.8×A，两极板间发生电压Ux=qx/C。压电陶瓷片发生的电压很小，因此在电压信号送至后级电路处理前必须经高阻输入级以尽量削减电荷泄放，保证获取电压信号的准确性。因为运算扩大器一般具有极高的输入阻抗，选用运放完结高阻输入级，如图4所示。
据后级电路处理要求，要扩大收集的电压信号。为滤除电压信号中的噪声信号，便于后级数字电路处理取得的信号，后端电路选用20~200Hz的带通滤波器进一步处理信号，经施密特触发器整形后再送入单片机计数，即可得到心率。
3.3 跑步步数丈量模块
跑步步数丈量电路如图5所示，图中EXT1为外部时钟源输入。跑步或走路时，手臂摇摆，水银开关随之通断，经过单片机进行计数，再乘以步长，即可得到行走间隔和速度。
数学模型得到猜测公式，即可猜测能量消耗量。体系依据性别、体重、身高、年纪等生理目标，选用Harris-Benedict猜测公式核算能量损耗：
BEE（男）=（66.4730+13.7516W+5.0033H-6.7550A）×4.1840
BEE（女）=（655.0955+9.5634W+1.8496H-4.6756A）×4.1840
式中，BEE为根底能量消耗；W为体重（kg）；H为身高（cm）；A为年纪（岁）。
3.4 键盘显现单元
显现单元选用128×64字符点阵液晶模块SPLC501组件，由LCD显现器、LCD操控板和偏压发生电路组成。分4行显现当时体温值、心率、速度、行程等信息，如图6所示。
键盘模块首要用于设定初始值（包含体重、步长等）、报警值（心率、体温等）。KEY1键为确认/撤销功用，KEY2键为上调功用，KEY3键为下调功用。光标闪耀为设定状况，当设定好后中止按键，5s后体系主动重新开端丈量，液晶显现封闭以节约电能，为避免误按键，键盘确定，按任意键，液晶显现翻开，按KEY1键一下，再按KEY3键两下，再按KEY1键一下，键盘解锁，按KEY1键超越2s，进入初始值、报警值的设定。
4 软件规划
软件选用模块化规划办法，由主程序及键盘处理、数据收集、报警、语音和液晶显现5个子程序组成。图7为体系主程序流程。体系上电后首要初始化，然后进行各参数的测定、显现判别过量报警等操作，一起检测按键状况，若有按键按下，履行显现和语音播报等功用。此体系编译环境为unSPIDE2.6.2D，运用汇编言语与C言语混合编写，其间中止服务程序及液晶显现等相关底层程序由汇编言语编写，丈量及语音播报等程序由C言语完结。键盘处理子程序经过定时器中止办法调用。参数输入选用菜单办法设定，包含脚步长度（核算行走速度及行程），体重、性别、身高、年纪（能量消耗核算），体温上下限，心率上下限，行程提示等。当测得温度、心率超越上下限时报警；当测得行程到达行程提示设定值时提示。
5 结语
经实践丈量标明，此规划方案具有低成本、低功耗、操作简略等特色。该丈量仪可依据要求改动设定值，适于各年纪段人群的生理参数丈量。跟着人们对健康的重视，这种多功用便携式测试仪将会有更宽广的使用远景。本文的立异点在于集人体各种参数丈量与安全报警功用为一体，液晶显现和语音播报相结合，十分人性化。
