引言當(dāng)今社會(huì)人們?cè)絹?lái)越關(guān)注醫(yī)療衛(wèi)生和保健，敬老院、學(xué)校、部隊(duì)等集體單位體檢時(shí)，身高、體重、心率、肺活量等基本生理參數(shù)的測(cè)量大多是分開(kāi)進(jìn)行或部分合在一起測(cè)量，并且這些測(cè)量?jī)x器體積較大、操作繁瑣且精度不夠，在很大程度上浪費(fèi)了人力、物力、財(cái)力和體檢時(shí)間。因此，有必要利用現(xiàn)在成熟的電子技術(shù)，運(yùn)用微控制器強(qiáng)大的運(yùn)算、處理和控制能力，設(shè)計(jì)一款低功耗綜合性的測(cè)量?jī)x。設(shè)計(jì)方案1 系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì)作為儀表類(lèi)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的測(cè)量精度和功耗是主要考慮的因素，因此選用了MSP430F5529單片機(jī)和相應(yīng)高精度低功耗器件。1.1 主控制器MSP430F5529是一個(gè)16位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集(RISC)結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式(7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址)，簡(jiǎn)潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令;大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算;具有高效的查表處理指令，這些特點(diǎn)保證了單片機(jī)可編制出高效率的源程序。其能在25 MHz晶振的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)40 ns的指令周期。16位的數(shù)據(jù)寬度、40 ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算)相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法(如FFT等)，內(nèi)部具有12位的A/D轉(zhuǎn)換器，速度快、精度高。它在降低芯片的電源電壓和靈活可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面設(shè)計(jì)出色，具有超低功耗。1.2 身高檢測(cè)模塊身高檢測(cè)模塊采用WF20D電阻式位移傳感器，獨(dú)立線性公差為精密級(jí)±0.1%，拉線長(zhǎng)度為1000 mm，外形小巧、堅(jiān)固耐用、安裝方便，通過(guò)該傳感器可以將身高物理量轉(zhuǎn)換成電阻值。電路原理如圖2所示，利用穩(wěn)壓管TL431產(chǎn)生2.5 V基準(zhǔn)電壓給拉線電位器供電，同時(shí)接入單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器通道1，拉線電位器輸出端接一跟隨器之后，再經(jīng)過(guò)RC低通濾波電路接入單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器通道2，這樣設(shè)計(jì)有助于消除A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換誤差并可有效抑制溫漂，在接下來(lái)的軟件設(shè)計(jì)中會(huì)有身高測(cè)量值的具體計(jì)算方法。1.3 體重檢測(cè)模塊體重檢測(cè)模塊的傳感器為HX—Z系列雙孔懸梁形式壓力傳感器，其量程為200 kg，精度為0.01 kg，誤差±0.05kg。該傳感器精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、抗偏載能力強(qiáng)。為了提高測(cè)量精度，使用外置24位A/D轉(zhuǎn)換電路HX711，HX711是一款專(zhuān)為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片，集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等外圍電路以及低噪聲可編程放大器，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，降低了測(cè)量?jī)x的整機(jī)成本，提高了整機(jī)的性能和可靠性。設(shè)計(jì)中通過(guò)編程設(shè)置放大倍數(shù)為64，對(duì)應(yīng)的滿(mǎn)額度差分輸入信號(hào)幅值分別為±40 mV。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接為外部傳感器和芯片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無(wú)需另外的模擬電源。芯片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器不需要任何外接器件，上電自動(dòng)復(fù)位功能簡(jiǎn)化了開(kāi)機(jī)的初始化過(guò)程，芯片與MCU通過(guò)I2C總線串行通信，接口簡(jiǎn)單方便。體重檢測(cè)模塊電路圖如圖3所示。1.4 肺活量檢測(cè)模塊肺活量檢測(cè)模塊采用高精度MPX系列硅壓力傳感器MPX5010，MPX系列是電壓輸出型壓力變送器模塊，采用壓力傳感器作為敏感元件并集成了數(shù)字調(diào)理芯片，對(duì)傳感器的偏移、靈敏度、溫漂和非線性進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償。其內(nèi)部集成了信號(hào)放大電路，傳感器測(cè)壓范圍為0～10 kPa，滿(mǎn)量程電壓為5 V，具有集成度高、體積小、精度高、抗干擾能力強(qiáng)、功耗低、溫度范圍寬等卓越特性。采用MSP430內(nèi)部12位A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣，對(duì)氣體流動(dòng)壓力進(jìn)行軟件積分即可測(cè)量出人體呼氣的流量，經(jīng)過(guò)標(biāo)定從而計(jì)算出人體肺活量。1.5 心率檢測(cè)模塊心率檢測(cè)采用HKG—07系列傳感器，該傳感器利用紅外線檢測(cè)，由于心臟跳動(dòng)而引起的手指尖內(nèi)微血管容積發(fā)生的變化，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大、調(diào)理、整形輸出同步于脈搏跳動(dòng)的脈沖信號(hào)(如圖4所示)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)簡(jiǎn)單計(jì)算即可得到心率數(shù)值。該產(chǎn)品采用高度集成化工藝，將力敏元件(PVDF壓電膜)、靈敏度溫度補(bǔ)償元件、感溫元件、信號(hào)調(diào)理電路集成在傳感器內(nèi)主要用于臨床上心率的計(jì)數(shù)、監(jiān)測(cè)等。圖 4 心率傳感器輸出信號(hào)波形1.6 實(shí)時(shí)日歷時(shí)間模塊采用美國(guó)DALLAS公司推出的具有涓細(xì)電流充電能力的低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302。它可以對(duì)年、月、日、周、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。主要特點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。采用普通32.768 kHz晶振，工作電壓為2.5～5.5 V，采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。日歷時(shí)間模塊電路圖如圖5所示。圖 5 日歷時(shí)間模塊電路圖1.7 打印機(jī)接口和RS232通信接口設(shè)計(jì)中選擇具有串口通信功能的MP-320T熱敏微型80 mm小票據(jù)打印機(jī)，按下打印按鍵時(shí)，MSP430將日期時(shí)間和各項(xiàng)測(cè)量的參數(shù)通過(guò)串口發(fā)送給打印機(jī)進(jìn)行打印。(mbbeetchina)