陈松碧毕都业论文.doc
《陈松碧毕都业论文.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《陈松碧毕都业论文.doc(48页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
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
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 陈松碧毕都业 论文
链接地址:https://www.31doc.com/p-2112553.html