引言當今社會人們越來越關(guān)注醫(yī)療衛(wèi)生和保健，敬老院、學校、部隊等集體單位體檢時，身高、體重、心率、肺活量等基本生理參數(shù)的測量大多是分開進行或部分合在一起測量，并且這些測量儀器體積較大、操作繁瑣且精度不夠，在很大程度上浪費了人力、物力、財力和體檢時間。因此，有必要利用現(xiàn)在成熟的電子技術(shù)，運用微控制器強大的運算、處理和控制能力，設計一款低功耗綜合性的測量儀。設計方案1 系統(tǒng)總體硬件設計作為儀表類設計，系統(tǒng)的測量精度和功耗是主要考慮的因素，因此選用了MSP430F5529單片機和相應高精度低功耗器件。1.1 主控制器MSP430F5529是一個16位的單片機，采用了精簡指令集(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)存儲器都可參加多種運算;具有高效的查表處理指令，這些特點保證了單片機可編制出高效率的源程序。其能在25 MHz晶振的驅(qū)動下，實現(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(能實現(xiàn)乘加運算)相配合，能實現(xiàn)數(shù)字信號處理的某些算法(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行時鐘方面設計出色，具有超低功耗。1.2 身高檢測模塊身高檢測模塊采用WF20D電阻式位移傳感器，獨立線性公差為精密級±0.1%，拉線長度為1000 mm，外形小巧、堅固耐用、安裝方便，通過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基準電壓給拉線電位器供電，同時接入單片機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RC低通濾波電路接入單片機A/D轉(zhuǎn)換器通道2，這樣設計有助于消除A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換誤差并可有效抑制溫漂，在接下來的軟件設計中會有身高測量值的具體計算方法。1.3 體重檢測模塊體重檢測模塊的傳感器為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)簡單緊湊、抗偏載能力強。為了提高測量精度，使用外置24位A/D轉(zhuǎn)換電路HX711，HX711是一款專為高精度電子秤而設計的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、響應速度快、抗干擾性強等優(yōu)點，降低了測量儀的整機成本，提高了整機的性能和可靠性。設計中通過編程設置放大倍數(shù)為64，對應的滿額度差分輸入信號幅值分別為±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)板上無需另外的模擬電源。芯片內(nèi)的時鐘振蕩器不需要任何外接器件，上電自動復位功能簡化了開機的初始化過程，芯片與MCU通過I2C總線串行通信，接口簡單方便。體重檢測模塊電路圖如圖3所示。1.4 肺活量檢測模塊肺活量檢測模塊采用高精度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，對傳感器的偏移、靈敏度、溫漂和非線性進行數(shù)字補償。其內(nèi)部集成了信號放大電路，傳感器測壓范圍為0～10 kPa，滿量程電壓為5 V，具有集成度高、體積小、精度高、抗干擾能力強、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)換器進行采樣，對氣體流動壓力進行軟件積分即可測量出人體呼氣的流量，經(jīng)過標定從而計算出人體肺活量。1.5 心率檢測模塊心率檢測采用HKG—07系列傳感器，該傳感器利用紅外線檢測，由于心臟跳動而引起的手指尖內(nèi)微血管容積發(fā)生的變化，經(jīng)過信號放大、調(diào)理、整形輸出同步于脈搏跳動的脈沖信號(如圖4所示)，經(jīng)過單片機簡單計算即可得到心率數(shù)值。該產(chǎn)品采用高度集成化工藝，將力敏元件(PVDF壓電膜)、靈敏度溫度補償元件、感溫元件、信號調(diào)理電路集成在傳感器內(nèi)主要用于臨床上心率的計數(shù)、監(jiān)測等。圖 4 心率傳感器輸出信號波形1.6 實時日歷時間模塊采用美國DALLAS公司推出的具有涓細電流充電能力的低功耗實時時鐘芯片DS1302。它可以對年、月、日、周、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償?shù)榷喾N功能。主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護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進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。日歷時間模塊電路圖如圖5所示。圖 5 日歷時間模塊電路圖1.7 打印機接口和RS232通信接口設計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，按下打印按鍵時，MSP430將日期時間和各項測量的參數(shù)通過串口發(fā)送給打印機進行打印。(mbbeetchina)