三江学院2016届本科生毕业设计（论文）

本课题的研究内容主要是基于51单片机和语音模块的便携式心率计设计，通过学习该系统的工作原理和工作方法，设计硬件电路将其实现。该系统的核心处理器采用STC89C52，传感器选用光电传感器，显示模块采用LCD1602显示屏实现相应需要实现的功能。最后实现的功能是：首先，将手指放在光电传感器 以达到实时显示测量的结果，同时，语音模块会通过喇叭语音及时播报采集到的数据。具体研究的主要内容如下：

(1)搜集并整理与课题有关的数据，并对红外传感器、语音模块等应用进行基本的了解。学习STC89C52最小单片机系统的设计，学会使用STC89C52的内部资源及外围I/O的设计，从而实现数据的传输；

(2)系统的概述，通过对已经搜集到的资料的学习和研究，了解便携式心旅级系统的发展现状及应用状况。在这个基础上，完成系统的总体方案设计；

(3)系统硬件的设计，在对理论知识进行详细地学习和确定总体设计方案后，我们开始对系统所需要的硬件进行删选。首先我们选定主控芯片，在这里我们当然选用性价比较高的STC89C52处理器。随后我们对所需的语音模块，显示模块以及各传感器进行选择。然后在熟悉了各个模块的工作原理后，进行模块与微处理器的连接电路设计；

(4)系统软件的设计，在完成系统硬件设计后，以流程图的方式介绍语音模块、显示模块、红外传感器等主要模块的应用软件的编写；

(5)系统的测试，主要是论述STC89C52如何对传感器模块采集到的数据进行处理然后传送给给显示模块，并且对语音模块的功能进行相关的测试；

(6)最后对本课题做综述性的总结。

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第二章 系统总体方案设计

2.1 系统概述

本课题的设计任务是完成基于51单片机和语音模块的便携式心率计设计。随着人们生活节奏的加快，渐渐意识到身体健康的重要性，但是因为各种原因，往往我们没有办法时时去医院健康检查，特别是遇到突发情况时，所以在自己的家庭里面就可以实现对身体的简单体检越来越受到人们的青睐，智能产品的普及填补了这一片空白，心率计渐渐得到普及，人们随时都能够检查自己的身体。但是，随着智能产品的的普及以及科学技术的发展，人们对智能产品的要求也越来越高，心率计开始以各种形式出现在人们的生活中，且越来越小巧方便，目前市面上最常见的是手环，表带等。心率计测量显示方法有多种多样的，其中将测量到的心率信息通过手机APP显示是比较常见的方法。心率计的品牌，目前发展比较好的有博能、佳明，他们的产品主要是有胸带产品，另外迈欧品牌也是比较受年轻人喜爱的，他的主要产品是无胸带心率表。心率计产品现在市面上已经非常成熟，本次的心率计产品主要是通过51单片机实现，主要实现的方法分为几个模块，分别是51单片机核心处理器，光电传感器模块，显示模块和语音模块。通过这几个模块和运放电路及滤波电路的配合实现心率的测量与显示，同时语音模块实现语音播报的功能。

2.2 系统主要功能描述

本课题主要设计一个基于51单片机和语音模块的便携式心率计设计系统，其系统总体框图如图2-1所示。主要实现的功能如下：

(1)首先利用光电传感器通过感受人体手指上因为血液的流动而引起的血液透明度的变化来检测出人体心脏的跳动次数即心率，将心率信号进行AD转换，成为数字信号以后传送给单片机；

(2)单片机接收从传感器模块传送而来的数字信号，进行简单处理；

(3)单片机通过I/O接口将数据传送给显示屏模块和语音模块，显示屏显示数据，同时语音模块通过扬声器播报来自单片机的信号即心率。

图2-1 系统总体框图

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第三章 系统硬件设计

3.1 系统硬件功能与结构

基于单片机的心率计设计实现的功能是通过传感器的监测实现脉搏计数，通过51单片机实现语音的播报和显示屏的显示。检测方法简单易行，将手指放在光电传感器上，光电传感器对光的变化比较敏感，能对脉搏的变化实现有效的监测，单片机再将从传感器传送来的数据处理好后传送给显示屏和语音模块，显示屏会显示传感器采集到的脉搏，并且通过语音模块中的喇叭播报。本心率计系统硬件设计主要包括以下几个方面：STC89C52最小系统、语音模块的设计、显示模块的设计、传感器模块的设计。硬件结构图如图3-1所示。

3-1 硬件结构图

3.1.1 STC89C52最小系统

STC89C52最小系统主要包括：复位电路、时钟电路、单片机芯片以及各引脚的引线接出情况，系统供电采用5V供电，并通过KEIL下载程序。其中复位电路实现的功能是用一个按键实现手动复位，当按键按下，单片机恢复到还没有检测时的初始状态。时钟电路采用12M晶振，给单片机提供一个时钟基准。另外将各个引脚与各个模块一一连接，就搭成了整个硬件结构。最小系统设计图如图3-2所示。

图3-1-1 STC89C52最小系统电路图

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3.1.2 语音模块电路设计

语音模块采用WT588D语音模块,I/O接口多，可重复擦除烧写，还可以结合按键实现声音的各种组合与调整。语音模块设计图如图3-3所示。

图3-3 语音模块电路设计图

3.1.3 显示模块电路设计

显示模块采用3.3V供电电压，主要采用数字量输出，结构相对简单，但模块的精度相对高，响应的时间比较短，可靠性高且低功耗，使用起来比较方便。显示模块设计图如图3-4所示。

图3-4 显示模块电路设计图

3.1.4 传感器模块电路设计

传感器模块采用光电传感器，光电传感器稳定易得，测量方法简单，主要通过光电二极管实现。传感器模块接口设计图如图3-5所示。

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