基于单片机的人体脉搏检测系统设计
摘要
脉搏波所呈现出来的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，能反映出人体心血管系统中许多生理疾病的血流特征。本课题是人体脉搏测量仪的设计。由于脉搏信号的特殊性，在设计时必须要注意实现测量的准确。该系统的重点就在于要求实现测量的简便化和精确化。系统测量出人体一分钟的脉搏，并且保证误差在2次以内。本系统以89S51单片机作为中心，通过使用单片机来实现系统最核心的计算脉搏功能。在信号的前端处理上，使用压电陶瓷片采集人体脉搏信号，然后经过AD620放大，施密特触发器整形，低通滤波器滤波等一系列操作，将脉搏信号转换为同频率的脉冲信号输入到单片机内，并利用单片机对其进行计数。计数的方法是利用单片机的计时器，然后由该周期计算出频率，继而就可以求出一分钟的脉搏数。计数结果将最终送至液晶屏1602来进行显示。虽然压电陶瓷片的性能并非很好，在信号的采集上不能实现非常精确的采集，但是它的价格低廉，并且在经过系统的信号调理电路后，也能比较满意的实现我们所要实现的目标。系统运行中能显示脉搏次数和时间，系统停止运行时，能够显示总的脉搏次数和时间。本文首先描述本设计的整体思路，然后介绍各个部分设计中的细节问题，最后提出一些完善本设计的改进意见。
关键字：脉搏测量；压电陶瓷片；液晶显示屏；单片机
THE DESIGN OF HUMAN PLUSE DETECTION SYSTEM
BASED ON MCU
ABSTRAC
The shape, intensity, speed, and rhythm of pulse signals mostly reflect the physical and pathological characters of heart-blood system in human bodies. This topic is a design of body pulse measuring instrument. Because of the specificity of the pulse signal, the design must pay attention to achieve an accurate measurement.The point of this design is the simple and precise of the measurement.We need to measure the pulse of the human body in one minute,and to ensure that the error in less than 2 times..The whole system is center on single-chip microcomputer 89s51,using the signle-chip to achieve the system core function of counting pulse.In the front-end of the signal, we use piezoelectric ceramics to collect the signal of the human body pulse.And then,after after amplification of the AD620, shaping of the 555, filtering of the low-pass filter and other operations,the signal will be converted to the pulse signal with the same frequency,and this signal will be input to the single-ship.The single-ship will count to this.The method of counting is using the timer of the single-ship,and then use the cycle,get the frequency,by the frequency,we can get the number of the one-minute pulse. The final result of the count will display in the 1602 LCD screen.Although the performance of the piezoelectric ceramics is not very good,in the signal collection.it can’t do it very precise.But its price is very low,and after the signal conditioning circuit of the system,the signal can be quite satisfactory to achieve our objectives. At the beginning of the paper, the integral notion of the device design is brought out. Afterwards, the detail information of each part is narrated. At last part, some suggestions for improving the device are provided.
Key words:Pulse measurement; piezoelectric ceramics; LCD; single-ship
目录
1 绪论 (1)
1.1课题背景及目的 (1)
1.2国内外研究状况及发展趋势 (2)
1.3课题研究难点 (3)
1.3.1 抗干扰 (3)
1.3.2 低噪声、低漂移 (3)
1.4课题主要研究内容 (4)
2 系统总体设计 (5)
2.1系统硬件电路设计方案 (6)
2.1.1传感器的选择 (6)
2.1.2 单片机的选择 (8)
2.1.3 信号调理电路的选择 (9)
2.2系统软件设计方案 (10)
2.2.1 脉搏波动频率测量方案的选择 (10)
2.2.2 单片机工作方式的选择 (10)
2.2.3 显示电路方案的选择 (11)
3 系统硬件设计 (11)
3.1一级放大电路的设计 (12)
3.2二阶滤波器电路的设计 (14)
3.3第二级放大电路的设计 (17)
3.4整形电路 (18)
3.5定时计数电路的设计 (21)
3.6显示电路的设计 (22)
4 系统软件设计 (25)
4.1主程序流程的设计 (25)
4.2定时器/计数器中断程序流程的设计 (26)
4.3显示程序流程的设计 (27)
5 总结与展望 (28)
参考文献 (29)
致谢 (31)
附录 (32)
附录A原理图 (32)
附录B主程序 (33)
附录C显示程序 (37)
附件
附件A开题报告
附件B译文及原文影印件
1 绪论
1.1课题背景及目的
脉搏是临床检查和生理研究中常见的生理现象[1]，包含了反映心脏和血管状态的重要生理信息。人体内各器官的健康状态、病变等信息将以某种方式显现在脉搏中即在脉象中。人体脉象中富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息，我们可以通过对脉搏波检测得到的脉波图含有出许多有诊断价值的信息，可以用来预测人体某些器脏结构和功能的变换趋势，如:血管几何形态和力学性质的变异会引起脉搏波波形和波速等性质的改变，而脉搏的病理生理性改变常引发各种心血管事件，脉搏生理性能的改变可以先于疾病临床症状出现，通过对脉搏的检测可以对如高血压和糖尿病等引起的血管病变进行评估。同时脉搏测量还为血压测量，血流测量及其他某些生理检测技术提供了一种生理参考信号。
在医院临床监护和日常中老年保健中，脉搏是一项基本的生命指标，因而脉搏测量是最常见的生命特征的提取。[2]近年来出现的日常监护仪器，如便携式电子血压计，可以完成脉搏的测量。但是这种便携式电子血压计利用微型气泵加压橡胶气囊，每次测量都需要一个加压和减压的过程，存在体积庞大、加减压过程会有不适、脉搏检测的精确度低等缺点。
人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张，使血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波称为脉搏波。脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征。
本设计所使用的系统利用压电陶瓷片将脉博转换为电压信号，经过信号调理后利用AT89S51单片机进行信号采集和处理，在短时间内，测量出人体一分钟的脉搏数，并将心率进行实时显示，便于携带。达到了方便、快速、准确地测量心率的目的。这样的脉搏测量系统性能良好，结构简单，性价比高，输出显示稳定，比较适应大众化，适合家庭进行自我检查以及医院护士进行每日的临床记录。
1.2 国内外研究状况及发展趋势
早在1860年Vierordt 创建了第一台杠杆式脉搏描记仪[3]，国内20世纪50年代初朱颜将脉搏仪引用到中医脉诊的客观化研究方面。此后随着机械及电子技术的发展，国内外在研制中医脉象仪方面进展很快，尤其是70年代中期，国内天津、上海、贵州、江西等地相继成立了跨学科的脉象研究协作组，多学科共同合作促使中医脉象研究工作进入了一个新的境界。以下按脉象仪探头的形式，传感器的特点及研制者作一简单的归纳[4]，详见表1-1。
表1-1 脉象仪的研制情况
研制者探头形式（单部）探头形势（三部）北京医疗器械厂MX-1型（应变片）BYS-14型（应变片）
上海医疗仪器研究所MX-3型，MX型（7点式）3MX-1型（应变片）
天津医疗仪器研究所MTY-A（寸部7点，应变片）上海中医学院ZM-1型（子母式，应变片）九路型（径向7点，轴向3组）贵州省脉象协作组ZH-I型（应变片）ZH-II型，轴向径向均可调节西安交通大学圆形气囊加压式（7点）
上海中医研究院横向线列式九道（应变片）
浙江大学63点（PVDF压电薄膜）
西苑医院压电晶体
江西脉图协作组MX-811型（液态泵）
中科院基础所硅杯式（单晶硅）
中科院智能机械所软接触式（应变片，液态）
湖南省中医学院血管容积式（光敏元件）
湖南省中医研究院阻抗仪
中国台湾汪叔游三部压力换能器
美国Dr. Laub （压电晶体）三部手套力与压力复合式
德国Park. H.S 三部绑带充气加压脉象探头式样[5]很多，有单部、三部、单点、多点、刚性接触式、软性接触式、气压式、硅杯式、液态汞、液态水、子母式等组成脉象探头的主要原件有应变片，压电晶体、单晶硅、光敏元件、PVDF压电薄膜等，其中以单部单点应变片式为最广泛，不过近年来正在向三部多点式方向发展。
脉搏测量仪的发展主要向以下几个趋势发展：
(1) 自动测量脉搏并且对所得到的脉搏进行自动分析。
目前很多脉搏测量仪都具有检测血氧等其他的功能，但是对这些信号的分析和诊断还需要一些有经验的医生观察，进行分析后才能确认结果，浪费大量的人力，且由人为
引入的误差较大。因此，未来脉搏自动检测的内容将更加详细，自动分析诊断功能也更强大。
(2) 数字化技术等先进技术的应用。
随着数字科学技术的发展，脉搏测量仪集成度将更高，更便于携带。数字信号处理的运用将使干扰更小，测量更为准确。
（3）多功能化越来越明显
目前的脉搏测量仪，一般都具有测试血氧，心电图等等功能，单纯的脉搏测量仪已经很少见。随着电子技术的发展，脉搏测量仪必然可以实现更多的功能。
1.3 课题研究难点
由于人体的脉搏信号具有频率低、幅度小干扰大，不稳定度低，随机性强等特点，使得对脉搏信号的采集放大电路的设计提出了很严格的要求，尤其是抗干扰变为十分重要，需要设计低通滤波器进行滤波。选择放大器时需要从增益、频率响应，输入阻抗，共模抑制比，噪声，漂移等几个方面加以综合考虑[6]。
1.3.1 抗干扰
（1）工频50HZ干扰及其各次谐波
使用频率为50HZ的市电的电子仪器设备会对检测系统会产生较大的干扰，其幅值大约是脉搏信号峰峰值的50%,是主要的干扰源
（2）肌电干扰
肌肉的收缩会产生微伏级的电势，其幅值大约是脉搏信号峰峰值的10％，维持时间大约是50ms，频带范围可以在0HZ~10000HZ。
（3）由于呼吸引起的基线漂移和ECG幅度变化
呼吸引起的基线漂移可以看成是一个以呼吸的频率加入ECG信号的窦性成分（正弦曲线），这个正弦成分的幅度和频率是变化的。呼吸所引起的ECG信号的幅度的变化可以达到15％。基线漂移的频率是从0.15～0.3HZ。
1.3.2 低噪声、低漂移
在脉搏信号放大器中，由于增益较高，噪声和漂移是两个较重要的参数。脉搏信号放大器运行过程中的噪声主要表现为电子线路的固有热噪声和散粒噪声，这些都属于白噪声，其幅值为正态分布。为了获得一定信噪比的输出信号，对放大器的低噪声性能有严格要求。另外，温度变化会造成零点漂移，漂移现象限制了放大器的输入范围，使得
微弱的缓变信号无法被放大。而脉搏信号具有很低的频率成分，为了能正常测量，必须采取措施来限制放大器的漂移。所以放大器应选用低漂移，高输入阻抗并且具有高共模抑制比的集成运放电路。
1.4 课题主要研究内容
正常人的脉搏次数是每分钟60～80次（婴儿为90～140次,老年人则为100～150次), 这种频率信号属于低频范畴.因此,脉搏测量仪是用来测量低频信号的装置,它的基本功能要求应该是:
（1）要把人体的脉搏数(振动)转换成电信号,这就需要借助传感器。
（2）对转换后的电信号要进行放大和整形处理，以保证其它电路能正常加工和处理。
（3）在很短的时间（若干秒）内，测出经放大后的电信号频率值。
总之，脉搏测量仪的核心是要对低频信号在固定的短时间计数，最后以数字形式显示出来。可见，脉搏测量仪的主要组成部分是计数器和数字显示器。
脉搏测量仪的上述功能要求，可采用两个不同的方案来实现：
（1）把转换为电信号的脉搏信号，在单位时间内（一分钟或半分钟）进行计数，并用数字显示其计数值，从而直接得到每分钟的脉搏数。
（2）测量脉搏跳动固定次数（比如5次，10次）所需的时间，然后转换为每分钟的脉搏数[7]。
这两种方案比较起来，第一种更直观，所需的电路结构更简单些；第二种方案的测量误差比较小，但实现起来电路要复杂些。本设计采用第二种方案。
2 系统总体设计
脉搏测量仪要实现对脉搏信号的检测，并且能够对脉搏信号进行处理，并进而求得脉搏数来显示。考虑到系统的实现，有两种方案可以实现。
方案一：使用纯硬件电路来实现。整个系统的框图如下图2.1所示
图2.1 纯硬件脉搏测量仪框图
方案二：使用单片机电路来实现。通过信号调理电路，将脉搏信号转换为数字信号，然后利用单片机来实现脉搏测量功能。使用该方案其框图如下图图2.2所示。
图2.2 单片机脉搏测量仪框图
通过比较以上两种方案。方案一由于使用纯硬件方式，系统稳定度比较高。但是功能有限，灵活度较低，也不能很好的实现锻炼自己的目的。而单片机方案有较大的活动空间，不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能，而且还可以方便的对系统进行升级，所以我们采用后一种方案。
标准时标（分）发生器
计数器
放大整形
脉搏检测
人体
译码器
LCD 显示 （3位）
信号调理
脉搏检测
人体
单片机电路
显示
2.1 系统硬件电路设计方案
2.1.1传感器的选择
（1）压电式传感器
目前常用的是一次性心电电极,它是用印刷方法制得的Ag/ Agcl传感器。这种传感器采用接扣与敏感区分离的方法,能明显的减少由于人体运动产生的干扰。电极的好坏对采集到的心电信号质量起着至关重要的作用,采用的电极应有贴力强,能紧附在人体表面,柔软、吸汗、极化电压低、导电性良好等特点。当选用电极传感器时,需要3个电极分别置于左右手和左腿,构成标准导联。临床上为了统一和便于比较所获得的脉搏信号,在检测脉搏信号时,对电极的位置,引线与放大器的连接方式都有严格的统一规定。
目前市场上有一种采用新型高分子压电材料聚偏氟乙烯研制的压电传感器,其灵敏度高,频带范围好,结构简单,便于使用。当手指前端受到轻微的压力时，可以感觉到手指前端在血压的作用下有一张一弛的感觉，将这个信号用传感器提取出来，转变为电信号，通过指脉的波形检测，就可以获得人体的脉搏信号。
（2）光电式传感器
血液是高度不透明的液体，光照在一般组织中的穿透性要比血液中大几十倍，据此特点，采用光电效应手指脉搏传感器[8][9]来拾取脉搏信号。反向偏压的光敏二极管，它的反向电流具有随光照强度增加而增加的光电效应特性，在一定光强范围内，光敏二极管的反向电流与光强呈线性关系。指端血管的容积和透光度随心搏改变时，将使光电三极管极管收到不同的光强，并由此产生的光电流均随之作相应变化。常用检测脉搏的光电传感器[10]分为红外对管和红外放射管。
采用红外对管。将对管夹于手指端部，通过手指的血液浓度会随着心脏的跳动发生变化，红外对管对应的信号便会发生相应的变化，采集此信号经过放大，滤波，比较等处理便可以得到理想的信号。
采用反射式的红外管。现在市场上的心率计普遍采用这种传感器来采集信号，因为此红外管接收和发射都在手指的同一侧，因此便不用考虑每个人手指情况不同所造成的麻烦。接收的是血液漫反射回来的光，此信号可以精确地测得血管内容积变化。
（3）集成传感器
当前,市面上有很多类型的集成心电传感器[11],其灵敏度高,集成度高,直接就可以反
映出心率的变化,且已包含了滤波等抗干扰电路,波形经过放大可以直接处理使用。缺点
是价格非常昂贵，一般均在五百元以上。
三种方案的优缺点比较
（1）光电式：
优点：灵敏度高，易于操作,响应速度快，结构简单。
缺点：1、外部光源的变化对测量结果的影响较大；
2、需要购买专门的医用光电传感器，价格较贵且不易购买；
3、对这样的器件接触很少，对其进行调试时可能会出现较大困难。
（2）压电式：
优点：结构简单，实时性好，工作频带宽，应用电路简单，且价格低廉。
缺点：直接与人体相接触，容易因为人体肌肉的颤动等而产生干扰。并且容易受到外界其他信号的干扰。
（3）集成式:
优点:集成度高,包含了滤波,放大电路,可以直接输出信号,便于操作,有效的减少了各种干扰。
缺点:降低了本任务的难度,如果采用该传感器，只需将其直接接上单片机即可实现功能，且价格非常昂贵。
考虑到种种情况，结合本系统的设计要求以及经费的考虑，最终选择压电式传感器。该传感器价格较低，而且输出电压变化较为明显，可以实现我们的实验目的。
压电陶瓷片[12][13]的外观和电路符号如下图2.3所示。压电片包括三个部分，镀银层，压电陶瓷，以及铜片。外部压力作用于铜片时，压电陶瓷就可以感受压力而产生电信号，并最终通过镀银层将该信号输出。在使用时，压电陶瓷片要通过导线与电路板连接,注意在焊接压电陶瓷片时,时间不能太长以免烫坏压电陶瓷片的镀银层。
图2.3 压电陶瓷片的符号及外观
由于压电陶瓷片的资料比较少，为了确定使用该传感器能够实现本次设计的目的，先要对其进行实验，来确定它的输出电压是否符合要求。
使用实验室砝码来测试，其结果如下表表2-1所示。
表2-1 压电陶瓷片输出电压测试表
压力(N) 输出电压(mV)
0.196 4.41
0.392 4.55
0.588 4.77
0.784 4.80
0.98 4.85
1.176 5.05
1.372 5.35
1.568 5.54
由于只需要4mv-5mv左右的电压输出，就可以实现设计要求[14]。由本次试验，可以得知压电陶瓷片可以实现我们所要达到的目标。
2.1.2 单片机的选择
本设计作为一个简单脉搏测量仪，最后需给出脉搏波动频率。以单片机作为信息处理中心，通过对单片机进行编程，完成信号输入检测、信息分析处理及信息显示。
（1）A VR单片机
A VR单片机[15][16]是ATMEL公司生产的单片机。1997年,由ATMEL公司挪威设计中心的A先生与V先生利用ATMEL公司的Flash新技术, 共同研发出RISC精简指令集的高速8位单片机，简称A VR。相对于出现较早也较为成熟的51系列单片机，A VR 系列单片机片内资源更为丰富，接口也更为强大，同时由于其价格低等优势，在很多场合可以替代51系列单片机。其特点是高速度(50ns)、低功耗,硬件应用Harward结构，具有预取指令功能，使得指令可以在一个时钟周期内执行，而MSC-51要12个时钟周期执行一条指令。A VR单片机如LPC2131等。
（2）凌阳单片机
凌阳是台湾凌阳公司推出的单片机，具有高速度、低价、可靠、实用、体积小、功耗低和简单易学等特点，它的CPU内核采用凌阳推出的Microcontroller and Signal Processor 16位微机处理器芯片，以下简称µ’nSP 。围绕micro;’nSP 所形成的16位u’nSP 系列单片机，以下简称µ’nS P 家族。采用的是模块式集成结构，它以µ’nSP 内核为中心集成不同规模的ROM PAM和功能丰富的各种外设部件。
µ’nSP 内核是一个通用的和结构。除此之外的其它功能模块均为可选结构。以及
这种结构可大可小可有可无，借助这种通用结构附加可选结构的积木式的构成，便可成为各种系列的派生产品，以适合不同场合，这样做无疑会使每种派生产品具有更强的功能和更低的成本。
µ’nSP 家族有有以下特点：体积小，集成度高，可靠性好易于扩展。
µ’nSP 家族把各功能把各功能部件模块化地集成在一个芯片里。内部采用总线结构，因为减少了各功能部件之间的连接，提高了其可靠性和抗干扰能力，另外，模块化的结构易于系列的扩展，以适应不同用户的需求。具有较强的中断处理能力。μ’nSPTM 家族的中断系统支持10个中断向量及10余个中断源，适合实时应用领域。高性能价格比：μ’nSPTM家族片内带有高寻址能力的ROM，静态RAM和多功能的I/O口，另外μ’nSPTM的指令系统提供出具有较高运算速度的16位，16位的乘法运算指令和内积运算指令，为其应用添加了DSP功能，使得μ’nSPTM家族运用在复杂的数字信号处理方面既很便利又比专用的DSP芯片廉价。如SPCE061等。
（3）51单片机
51单片机是对目前所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。
51单片机是INTEL公司生产的。它具有结构简单，价格便宜，易于开发的特点。通用型，有总线扩展，有较强的位处理功能，有全双工异步串行通信口。但是其功能相对较少，访问外部数据有瓶颈，作电压范围窄。
本设计中，单片机只需要对脉搏信号的波动频率进行测量、计算和显示，对单片机的要求不是很高。而对51单片机，本人比较熟悉，所以，本设计中选择51单片机作为信息处理中心。
在51系列单片机中，AT89系列单片机是美国ATMEL公司推出的一种新型高性能低价位、低电压低功耗的8位CMOS微型计算机。AT89S51就是其中一款，它可以完全满足本设计的设计要求，而且，AT89S51的价格较低。
2.1.3 信号调理电路的选择
信号调理电路包括对信号的放大和滤波两个部分[17][18]。由于传感器输出的电压比较
小，在几毫伏左右，且频率较低，需要低噪声，低漂移，高输入阻抗的放大器，所以选择使用仪表放大器。肌电干扰可能会导致放大器的静态工作点偏移，甚至使放大器达到饱和，所以第一级放大器的放大倍数不能太高。因此还需要另一个放大器。此外，为了滤去高频信号和市电的干扰，还需要设计一个低通滤波器。这部分电路的框图如图2.4所示。
图2.4 信号调理单元框图
2.2 系统软件设计方案
2.2.1 脉搏波动频率测量方案的选择
脉冲信号的频率是指在单位时间内由信号所产生的交变次数或脉冲个数，即
fx N t
=。可以看出测量fx必须将N或t两个量之一作为闸门或基准，对另一个量进/
行测量。对于不同的频率范围，有三种不同的测量方法。
（1）周期测量法：适用于低频信号。采用单片机内的一个定时/计数器，以单片机内的标准机器周期作为标准时基信号Ts。被测信号的周期作为信号闸门，由程序控制开
=?，每分钟脉搏跳动次数为
关对时基进行计数得nx，因此被测信号周期为Tx nx Ts
=。
N Tx
60/
（2）多周期同步法：适用于中频信号。其特点是标准频率信号不是用来填充待测信号的周期，而是与待测信号分别输入到两个计数器进行同步计数。
（3）频率测量法：适用于高频信号。充分利用单片机内的两个定时/计数器，一个作为定时器，给出标准闸门信号，另一个作为计数器。
人体脉搏波动频率一般为60～80次/min，其频率成分主要分布在0～20Hz之间，属于次声，最高频率不超过40Hz，一般情况下为1Hz左右，属于低频信号。所以，本设计中选择周期测量法。
2.2.2 单片机工作方式的选择
单片机数据传送方式[19]一般有以下几种：
（1）查询方式：由于CPU与外设之间存在时序、速度等差异，在数据传送前必须检测接口状态，探查外设是否数据准备就绪。查询方式优点是结构简单，硬件开销小；缺点是CPU在整个传送过程中需要不断检测外设状态，由于CPU的速度远远高于外设，
因此通常处于等待状态，工作效率很低。
（2）中断方式：CPU无需检测外设是否数据准备就绪，不占据CPU时间，因此CPU与外设并行工作，提高了CPU的工作效率，还满足了外设的实时要求。
本设计中，选择中断方式。
2.2.3 显示电路方案的选择
脉搏信号经过单片机处理，得到脉搏波动频率之后，需要在显示电路中直观地显示出来。所以，需要选用合适的显示设备及显示电路，来实现对脉搏波动频率信息的显示。
人体脉搏信号从时域上看，是一个周期性较强的准周期信号。脉搏波动频率一般为60～80次/min。本设计中，显示位数较多。可以选择LCD字符液晶屏来对脉搏波动频率信息进行显示。它具有：
电参数(VDD=5.0V 10%,VSS=0V,Ta=25 )
显示内容：16字符x 2 行
字符点阵：5 x 8点
驱动方式：1/16D
可供型号：TN STN(黄绿模灰模黑白模)
反射型带EL或LCD背光源
LCD常用显示方法有两种：静态显示和动态扫描显示。
（1）静态显示：所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口用于笔划段字形显示。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，使用这种方法单片机中CPU的开销小，较小的电流能得到较高的亮度且字符不闪烁。静态显示适用于显示器位数较少时。
（2）动态扫描显示：所谓动态显示，就是一位一位地轮流点亮显示器各个位（扫描），对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但必需保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。当显示位数较多时，用静态显示所需的I/O太多，一般采用动态显示的方法。
本设计中，显示的脉搏波动频率，同时显示脉搏次数和测试时间，选用动态显示。
3 系统硬件设计
本设计中，脉搏波动频率测量的实现是通过脉搏传感器采集脉搏信息输出电压信号，经信号放大电路对其进行放大。然后，将放大后的脉搏信号经过整形电路将模拟信号转化成数字信号，将脉搏信号转换为同频率的脉冲。通过对单片机进行编程来实现对脉搏波动频率的测量和计算，并在显示电路中直观的显示出来。本章对各部分电路的设计进行详细论述与分析。
3.1 一级放大电路的设计
一级放大电路[20]是整个系统设计的重点,脉搏测量仪要求在脉搏信号频率范围内，不失真的放大所采集的微弱信号,这要求所用的放大器必须具有低噪声,低漂移,低失调参数,高共模抑制比,高输入阻抗,线形度小等特点。
为了达到上述要求,并联型双运放放大电路[21]能满足其要求
图3.1 并联型双运放放大电路
前两个运放为同向比例放大器,输入阻抗很高,它对共模信号有很高的抑制比。由于Rx连接于这两个放大器的求和点之间,当一个差分电压加到医用放大器的输入端时,整个输入的电压都呈现在Rx两端。由于Rx两端的电压等于V2-V1,所以流过Rx的电流等于(V2-V1)/Rx,因此输入信号将通过放大器获得增益并且得到放大。
这种电路的优点在于：
a,高共模抑制比；
b,通常只需改变电阻Rx大小可改变增益。
以上电路需要三个运放，在调试的时候会比较复杂。现在的很多仪表放大器的内部电路与这个电路相同，而且仪表放大器都有成品可以买到,只需调整外界电阻就可以调整放大器的放大倍数，准确而且方便。
以下是几种常用的集成仪表放大器[22][23],其主要参数如表3-1
表3-1 三种集成医用放大器参数
器件输入失调电压输入偏置电流输入失调电流输入噪声
AD620 50uV 1.0nA 0.5nA 13
INA128 125nV 5.0nA 5.0nA 10
OPA131 1mV 50pA 50pA 21
脉搏信号是在强噪声下的微弱信号，它对前置放大器的共模抑制比，输入阻抗，输入噪声，输入失调电压有较严格的要求，由表3-1知AD620是最为理想的。AD620参数如表3-2所示。
表3-2 AD620参数表
项目规格备注
增益范围1～1000 只需一个电阻就可以设定
电源供应范围 2.3V~18V
低耗电量最大供应电流=1.3mA 可用电池供电，方便运用于便携式器材
精确度高40ppm的最大非线性度；最大偏置电压为50μV ；最大漂移电压0.6μV/℃
低讯号1khz时低输入噪声9nV/Hz
使用场合ECG 量测量与用以器材、压力测量,V/I 转换
资料拾取系统等
A D620的芯片引脚如图3.2所示
1R 4.49x
+=K G
图3.2 AD620芯片引脚图
其中增益为
（3-1）
由于肌电干扰可能造成前置放大器静态工作点的偏移，甚至截至饱和，所以前置放大器的增益不能太大。所以设计时考虑两级放大,第一级采用AD620,外接一个4.7K 的电阻,放大倍数由公式大约放大十倍左右。
实际的一级放大电路原理图如图3.3所示。
图3.3 一级放大电路
3.2 二阶滤波器电路的设计
由于脉搏信号的频率在1.33HZ 左右，正常情况下不会出现高于2HZ 的信号，因此需要设计一个低通滤波器，用来滤去高频信号。在这个系统中最大的干扰就是来自市电的50HZ 干扰信号，考虑到有些病人在患病时可能会出现较高的脉搏，因此在设计滤波
器的截止频率在4HZ左右，这样不但能保证不滤去脉搏信号，而且能很好的将干扰滤去。
（1）方案选择：
方案一：无源滤波器
采用RC低通滤波器。其电路如图3.4所示，特点是电路简单，阻带衰减太慢，选择性较差。其幅频特性如图3.5所示。
图3.4 一阶无源滤波
图3.5 一阶无源滤波器幅频特性
方案二：二阶低通滤波器
采用二阶有源滤波器，通带内幅频特性曲线比较平坦，而且二阶也可以达到较陡的衰减的特性。由于主要的干扰出现在50HZ左右，所以在截止频率较低时，采用二阶滤波器即可达到很好的滤波效果。二阶有源滤波器的电路图如图3.6所示。其幅频特性如图3.7所示。
RC
F C π21
图3.6 二阶有源滤波器
图3.7 有源滤波器幅频特性
（2）参数确定
电容C 的容量宜在微法数量级以下,电阻器的阻值一般应在几百千欧以内。我们现在设定C1=C2=0.33uF ，R1=R2=100K 。
根据
（3-2）
可以计算出，该滤波器的截止频率为4.8HZ 。符合所要达到的指标。同时，为了更好的实现效果，也可以使用一些稍大的电阻，如110K 等。
（3）方案确定
由于使用二阶有源滤波器能够很好的实现系统的滤波目的，所以选择使用方案二，即二阶有源滤波器。其电路原理图如图3.8所示。
六大营养素 1.蛋白质：是构成人体组织最主要的营养素，也是体内物质主要的输送者。功能：供给能量。调节生理机能。维持人体生长发育，构成及修补细胞、组织之主要材料。奶类、肉（蛋、鱼、豆）类。 2.醣类：是人体日常生活热能的主要来源。功能：供给能量。帮助脂质在体内的代谢。形成人体内的物质，调节生理机能 3.脂质：就是所谓的油，和醣类一样是人体热能的主要来源之一。我们将脂质又分为两类：动物性脂质和植物性脂质。一般来说，植物性脂质对人体较好。功能：供给热能。形成皮下脂肪，维持体温恒定。协助脂溶性维生素的吸收与利用。保护内脏器官。 4.矿物质：它包含了很多种的物质，比较重要的有例如像是钙：是构成骨骼和牙齿的要素，也是调节心跳和肌肉收缩的主要物质；磷：也是构成骨骼和牙齿的主要物质之一；铁：是构成血红素的主要物质之一，也是体内部分酵素的成分。另外，还有很多其他的矿物质，对身体的生理功能都有重要的影响，都不可以偏废。功能：构成身体细胞有机物质的主要原料。调节生理机能。 5.维生素：分为水溶性和脂溶性两大类。功能：促进新陈代谢。调节生理机能。 6.水：是体内最好的润滑剂和溶剂，体内有很多物质必须溶於水中才可以反应，所以也是人体不可或缺的营养素之一。功能：促进食物的消化及吸收作用。调节体温。维持正常循环作用及排泄作用。帮助维持体内电解质的平衡。滋润各组织的表面，减少器官间的摩擦。 蛋白质——赖以生存的基础营养素 脂肪——贮存能量的重要营养素 碳水化合物——获取能量的主要营养素 矿物质——影响生理功能的营养素 维生素——维持机体健康的营养素 食物纤维——焕发生理活性的营养素 水——构成生命的基本营养素
目录： 人体与家具—斜作业面 人体与家具—坐立交替式作业 人体与家具—坐姿作业 人体与家具—站立作业 人体与家具—工作面的高度 人体与家具—斜作业面 作业时，人的视觉注意区域决定头的姿势。头的姿势要舒服，视线与水平线的夹焦应在图3-5所规定的范围内。坐姿时，此夹角为32°～44°，站姿时为23°～34°。由于视线倾斜的角度包括头的倾斜和眼球转动两个角度，实际头倾斜角度为站立8°～22°，坐姿17°～29°。 实际工作中，头的姿势很难保持在图中所示的范围内，如最常见的在写字台上读写书画，头的倾角就超过了舒服的范围(即8°～22°)，因此出现了桌面或者作业面倾斜的设计。此时人的头和躯体的姿势受作业面高度和倾斜角度两个因素曲影响。图中的绘图桌都是已经批量生产的产品。研究者根据人的作业姿势，选出、4张设计好的和4张设计差的绘图桌进行比较，通过测量发现如下结果： (1)设计好的，躯体弯曲为7°～9°；
(2)设计差的，躯体弯醢为19°～42°； (3)设计好的，头的倾角为29°～33°； (4)设计差的，头的倾角为30°～36°。 特别是当水平作业面过低时，由于头的倾角不可能过多超过30°，人不得不增加躯体的弯曲程度。因此，绘图桌的设计应注意以下几条要求： (l)高度和倾斜度都可调； (2)桌面前缘的高度应在65～130cm内可调； (3)桌面倾斜度应在0°～75°内可调。 对学生使用课桌时的姿势的研究已经发现，躯体倾斜(第12节胸椎与眼睛的连线同水平面之词的夹角)程度与桌面倾斜有关系： (1)水平桌面：35°～45°； (2)倾斜12°桌面：37°～48°； (3)倾斜24°桌面：40°～50°。 可见，倾斜桌面有利于保持躯体自然姿势，避免弯曲过度。另外，肌电图和个体主观感受测量都证明了倾斜桌面的优越性，倾斜桌面还有利于视觉活动。但桌面斜了，放东西就困难，这一点设计时亦应予以考虑。 从适应性而言，可调工作台是理想的人体工程学的设计。在轻负荷作业条件下，不同身高的人应采用的调节高度。 调节操作人员肘部的离地高度。如果操作人员是坐着工作的，调节坐椅的高度。如果操作人员是站立工作的，可在脚下设置不同高度的踏脚板或铺设不同张数的地毯，以调节高度。 人体与家具—坐立交替式作业 这是指工作者在作业区内，既可坐也可站立。重要的和需要经常注意的视觉工作必须设计在舒服的视线范围内，从而避免由于头的姿势不自然而引起的颈部肌肉痛疼。
一、人体尺度 人体尺度，即人体在室内完成各种动作时的活动范围。设计人员要根据人体尺度来确定门的高宽度、踏步的高宽度、窗台阳台的高度、家具的尺寸及间距、楼梯平台、家内净高等室内心尺寸。常用的室内尺寸如下： 支撑墙体：厚度0.24m 室内隔墙断墙体：厚度0.12m 大门：门高2.0~2.4m，门宽0.90~0.95m 室内门：高1.9~2.0m左右、宽0.8~0.9m门套厚度0.1m 厕所、厨房门：宽0.8~0.9m、高1.9~2.0m 室内窗：高1.0m 左右窗台距地面高度0.9~1.0m 室外窗：高1.5m 窗台距地面高度1.0m 玄关：宽1.0m、墙厚0.24m 阳台：宽1.4~1.6m、长3.0~4.0m（一般与客厅的长度相同） 踏步：高0.15~0.16m、长0.99~1.15m、宽0.25m；扶手宽0.01m、扶手间距0.02m、 中间的休息平台宽1.0m。 二、常用家具尺寸； 卧室： 单人床：宽0.9m、1.05m、1.2m；长1.8m、1.86m、2.0m、2.1m；高0.35m~0.45m。双人床：宽1.35m、1.5m、1.8m，长、高同上。 圆床：直径1.86m、2.125m 、2.424m。 矮柜：厚度0.35~0.45m、柜门宽度0.3~0.6m、高度0.6m。 衣柜：厚度0.6~0.65m、柜门宽度0.4~0.65m、高度2.0~2.2m。 客厅： 沙发：厚度0.8~0.9m、坐位高0.35~0.42m、背高0.7~0.9m。 单人式：长0.8~0.9m
双人式：长1.26~1.50m 三人式：长1.75~1.96m 四人式：长2.32~2.52m 茶几： 小型长方：长0.6~0.75m、宽0.45~0.6m、高度0.33~0.42m 大型长方：长1.5~1.8m、宽0.6~0.8m、高度0.33~0.42m 圆型：直径0.75/0.9/1.05/1.2m,高度0.33~0.42m 正方型：宽0.75/0.9/1.05/1.20/1.35/1.50m，高度0.33~0.42,但边角茶几有时稍高一些，为0.43~0.5m 书房： 书桌：厚度0.45~0.7m（0.6m最佳）、高度0.75m。 书架：厚度0.25~0.4m、长度0.6~1.2m、高度1.8~2.0m，下柜高度0.8~0.9m 餐厅： 椅凳：座面高0.42~0.44m、扶手椅内宽于0.46m 餐桌：中式一般高0.75~0.78m、西式一般高0.68~0.72m 方桌：宽1.20/0.9/0.75m 长方桌：宽0.8/0.9/1.05/1.20m、长1.50/1.65/1.80/2.1/2.4m 圆桌：直径0.9/1.2/1.35/1.50/18m 厨房： 橱柜*作台：高度0.89~0.92m 平面*作区：厚度0.4~0.6m 抽油烟机与灶的距离：0.6~0.8m *作台上方的吊柜：距地面最小距离>1.45m、厚度0.25~0.35m、吊柜与*作台之间的距离>0.55m 卫生间： 盥洗台：宽度为0.55~0.65m、高度为0.85m、盥洗台与浴缸之间应留约0.76m宽的通
人体必需的六大营养素 营养素之一：碳水化合物 1．碳水化合物亦称糖类化合物，糖类化合物由碳、氢、氧三种元素组成。每克碳水化合物产生16.81千焦的热量。 2．碳水化合物是为人体提供热能的三种主要的营养素中最廉价的营养素。 3．食物中的碳水化合物分成两类：人可以吸收利用的有效碳水化合物，如：单糖、双糖、多糖；和人不能消化的无效化合物，如：纤维素。其中糖参与人体组织细胞的合成，保护肝脏，协助排毒。 4．碳水化合物主要的生理功能：①构成机体的重要物质；②提供热能；③调节食品风味；④维持大脑功能必需的能源；⑤调节脂肪代谢；⑥提供膳食纤维。 营养素之二：蛋白质 1．蛋白质是构成人体内各种细胞的主要原料，因而是构成人体各种组织器,如皮肤、肌肉、毛发、骨骼、血液、内脏、大脑等的主要成分，还是补偿新陈代谢消耗及修补组织损失的主要物质。蛋白质是生命的物质基础，没有蛋白质就没有了生命。 2．蛋白质构成人体内各种重要物质，如激素、酶、抗体、血红蛋白等的重要成分，从而具有重要的调节各种生理活动、维持机体健康水平的作用。如果蛋白质不足，儿童发育会受到影响，成年人的体
质会下降，容易患病并且不易康复，蛋白质对调节人体的新陈代谢都起到十分重要的作用。 3．蛋白质在体内氧化可以产生热量，是供热营养素之一。由蛋白质提供的热量占每日人体所需总热量的10%～15%，每克蛋白质可产生16.72干焦热量。由此可见，蛋白质与人体生命活动息息相关。当蛋白质摄取不足时，会出现新生细胞生成速度减慢、生长发育迟缓、体重减轻、身材矮小、容易疲劳、抵抗力降低、贫血、病后康复缓慢、智力下降等状况。相反，若长期蛋白质摄入量过剩，超出人体的需要，那么过量的蛋白质非但难以消化吸收，反而会造成胃肠、肝脏、胰脏和肾脏的负担，进而造成胃肠功能紊乱和肝脏、肾脏的损害，对身体不利。所以在补充蛋白质时一定要适量．不能多也不能少。 营养素之三：脂类 脂类是人体必需的一类营养素，是人体的重要组成部分。脂类是脂肪和类脂的总称。脂肪又称中性脂肪，是碳。氢，氧种元素组成的有机化台物。类脂包括磷脂。固醇类，脂蛋白、糖脂等。类脂是构成机体组织较稳定的脂类，受食物脂肪影响较小，因而从营养角度出发，中性脂肪、要在日常膳食中给予重视的脂类营养素。 脂类在人体内有以下几种生理功能： 1．供给热能。脂肪是产生热量最高的一种能源物质，每克脂肪在体内可产生37.62千焦热能，是蛋白质或碳水化合物的2.25倍。积存的脂类是机体的“燃料仓库”，为能量的一种贮存形式。
东华理工学院长江学院毕业设计（论文） 题目：人体健康监测器 英文题目：Monitoring human health equipment 学生姓名：邵锦 班级：023122 指导教师：黄永忠 专业：机电系自动化
二零零二六年六月
摘要 随着现代人生活节奏的加快以及生活质量的提高，人们对自身健康状况越来越关注，人们希望能随时、简单、方便的对身体进行检查，因此，一些体积小的便携式或者家用的健康监测装置，比如：体温表、电子血压计等由于操作简单，受到人们的欢迎。但是，这些装置大多功能单一，如果需要随时对多种健康指标进行监测，必须随身携带多种监测装置，给使用者带来了麻烦。 本设计是一种随身携带的监测人体健康的仪器。包含了一个或多个传感器，模/数转换器将采集的信号转换为数字信号发送给中央处理单元：中央处理单元将数字信号转换为人体健康数据，通过显示器等外部设备显示给用户。它综合了一系列单一健康监测器的功能，可同时对人体的体温、血压和脉搏进行监测，让用户随时了解自己的身体状况 关键词。 A/D574转换器芯片、INA102集成仪表用放大器、8279芯片、8031芯片 Summary Along with modern people rhythm of life quickening as well as quality of life enhancement, the people more and more pay attention to own state of health, the people hoped can as necessary, simple, convenient carry on the inspection to the body, therefore, some volumes small portable or home use health monitor installment, for instance:Clinical、 thermometer, electronic sphygmomanometer and so on because operates simply, receives people's welcome. But, these installment mostly function is unitary, if needs as necessary to carry on the monitor to many kinds of healthy targets, must carry many kinds of monitor installment along with, has brought the trouble to the user. This design is the monitor human body health instrument which one kind carries along with. Has contained or many sensors, the mold/The number switch will gather the signal will transform into the digital signal transmission for the central processing element: The central processing element transforms the digital signal into the human body healthy data, through the monitor and so on the external instrumentation demonstrated gives the user.It synthesized a series of sole healthy monitor function, may simultaneously to the human body temperature, the blood pressure and the pulse carries on the monitor, lets the
六大营养素 六大营养素包括：蛋白质、脂肪、碳水化合物、矿物质、维生素和水 蛋白质 蛋白质是生命的物质基础，生命是蛋白质的运动形式。如果蛋白质长时间地摄入不足，正常代谢和生长发育便会无法进行，轻者发生疾病，重者甚至可以导致死亡。 1、蛋白质的化学组成 蛋白质主要由碳、氢、氧、氮四种元素组成。蛋白质元素组成的最大特点是含有氮。有些蛋白质还含有硫、磷、铁等其他元素。上述这些元素按一定结构组成氨基酸。氨基酸是蛋白质的组成单位。自然界中的氨基酸有20多种，这20 多种氨基酸以不同数目和不同顺序连接构成种类繁多，千差万别的蛋白质，发挥它们各自不同的生理功能。蛋白质的分子大小可相差几千倍，但它们含氮的百分率相当恒定，各种蛋白质每100克中的氮含量都约是16 克。这样，我们要测定某一种食物的蛋白质含量便可以首先测定其氮含量，再乘以6.25 （100÷16 = 6.25 ）即可得出该食物的蛋白质含量。 2、必需氨基酸和非必需氨基酸 食物中的蛋白质必须经过肠胃道消化，分解成氨基酸才能被人体吸收利用，人体对蛋白质的需要实际就是对氨基酸的需要。吸收后的氨基酸只有在数量和种类上都能满足人体需要身体才能利用它们合成自身的蛋白质。营养学上将氨基酸分为必需氨基酸和非必需氨基酸两类。 必需氨基酸指的是人体自身不能合成或合成速度不能满足人体需要，必须从食物中摄取的氨基酸。对成人来说，这类氨基酸有8种，包括赖氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸、色氨酸和苯丙氨酸。对婴儿来说，组氨酸也是必需氨基酸。 非必需氨基酸并不是说人体不需要这些氨基酸，而是说人体可以自身合成或由其它氨基酸转化而得到，不一定非从食物直接摄取不可。这类氨基酸包括谷氨酸、丙氨酸、精氨酸、甘氨酸、天门冬氨酸、胱氨酸、脯氨酸、丝氨酸和酪氨酸等。有些非必需氨基酸如胱氨酸和酪氨酸如果供给充裕还可以节省必需氨基酸中蛋氨酸和苯丙氨酸的需要量。 3、蛋白质的分类
一、 一、人体工程学：又称“人类工程学”、“人体工学”和“人类工学”是以人的心理学、解剖学和生理学为基础，综合多种学科研究人与环境的各种关系，使得生产器具、生活器具、工作环境、生活环境与人体功能相识应的一门综合性科学。 1、人体尺度：（一）静态尺度，是指静止的人体尺寸，即人在立、坐、卧是的尺寸。（二）动态尺度，是指人在作业及动作在空间进行是所发生的尺寸。 2、人体尺度与家具 桌面高度=椅高+差尺=椅高+1/3（坐高-10mm） 椅子高度=下腿高-10mm 学生课桌高度：桌面高度=椅高+1/2（坐高-10mm） 二、居室按人体工程学设置常用空间尺度 1、起居室 A、起居室的处理要点： a、起居室是人们日间的主要活动场所，平面布置应按会客、娱乐、学习等功能进行区域划分 b、功能区的划分与通道应避免干扰 B、起居室常用人体尺度 2、餐厅 A、餐厅的处理要点 ：a、餐厅可单独设置，也可设在起居室靠近厨房的一隅 b、就餐区域的尺寸应考虑人的来往，服务等活动 c、正式的餐厅内应设有备餐台，小车及餐具贮藏柜等设备 B、餐厅的功能分析 ： C、餐体常用人体尺寸 3、卧室 A、卧室的处理要点： 卧室的功能布置局应有睡眠、贮藏、梳妆及阅读等部分。平面布局应以床为中心。睡眠区的位置应相对比较安静。 B、卧室常用人体尺寸 4、厨房 A、厨房处理要点： a、厨房设备及家具的布置应按照烹调操作顺序来布置。以方便操作，避免走动过多 b、平面布置除考虑人体和家具尺寸外，还应考虑家具的活动 B、厨房功能分析： C、厨房常用人体尺寸 D、厨房家具的布置 1、厨房中的家具主要有三大部分：带冰箱的操作台带水池的洗涤台带炉灶的烹调台 2、主要的布局形式见图 E、厨房操作台的长度 5、卫生间 A、卫生间处理要点：
如何对自己的身体健康状态进行检测（一） （一）元气状态之半月痕 1、何为元气： 通俗讲就是指人的精神、精气。睡眠好、吃好消化好，思维敏捷，不咳不喘，呼吸顺畅，心不慌，气色红润声音洪亮。中医认为元气是人体最根本、最重要的气，是人体生命的源动力，元气充足则健康，元气受损则生病，元气耗尽则死亡。也就是说元气充足免疫力就强，从而战胜疾病；元气不足或虚弱，就不能产生足够的抗体或免疫力战胜疾病，因而造成死亡。 元气的特点：元气就好像石油一样，不可再生，消耗起来很容易，补却很难。 2、元气检测方法： 手指甲可以直接反映出身体内在的情况，元气的充足与否就可以从手指甲的半月痕上检测出来。伸出双手，看到指甲下半部分有一个白色的半月形，这个白色的月牙叫做半月痕，称之为“元气环”，代表着人体的精气。元气充足则在双手指甲上呈现八个以上的半月痕，每个半月痕应该占指甲的1/5，奶白色，越白越好；半月痕越少表示元气虚弱，容易手脚冰凉。 半月痕的数量八个为最好，过多则容易患“三高”，营养过剩；少则体寒，元气不足。半月痕的减少是从小指开始，依次向大拇指过渡。如果是先天没有，不作为诊断的依据，反之先天有后天没有了，说明元气消耗。人体元气的表现应该是一种平和的状态，少则不足，过犹不及。 3、元气补养方法： 元气是父母先天给予的，乃不可再生资源，极其珍贵。补养元气的前提是减少元气的消耗，然后再通过穴位按摩的方式尽量进行保养。大多数人往往缺乏养生的意识，在繁忙工作学习中导致了一些不良生活习惯。改善生活起居，调理内在身体平衡。五脏皆有元气，过度使用就会伤元气，用完再补，就不如减少消耗对身体有益。 元气是父母先天给予的，乃不可再生资源，极其珍贵。补养元气的前提是减少元气的消耗，然后再通过穴位按摩的方式尽量进行保养。多数人往往缺乏养生的意识，在繁忙工作学习中养成了一些不良生活习惯。改善生活起居，调理内在身体平衡，是最主要的元气保养方式。五脏皆有元气，过度使用就会伤元气，用完再补，就不如减少消耗对身体有益。 补养元气的方法有： 1）减少元气消耗： a.保证睡眠充足，子时前入睡（11点前入睡）。次日1时处于熟睡状态最能帮助肝脏恢复元气。 b.不吃辛辣刺激的食物。如麻辣香锅、水煮鱼这些口感刺激的食物。还有含有咖啡因的饮料，也会消耗元气。
第9章人的食物来自环境 第一节人体需要的主要营养物质 教学目标： 一、知识：1、探究食物中含有蛋白质、淀粉、脂肪 2、举例说明人体需要的主要营养物质 二、能力：引导学生学会收集、整理、加工、应用信息的能力以及观察能力、语言表达能力、 小组合作交流能力等 三、情感态度和价值观： 使学生形成关注、关心自身和他人健康，用科学知识指导健康生活的科学态度。 教学重点： 1、探究食物中含有蛋白质、淀粉、脂肪 2、举例说明人体需要的主要营养物质 教学难点：举例说明人体需要的主要营养物质 教学设计： 一、创设情境，激发兴趣，导入新课 师：展示两组图片，一组是非洲难民的孩子骨瘦如柴，无力行走的图片；另一组是一些少年儿童过度肥胖的图片。 提问：两组图片中孩子体态上的明显差异是什么原因引导的？（学生答：营养）同学们想不想给他们提供一些科学营养的建议呢？（学生答：想。） 师：要想科学营养，就离不开营养物质，而我们获得营养物质的主要途径是摄取食物，那么食物究竟为我们提供了哪些营养物质呢？ 二、师生互动，解决疑难 1、学生以小组为单位，针对自己经常食用的5种食物，提出有关营养成分的问题，并作出相关的假设 2、将各小组统计结果进行交流，再统计，全班总计列出多少种食物及营养成分。 3.教师展示收集的食物种类及营养成分。 汇总调查资料、分析、讨论和归纳有关信息（见下表)。
师：食物究竟给我们提供了哪些营养成分？ 学生阅读教科书内容后回答：包括水、无机盐、糖类、脂肪、蛋白质 和维生素共六大类。 师：谁能告诉我哪些营养成分属于无机物？哪些属于有机物？ 生：水、无机盐属无机物，糖类、脂肪、蛋白质和维生素属于有机物。 师：三大产热营养素是哪三种营养成分？ 生：糖类、脂肪和蛋白质。 三、实验：1、探究食物中含有蛋白质、淀粉和脂肪 学生4人一组进行实验，并讲述实验现象和结果 讨论：不同食物中含有的蛋白质、淀粉、脂肪一样多吗？ 师：我们认识到食物中的营养物质包括有机物和无机物，这几种物质分别有什么作用？我们主要从哪些食物中可以获得这些物质？ 生：结合第21、22页教科书内容和自身生活经验，小组总结归纳，小组成员分工合作。师：参与小组活动，指导学生列表归纳。 生：汇报合作成果。 师：适时对学习小组进行表扬和激励。 生：学生互评，并对学习小组的成果进行评价。 师：食物中是否含有无机盐呢？下面我们用实验来进行探究 3、探究食物中含有无机盐 学生4人一组进行实验，并对实验现象进行记录，小组互评实验结果 学生举例说出各种无机盐的作用 4、指导学生阅读课本25页了解各种维生素的作用及缺乏会导致的疾病 四、师生共同小结
人体工程学是室内设计中必不可少的一门专业知识，了解人体工程学可以使装修设计尺寸更符合人们的曰常行为和需要。 人体工程学内容主要包括以下几点： *人体尺度 *人体行为区域 *常用家具设备尺寸 *建筑尺度规范 *视觉心理和空间 一、人体尺度 人体尺度，即人体在室内完成各种动作时的活动范围。设计人员要根据人体尺度来确定门的高宽度、踏步的高宽度、窗台阳台的高度、家具的尺寸及间距、楼梯平台、家内净高等室内心尺寸。常用的室内尺寸如下：支撑墙体：厚度0.24m 室内隔墙断墙体：厚度0.12m 大门：门高2.0~2.4m，门宽0.90~0.95m 室内门：高1.9~2.0m左右、宽0.8~0.9m门套厚度0.1m 厕所、厨房门：宽0.8~0.9m、高1.9~2.0m 室内窗：高1.0m 左右窗台距地面高度0.9~1.0m 室外窗：高1.5m 窗台距地面高度1.0m 玄关：宽1.0m、墙厚0.24m 阳台：宽1.4~1.6m、长3.0~4.0m（一般与客厅的长度相同） 踏步：高0.15~0.16m、长0.99~1.15m、宽0.25m；扶手宽0.1m、扶手间距0.2m、中间的休息平台宽1.0m。 二、常用家具尺寸； 卧室： 单人床：宽0.9m、1.05m、1.2m；长1.8m、1.86m、2.0m、2.1m；高0.35m~0.45m。 双人床：宽1.35m、1.5m、1.8m，长、高同上。 圆床：直径1.86m、2.125m 、2.424m。 矮柜：厚度0.35~0.45m、柜门宽度0.3~0.6m、高度0.6m。 衣柜：厚度0.6~0.65m、柜门宽度0.4~0.65m、高度2.0~2.2m。 客厅： 沙发：厚度0.8~0.9m、坐位高0.35~0.42m、背高0.7~0.9m。 单人式：长0.8~0.9m 双人式：长1.26~1.50m 三人式：长1.75~1.96m 四人式：长2.32~2.52m 茶几： 小型长方：长0.6~0.75m、宽0.45~0.6m、高度0.33~0.42m 大型长方：长1.5~1.8m、宽0.6~0.8m、高度0.33~0.42m 圆型：直径0.75/0.9/1.05/1.2m,高度0.33~0.42m 正方型：宽0.75/0.9/1.05/1.20/1.35/1.50m，高度0.33~0.42,但边角茶几有时稍高一些，为0.43~0.5m 书房： 书桌：厚度0.45~0.7m（0.6m最佳）、高度0.75m。 书架：厚度0.25~0.4m、长度0.6~1.2m、高度1.8~2.0m，下柜高度0.8~0.9m 餐厅： 椅凳：座面高0.42~0.44m、扶手椅内宽于0.46m
《人体工程学》教案 目录 概述 第一章人体工程学概述(人体工学与室内设计,人体学简介及发展) 第二章人体与室内 第一节人体尺寸 第二节人体活动 第三章人体与家具(人体工程学在家具中的运用) 第一节工作面的高度 第二节座位的设计 第三节卧具的设计 第四章人的知觉与空间环境的关系,人的感觉与空间环境 第五章人的行为心理与空间环境 作业设计 课程总体安排 课程性质:专业基础课 学分:2 学时:32(其中实训14学时) 内容简介:本课程就是艺术设计专业(环境艺术设计方向)的基础课程,内容包括:人体工程学的概念、应用范围、研究方法;人体在室内的尺度、活动范围、作业效率,人体与家具、环境的关系,人的行为心理与室内环境的关系;通过本课程的学习,加深对“人”与“室内环境”等研究对象科学、全面的了解。掌握人体工程学的基本理论与技术科学知识,
了解本专业学习、工作与人体工程学的关系及相互作用,培养正确、科学的人体工程学观念与实测、统计、分析的研究方法,学会运用基本理论、原理与解决室内设计具体问题的综合能力。 适用专业:环境艺术设计方向 概述 本课程就是环境艺术设计专业的基础课程,与今后的设计课程联系紧密。课程的内容包括:人体工程学的概念、应用范围、研究方法;人体在室内的尺度、活动范围、作业效率,人体与家具、环境的关系,人的行为心理与室内环境的关系;通过本课程的学习,加深对“人”与“室内环境”等研究对象科学、全面的了解。掌握人体工程学的基本理论与技术科学知识,了解本专业学习、工作与人体工程学的关系及相互作用,培养正确、科学的人体工程学观念与实测、统计、分析的研究方法,学会运用基本理论、原理与解决室内设计具体问题的综合能力。 第一章人体工程学概述 (人体工学与室内设计,人体工学简介及发展) [课时] 2课时 [教学重点] 要求学生理解人体工程学就是研究人与物,人与环境关系的学科。在日常生活中运用人体工程学主动地、高效率地支配生活环境,从而达到我们生活的要求。同时要让学生了解工程学发展的历史。 [教学难点] 对人体工程学的定义的理解,人体工程学与人的关系,人体工程
毕业论文 中文标题基于Arduino的人体健康监测系统 英文标题Human health monitoring system based on Arduino
基于Arduino的人体健康监测系统 摘要 近年来,随着生活、工作等方面压力的增加,越来越多的人开始重视自身身体健康问题，鉴于此种情况，本文介绍了以一款简单清晰、发展迅速的开源电子原型平台Arduino uno为主，利用腕带式脉搏传感器、红外体温传感器MLX90615采集信号经单片机处理后通过网络模块进行上传的人体健康监测系统。此系统所采用设备,体积小,使用方便，测量精度较高可以同时对人体体温、脉搏进行监测，并上传至网络，可以随时查看。此系统不仅仅可以作为私人健康监测系统使用，对人群密集处的健康监测也有着一定的研究意义。 关键词：Arduino；腕带式脉搏传感器；红外体温传感器;上传网络
HUMAN HEALTH MONITORING SYSTEM BASED ON ARDUINO Abstract In recent years, with the increase in life, work and other aspects of pressure, more and more people began to pay attention to their own health problems, in view of this situation, this article introduced a simple and clear, rapid development of open source electronic prototype platform Arduino uno Mainly, the use of wristband pulse sensor, infrared temperature sensor MLX90615 acquisition signal through the microcontroller processing through the network module to upload the human health monitoring system. The system used by the device, small size, easy to use, high measurement accuracy can simultaneously on the human body temperature, pulse monitoring, and upload to the network, you can always view. This system can not only be used as a private health monitoring system, but also has some research significance for the health monitoring of crowds. Key words：Arduino；Wristband pulse sensor；Infrared body temperature sensor；Upload the network
家具与陈设作 业
室内设计人体工程学和常用家具尺寸实测结果 文管一号楼宿舍相关测量结果 宿舍门：高2.0m、宽0.9m门套厚度0.1m 宿舍窗：窗台距地面高度1.08m 尺寸为2.08*2.08 宿舍电脑桌：桌面0.76m，键盘放置平面高度0.67m 宿舍床： 1.8m 尺寸为2.0m*0.9m 文管一号宿舍楼梯踏步：高0.15m、长0.99m、宽0.25m； 楼梯休息平台尺寸： 1.64m*3.28m 张洁(161414229)同学的人体尺度测量结果（24个） 尺寸名称厘米（cm）英寸（in） 1身高179 70 2眼睛高度167 66 3肘部高度118 46 4挺直坐高92 36 5正常坐高90 35 6坐着时的眼睛高度76 30 7坐着时的肩中部高度56 22 8肩宽56 22 9两肘之间宽度48 19 10臀部宽度39 15 11肘部平放高度25 10 12大腿厚度17 7 13膝盖高度52 20 14膝腘高度45 18 15臀部-膝腘部长度52 20 16臀部-膝盖长度60 23 17臀部-足尖长度64 25 18臀部-脚后跟长度100 40 19坐着时的垂直伸够高度130 51 20垂直手握高度210 82 21侧向手握距离80 31 22手臂平伸拇指梢距离78 30 23最大人体厚度20 8 24最大人体宽度56 22
常用家具尺寸 卧室： 单人床：宽0.9m、1.05m、1.2m；长1.8m、1.86m、2.0m、2.1m；高0.35m~0.45m。 双人床：宽1.35m、1.5m、1.8m，长、高同上。 圆床：直径1.86m、2.125m 、2.424m。 矮柜：厚度0.35~0.45m、柜门宽度0.3~0.6m、高度0.6m。 衣柜：厚度0.6~0.65m、柜门宽度0.4~0.65m、高度2.0~2.2m。 客厅： 沙发：厚度0.8~0.9m、坐位高0.35~0.42m、背高0.7~0.9m。 单人式：长0.8~0.9m 双人式：长1.26~1.50m 三人式：长1.75~1.96m 四人式：长2.32~2.52m 茶几： 小型长方：长0.6~0.75m、宽0.45~0.6m、高度0.33~0.42m 大型长方：长1.5~1.8m、宽0.6~0.8m、高度0.33~0.42m 圆型：直径0.75/0.9/1.05/1.2m,高度0.33~0.42m 正方型：宽0.75/0.9/1.05/1.20/1.35/1.50m，高度0.33~0.42,但边角茶几有时稍高一些，为0.43~0.5m 书房： 书桌：厚度0.45~0.7m（0.6m最佳）、高度0.75m。 书架：厚度0.25~0.4m、长度0.6~1.2m、高度1.8~2.0m，下柜高度0.8~0.9m 餐厅： 椅凳：座面高0.42~0.44m、扶手椅内宽于0.46m 餐桌：中式一般高0.75~0.78m、西式一般高0.68~0.72m 方桌：宽1.20/0.9/0.75m 长方桌：宽0.8/0.9/1.05/1.20m、长1.50/1.65/1.80/2.1/2.4m 圆桌：直径0.9/1.2/1.35/1.50/18m 厨房： 橱柜*作台：高度0.89~0.92m 平面*作区：厚度0.4~0.6m 抽油烟机与灶的距离：0.6~0.8m 作台上方的吊柜：距地面最小距离>1.45m、厚度0.25~0.35m、吊柜与*作台之间的距离>0.55m 卫生间： 盥洗台：宽度为0.55~0.65m、高度为0.85m、盥洗台与浴缸之间应留约0.76m 宽的通道。 淋浴房：一般为0.9X0.9m、高度2.0~2.0m 抽水马桶：高度0.68m、宽度0.38~0.48m 、进深0.68~0.72m
一、人体所需的六大营养素： 碳水化合物、脂肪、蛋白质、矿物质（无机盐及微量元素）、维生素和水。 二、按功能分，营养素可归纳为那三类？ （1）供热能的营养素：碳水化合物、脂类。蛋白质。 （2）助身长、修补组织的营养素：蛋白质、矿物质 （3）调节机体生理功能的营养素：矿物质、维生素、水。 三、蛋白质的定义及按照营养价值如何分类？ 1.蛋白质：是由20多种氨基酸和肽键相连形成的，以不同的立体结构构成的功能各 异的一类大分子有机化合物的总称。是构成人体及一切生物细胞最基本的物质。是 生物的物质基础。 2.氨基酸的分类（按营养价值分）： （1）必须氨基酸：人体内需要的人体内不能合成，必须由食物中的蛋白质来供应的氨基酸。（如：亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、算算、色氨酸、 组氨酸和精氨酸） （2）非必须氨基酸：人体内需要但人体内能合成，不一定由食物来供应的氨基酸。是靠人体内的氮来合成，食物中的蛋白质是这种氮的来源。（如：甘氨 酸、丙氨酸、丝氨酸、谷氨酸。乌氨酸、瓜氨酸和胱氨酸）。 四、蛋白质与人体健康的关系 （1）蛋白质作为构成一切细胞的基本物质参与了生命发生与发展的全过程（从胎儿到成年）。 （2）人体内神经、肌肉、血液、骨骼及各种组织的细胞都有蛋白质参与其构成。 人体内蛋白质为其体重的20%，即使到了成年，人的体重不再增加，其体 内的各种组织细胞也会不断更新，据估计人体内参与更新的蛋白质约为总 蛋白质的3%. （3）形成人体内重要的免疫物质（抗体），随血液到身体的各组织器官，以保护机体面授细菌与病毒的侵害。 （4）与铁组成血红蛋白，血红蛋白将外界环境中的氧从肺部带至身体各个组织和细胞，参与细胞内氧化反应以产生能量。（co与血红蛋白的请合理比o2 与血红蛋白的亲和力大210倍，烟中含有大量的CO）。 五．蛋白质的变形作用 （1）天然蛋白质因环境的关系，从有程序的紧密结构，变为无程序散漫构造，称为变形作用。 （2）蛋白质变性的形式： a)可逆变形：是指取消引起变形的因素后，蛋白质可恢复原来的性质，如采 用正确的烹调方法烹制的各种蛋白质食物。 b)不可逆变性：是指取消引起变形对的因素后，蛋白质恢复不了原来的性质，
总第5课时第一节人体需要的主要营养物质教学目标： 知识与技能： 1．探究食物中含有蛋白质、淀粉和脂肪。 2．举例说出人体的主要营养物质。 3．了解蛋白质、淀粉和脂肪的来源和缺乏。 过程与方法： 1.加深对科学探究的一般过程的认识，进一步提高实验能力、观察能力、动手能力和数据处理能力。 2.形成一定的获取信息的能力和加工处理信息的能力。 情感态度价值观： 1.在活动中感悟合作精神和团队意识。 2.关注饮食健康，学会关心他人和关爱生命。 学习重点： 1．探究食物中含有蛋白质、淀粉和脂肪。 2．举例说出人体的主要营养物质。 学习难点： 1.了解蛋白质、淀粉和脂肪的来源和缺乏。 2．关注饮食健康，学会关心他人和关爱生命。 学习方式：自主合作探究学习 学习过程： 一、导入新课 利用多媒体展示两组图片，一组是非洲难民的孩子骨瘦如柴，无力行走的图片；另一组是一些少年儿童过度肥胖的图片。 问题：两组图片中孩子体态上的明显差异是什么原因引导的？那么食物究竟为我们提供了哪些营养物质呢？ 预习案 课前导学 1.食物中一般都含有、、、、、、，其中既是人体的组成物质又是人体的供能物质有、、。 2.六大营养素中是人体的主要供能物质的是，日常生活中的、、和（任举4例）中富含它。 3.六大营养素中是人体的备用能量的是，日常生活中的、、和（任举4例）中富含它。 4.六大营养素中是人体细胞的重要组成的是蛋白质，日常生活中
的、、和（任举4例）中富含它。 尝试练习 1．在正常情况下，糖类主要来自于日常膳食中的（）A．米饭 B．蔬菜 C．肉类 D．肉汤 2．小亮没吃早餐就去上学，上午感到头晕乏力，他应该吃哪种食物更好（） A．花生 B．火腿 C．鸡蛋 D．面包 3．不能给人体提供能量，但对维持正常生命活动有很重要作用的一组物质是（） A．蛋白质、无机盐、水 B．蛋白质、维生素、脂肪 C．维生素、无机盐、水 D．脂肪、蛋白质、糖类 学习案 知识点拨 1.按课本中的资料结合生活中的酿皮的制作我们可知进入水中的白色物质是淀粉，我们可用碘酒来检验；留在纱布中的黄色物质是蛋白质。 2.脂肪分为植物性和动物性的，一般在常温的情况下呈现液态的称为油，固态的称为脂。脂肪是我们人体的组成物质之一，所以，在饮食中摄入一定的脂肪是必需的。 3.蛋白质是人体细胞的重要组成物质，而青少年正处于身体发育的关键时期，身体细胞不断分裂、生长，所以每天摄入的蛋白质必须足量。 课内训练 1.既是人体的组成物质又是人体的供能物质的是﹙﹚ A.脂肪、糖类、维生素 B.蛋白质、脂肪、无机盐 C.糖类、脂肪、蛋白质 D.蛋白质、水、无机盐 2.富含蛋白质的食物是﹙﹚ A.大米 B .花生 C.鸡蛋 D.白菜 3.缺少哪种物质会提高肠癌等疾病的发病率﹙﹚ A.纤维素 B .无机盐 C.淀粉 D.维生素 4.下列物质中，遇碘液会变蓝色的是﹙﹚ A.蛋白质 B .脂肪 C.淀粉 D.维生素 5.下列物质中属于糖类的是﹙﹚ A.淀粉 B .氨基酸 C.甘油 D.维生素 反馈案 1．食物中一般都含有____________、____________、____________、____________、___________和__________等人体必需的营养物质。 2．____________、____________和____________是人体需要的有机物，人体的生长发育等生命活动都要消耗这些物质。它们既是人体的____________，又是人体内的____________。
人体健康监测与评估平台的研发 随着生活节奏加快和生活压力增加,人们面临着各种疾病高发的威胁,越来越多人饱受着各种疾病的折磨。因此,针对人们的日常健康状况进行监测和评估显得尤为重要。当人们的健康状况正在发生由好到坏的转变时,若能通过日常人体基本生理参数进行监测和评估,及时的向人们进行早期预警,将有效的防止健康状况的继续恶化。 传统的监测方法操作繁复,难以实现提前预警,并且实施起来有一定的困难。目前,随着智能手机的普及,以及手机数据处理能力不断提高和图像处理技术快速发展,使得人体一些基本生理参数的测量以及健康状态的监测可在一部手机上得以实现。基于此,本文拟开发一套既能测量人体生理参数也能实现健康评估的软件系统,以实现人体健康状态的早期预警,并具有低成本、方便、快捷等特点。 首先,本文介绍了光电容积脉搏波描记法(PhotoPlethysmoGraphy,PPG)技术的发展状况以及目前以PPG技术为基础的生理参数测量产品的存在状况。经过综合分析,阐述了本文的可行性以及创新性。并介绍了本文的研究内容以及结构安排。 其次,对人体健康监测平台的需求进行综合分析和总体框架设计。该系统的总体框架设计主要包括3部分内容:手机客户端实现脉搏信号和人体生理特征参数的获取;服务器的搭建;基于隐马尔科夫模型(Hidden Maikov Model,HMM)的健康评估模型的建立。此外,还分析了系统需要实现的功能以及搭建整个平台所用到的相关技术。 然后,基于PPG原理,通过手机指尖视频获取脉搏信号,并对所得信号进行了去噪处理。经过去噪后,根据相应的算法,从信号中提取出心率、呼吸率、平均压
和血氧饱和度等4种人体基本生理参数。接着,基于HMM基本原理,建立人体健康监测的评估模型,并对所建模型的准确性和合理性进行验证。 在模型建立过程中,首先基于采集信号提取38个时频域和小波包能量特征,并将这38个工程信号特征与对应的生理特征参数进行融合,得到一个高维矩阵。其次,利用Isomap降维算法对所得高维矩阵向低维空间映射,进行降维,避免高维矩阵因非线性,信息冗余以及互耦等特点导致的维度灾难和过拟合等问题。最后,采用所建模型对8组临床监测数据进行结果评估,并与临床健康状况进行对比分析,验证所建立模型的合理性和准确性。 继而,本文开展了人体健康监测的评估系统的软件设计与实现,并对该系统进行了测试分析与验证。主要进行以下3部分工作:(1)Android客户端各个模块的设计与实现,其中包括登录模块、UI模块、脉搏波获取模块、信号预处理模块、生理特征提取模块以及客户端和服务器的通信模块;(2)服务器端平台的搭建,其中包括服务器的框架设计以及服务器对数据库操作表的设计;(3)采用所构建的人体健康监测平台获取的数据进行人体健康状况分析,并将本系统测量的生理数据与医疗器械测量结果进行对比,验证平台监测和评估的准确性和合理性。最后,本文成功搭建人体健康监测平台,可实现人体常规生理特征的测量和健康状况评估。 同时,针对不足之处提出了改进以及对未来的研究方向进行了展望。