毕业设计（论文）基于zigbee的小区心电监控设计.doc

《毕业设计（论文）基于zigbee的小区心电监控设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）基于zigbee的小区心电监控设计.doc（85页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、 电气信息学院毕 业 设 计 说 明 书题 目： 基于zigbee的小区心电监控设计 专 业： 测控技术与仪器年 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 完成日期： 基于zigbee的小区心电监控设计摘 要：本文主要介绍一种智能便携心电采集分析仪的设计及关键技术。该仪器具有体积小、抗干扰能力强、灵敏度高和超低功耗等特点；其主要由数据采集模块、数据分析处理模块、数据显示和保存模块、zigbee模块、上位机显示、串口通讯等组成。处理芯片采用STC90LE516AD单片机。该系统性能可靠，成本低廉，抗干扰能力强、体积小、重量轻、携带方便等特点。关键词：便携式心电仪；心电信号；zigbee；LCD显示；

2、SD卡存储Abstract: This paper describesan intelligentportableECGacquisition and analysisinstrumentdesign andkey technologies.The instrumentis small,anti-interference ability, high sensitivity andlow power consumption, etc;the mainby the dataacquisition module,data analysis and processingmodule, datadisp

3、lay andsave the module, zigbeemodule, thehost computerdisplay, serialcommunicationscomponent.ProcessingchipSTC90LE516AD microcontroller.Thesystem is reliable, low cost,anti-interference ability, small size, light weight,portableand convenient.Keywords: portable rapid electrocardiograph;ECG;zigbee;LC

4、D display;SD card storage目 录1 前言12总体方案设计22.1 方案比较22.2 方案论证与选择33单元模块设计53.1心电调理电路53.1.1前置放大电路73.1.2 50Hz陷波电路83.1.3 带通滤波器电路93.1.4 100HZ陷波电路93.1.5 后级放大电路103.2 心电信号数字处理电路设计113.2.1 单片机系统模块设计113.2.2 LCD显示模块电路123.2.3 SD卡存储电路133.2.4 子机zigbee模块电路143.3 主机监控模块143.3.1 单片机电路153.3.2 RS232转换电路153.3.3 主机zigbee模块163.

5、4特殊器件的介绍173.4.1 STC90LE516AD173.4.2 LM358183.4.3 zigbee模块194软件设计224.1开发环境与语言224.2程序设计思想224.3程序设计结构总流程图234.4 主要模块软件设计234.4.1 STC90LE516AD模块软件设计234.4.2 SD卡存软件设计244.4.3 LCD液晶显示软件设计254.4.4 串口通讯子程序设计264.4.5 上位机程序设计275 调试285.1 软件仿真调试285.2 硬件调试325.1.1 心电调理电路调试325.1.2 单片机调试325.1.3 系统整体调试325.3 软件调试336 结论347

6、总结与体会358 谢辞（致谢）369 参考文献37附录1：电路原理图38附录2：设计程序41附录3：外文资料翻译68 1 前言心电信号是人体重要的生理信号，再有人体心血管系统的生理和病理信息。目前心电图仪在医院临床中也已经有了广泛的应用，给医生诊断病症带来很大的帮助。但随着社会的发展和变化，对医疗诊断也提出了新的要求，不再是单纯的在院诊断和治疗，现在应急医疗、社区保健作为常规医疗的补充有着更为重要的意义。这些非常规医疗场所的应急需求兼有经常性和突发性，正是由于这些特征，对于迅捷检测人体常规生理信号，如心电信号等，提出了新的要求。同时随着计算机技术和数字信号处理技术发展，生活水平的提高，人们越来

7、越关注自己的体健康，从而产生了许多有关医疗方面的器械，对心电信号的定量分析工作也取得了很大进展，但是对心电信号的量化分析需要有大量可靠的数据样本。为此本文介绍一种新的便携式快速心电仪的设计与实现，解决了难度较大的微弱信号检测，具有广泛的临床应用和医疗价值。便携式心电监护仪对心电信号进行采集、存储，并用zigbee无线技术传送到小区卫生站或医院，以备专业人员对心电信号进行分析，发现病情，让患者尽早采取措施。本文所设计的内容包括心电信号的放大与测试和串口电平转换电路。由于要采集的是微弱的心电信号，所以必须把它放大到V级，同时要对心电信号进行滤波。为了得到比较理想的心电图，为此，设计了一种能安全、有

8、效地采集心电信号电路。该电路具有50Hz工频干扰陷波、几种在人体的机电干扰陷波和精密放大、滤波等环节，在保证了采集过程中病人安全的同时，较好的解决了外界干扰问题，具有采集数据准确可靠、噪声小、成本低等特点。串口电平转换电路是为了在不改变系统的任何硬件和软件的基础上，实现心电仪和卫生站或者医院中的电脑主机之间的串口通讯。电路结构简单，性能稳定，兼容性强。2总体方案设计 本设计整体思路：根据设计要求，本设计主要友两部分组成：主机和子机。子机：利用导联电极将心电信号采集进行调理处理后，通过单片机的控制输出到LCD液晶显示器显示，并送入SD卡进行存储，通过zigbee无线模块将心电信号发送zigbee

9、网络中心节点。主机：接收由zigbee无线终端节点发送过来的心电信号，送入主机单片机处理，通过RS232电平转换与PC机通信，由PC机作为上位机，通过labview虚拟仪器程序界面显示心电信号，完成远程监控的目的。主机设计框图如图所示：Zigbee无线模块CPUPC上位机图2.1主机设计框图2.1 方案比较主机的设计无可争议，但是关于子机的设计，实现用户的便携式心电仪设计却有多种思路具体方案比较如下：方案一：利用导联电极将需要测量的心电信号进行调理处理，然后应用放大器将电信号放大成所需要量程的电信号，将该电信号传输给A/D转换器，将模拟电信号转换为数字信号。然后将信号传给单片机，由单片机控制上

10、位机程序界面显示。该系统设计连有上位机键盘输入，可以手动控制系统。通过串口，将单片机与上位机相连。导联电极模拟采集及调理电路A/D转换器CPUZigbee模块LCD显示器SD卡存储图2.2 方案一框图方案二：利用导联电极将需要测量的心电信号采集到并做适当放大、陷波等处理后，再将电信号送给以51为内核的STC90LE516AD单片机内部集成的8路10位A/D转换器，由ADC847单片机内部的51单片机内核来控制A/D转换器将模拟信号转换为数字信号。在单片机内部进行数据处理后，将结果发送到LCD液晶显示器上显示，达到实时监控的功能，并将结果送入SD卡存储电路进行存储。同时通过控制单片机与zigbe

11、e通信将数据数据结果上发至zigbee网络中心节点接收。导联电极LCD显示器Zigbee模块STC90LE516AD模拟采集及调理电路SD卡存储电路图2.3 方案二框图2.2 方案论证与选择方案一中由导联电极输出的电信号太微弱，需要经过放大器放大，这样就会产生工频干扰，影响到测量数据的准确性；由分立元件组成的积分电路和单个模数转换(ADC)芯片。积分电路构成的系统外围电路复杂，对个别元器件要求高，存在功耗大、可靠性不高、温度性能差的缺点。方案二中采用新型先进的STC90LE516AD单片机芯片，是高速/低功耗/超强扛干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，蛋速度快8-12倍，

12、内部集成8路高速10位ADC，数据处理速度达250K/S,即25万次/秒，且设计简单，噪声低，非常适用于精密仪器仪表，无需外接放大电路，可以直接将称信号调理电路输出的低电压输入到A/D。构成的系统具有高精度、低功耗、高稳定性的特点，且外围电路简单有利于生产及维护。方案二可以使测量的准确性大大提高。因此，我们选用方案二作为我们的设计方案。3单元模块设计3.1心电调理电路根据美国心电学会确定的标准，正常心电信号的幅值范围在10uV-4mV之间，典型值为lmV。心电信号频率较低，去掉直流，主要频率范围是0.05-100Hz，而90的ECG频谱能量集中在O.25-35Hz之间。心电信号的主要特征有以下

13、四个方面：1微弱性：从人体体表获取的心电信号一般只有10uV-4mV，典型值为lmV。在测量中，对如此微弱的信号，很难进行直接观测和记录，必须通过放大器进行适当地放大，再输出给显示或记录装置；2不稳定性：人体信号处于不停的动态变化之中，由于人体是一个与外界有密切关系的开放系统，加之内部存在着器官间的相互影响，所以，无论来自外部或者内部的刺激，都会使人体因适应这种变化，而从一种状念变化到另一种状态，从而使人体信号发生相应的变化；3低频性：人体心电信号的频率多集中在0.05-100Hz；4随机性：人体心电信号反映了人体的生理机能，是人体信号系统的一部分，由于人体的不均匀性，且容易接收外来信号的影响

14、，信号容易随着外界干扰的变化而变化，具有一定的随机性。在采集心电信号的时候，必然受到多种噪声的干扰，主要的干扰形式有以下几种：1电极噪声：一般为数十mV，有的达数百mV甚至V级，这个电压是一定值，但会随环境条件而改变，如电极糊剂干燥引起电压的缓慢变化，另外还与使用的频率有关。2电子器件噪声：在某些生理变量的测量中，被测信号往往非常微弱，所以电子器件噪声也成为测量的大障碍。这些噪声有电阻器件的热噪声、有源电子器件中的散粒噪声、晶体管器件的低频噪声及两种不同材料接触时所产生的接触噪声等。3无线电波及高频设备的干扰：人体大体上可作为导体来考虑，接上电极导线就会起到收信天线的作用，它接受无线电波以及高

15、频设备来的电磁波。由于放大器特性的非线性，它可把高频检波并构成了对心电信号的干扰。4被测生理量以外的人体电现象所引起的噪声在人体上有种种电现象混杂在一起，当测量某一生理量时，其他的电现象就成为干扰。所以某一生理量有时候是信号，而在另一场合则成为噪声。在测量心电信号时，肌电信号、脑电信号以及眼电信号等均为噪声。5电路实际布线的因素所造成的干扰：仪器装置内部的50Hz工频干扰及电源整流电路的纹波基本上是叠加的，这将导致各通道间和各不同功能板上的交叉干扰。此外，还有电路的布线不当也会导致测量电路工作的不稳定性。650Hz交流干扰：50Hz的交流干扰是由室内的照明及动力设备所引起的干扰，它是一个主要的

16、干扰源，其频率也处于心电信号的频带范围内，所以提高对50Hz的抗干扰能力，是心电信号检测和处理的重要部分。因此，想要采集到良好的心电信号，必须有效地抑制各种干扰。心电调理电路的主要作用是将心电信号高保真放大，以便进行进一步的记录或处理，信号调理电路一般包括放大和去除干扰两部分。上面介绍了心电信号的特征以及在心电采集时可能存在的干扰，因此，对心电信号的调理电路的设计总体上有以下几点要求：1设计合理的导联系统，选择合适的传感器，最大限度地降低电极噪声；2设计合理的有源滤波器，能够进行O.05-100Hz的带通滤波以及50Hz陷波；3实现800-1000倍的信号放大，其中前置放大器应该具有高输入阻抗

17、、高共模抑制比CMRR、低噪声以及宽的线性工作范围等特点；4实现信号的电压抬升，使提升后的电压范围满足AD转换芯片的输入要求。早期的心电图前置放大电路的主要方法有：1)场效应管差动式放大器；2)电子管串接型前置放大器；3)混合式串接型前置放大器，即将晶体三极管和场效应管组成串接型差动式放大器作为前置放大器。随着电子技术的发展，能满足心电信号前置放大器技术要求的电路很多，本设计中的心电调理电路采用差动放大电路和仪表运算放大器配合使用，可以达到同相输入、对称放大、输入阻抗高、共模抑制比高的特点。由于存在高频电磁波干扰和50Hz市电干扰，为了提高心电信号的质量，使用二阶低通滤波电路滤除了100Hz以

18、上频率的干扰信号，使用高通滤波电路滤除了0.05Hz以下的低频信号，同时使用50Hz陷波器进行滤波。在完成对系统的硬件电路模块划分的基础上，重点对便携式心电仪所选用的芯片、电路的组成结构及其组成原理进行了叙述。整体系统的硬件结构框图3-1所示：导联电极带通滤波电路后置放大电路50Hz陷波电路100Hz陷波电路前置放大电路50Hz陷波电路输出图3.1 心电信号调理电路硬件结构3.1.1前置放大电路图3.2 前置放大电路前置放大具体电路如上图所示。前文已经提及，心电检测主要是对人体产生的毫伏级甚至是微伏级的信号进行检测，但是其外界噪声背景却较强，通常都会有价值的心电信号强几个数量级，故一级放大10

19、00倍甚至更高的倍数是不现实的，而且考虑到心电信号比较微弱，若前置级放大倍数过大，噪声也会被放大，这样对后期心电信号的处理带来不便，所以必须采用多级放大的形式，所以其测试条件比较复杂。为不是真的检测出具有临床价值的干净的心电信号，这就要求心电采集系统具备高精度、高稳定性、高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声及强抗干扰能力等性能。前置放大电路成为心电数据采集的关键环节。本设计采用LM358双运算放大器作为内部频率补偿元件，与外围器件组合形成浮置反馈后，送入由TL084组成的前置放大电路，前置放大10倍。由于采集到的心电信号包括各种干扰信号，故前置放大倍数不能太大，以免将干扰信号放大至不可控制。3.1

20、.2 50Hz陷波电路图3.3 50Hz陷波电路50Hz的交流干扰是由室内的照明及动力设备所引起的干扰，它是一个主要的干扰源，其频率也处于心电信号的频带范围内，所以提高对50Hz的抗干扰能力，是心电信号检测和处理的重要部分。在心电信号经过前置级放大电路放大后，然后需要将放大后的信号进行滤波，因为经过分析知道，所设计的电路需要完成的主要任务是要将采集到的心电信号中的50Hz干扰信号进行滤除，因此所选滤波电路为带通滤波电路，如果从输入信号中减去带通滤波电路汇总处理过的信号，为了去除人体或测试系统中产生的工频50Hz干扰，需要使用陷波器进行滤波处理，对50Hz的工频干扰进行抑制，最后通过主放大器将心

21、电信号进一步放大，便于后面波形的显示。3.1.3 带通滤波器电路图3.4 带通滤波电路由于心电信号的频率范围在O.05-100Hz以内，而90的ECG频谱能量集中在O.25-35Hz之间，低于0.05Hz和高于100Hz的信号均被视为噪声干扰。为了消除电磁场、肌电干扰等对心电信号的干扰，采用带通滤波器进行滤波处理，滤波的下限设为0.05Hz，上限设为100Hz。本设计中所采用的是截止频率为O.05Hz的和截止频率为100Hz组成的带通滤波器，以滤除这一频率范围外的噪声干扰。3.1.4 100HZ陷波电路图3.5 100HZ陷波电路3.1.5 后级放大电路图3.6 后级放大电路3.2 心电信号数

22、字处理电路设计3.2.1 单片机系统模块设计图3.7 STC90LE516AD系统模块电路图在单片机系统电路中，包括了复位电路、时钟电路。本便携式心电监护仪要求选用低功耗单片机。在程序的编制优化后还是超过了2KB的运行空间，需要大容量RAM来满足要求，由此，选用了宏晶STC90LE系列单片机中的STC90LE516AD。STC90LE516AD可通过一个片内锁存环PLL产生一个12.58MHz的高频时钟，以使之运行于32kHz外部晶振。该时钟可通过一个从MCU核心时钟工作频率分离的可编程时钟发送。片内微控制器是一个优化的单指令周期8052闪存MCU。该MCU在保持与8051指令系统兼容的同时，

23、具有12.58MIPS的性能。3.2.2 LCD显示模块电路 图3.8 LCD液晶显示电路为提供友好的人机界面，增强监护功能，本监护仪采用了液晶显示器显示菜单和心电波形。本设计采用2.4寸TFT点阵液晶显示模块，分辨率为320240，实时显示颜色能力262,144，驱动芯片为：IS2102B，抖动图像处理实施提供16.7万色显示质量，具备高速RAM突发写入功能，并提供单片机接口、控制器接口，带中文字库版等多种接口方式，及蓝底白字和白底黑字两种显示效果可选，供电电压：3.3V。本电路主要用于接收由子机单片机处理过的心电信号，并显示。配合专门开发的人机界面，方便用户对实时采集到的心电图或存储的历史

24、记录进行查询和浏览。3.2.3 SD卡存储电路图3.9 SD卡存储电路心电仪存储心电信息24小时需要的存储空间大概为33M，因此，需要一款大容量存储芯片。设计中采用的闪存卡是Kingston Micro SD/TF卡（4GB），Kingston Micro SD/TF卡（4GB）是金士顿公司生产的4GFlash存储器。该存储器的工作电压为2.73.6V，8位IO端口采用地址、数据和命令复用的方法，如此既可减少引脚数，又可使接口电路简洁，并带有写保护开关，用以保护卡内数据安全。片内的写控制器能自动执行写操作和擦除功能，包括必要的脉冲产生，内部校验等，完全不用外部微控制器考虑，简化了器件的编程控制

25、难度。SD卡引脚功能详述：引脚编号SD模式SPI模式名称类型描述名称类型描述1CD/DAT3IO或PP卡检测/数据线3#CSI片选2CMDPP命令/回应DII数据输入3VSS1S电源地VSSS电源地4VDDS电源VDDS电源5CLKI时钟SCLKI时钟6VSS2S电源地VSS2S电源地7DAT0IO或PP数据线0DOO或PP数据输出8DAT1IO或PP数据线1RSV9DAT2IO或PP数据线2RSV注：S：电源供给 I：输入 O：采用推拉驱动的输出3.2.4 子机zigbee模块电路图3.10 zigbee模块电路子机zigbee模块电路与子单片机电路串口相连，主要完成将模拟采集电路获得的信号

26、经子单片机模数转换并处理后，通过此模块电路及zigbee无线协议，远程传送给主机接收，以便送入PC机进行上位机显示观察。3.3 主机监控模块主机模块主要完成的功能是接收由zigbee无线终端节点发送过来的心电信号，送入主机单片机处理，通过RS232电平转换与PC机通信，由PC机作为上位机，通过labview虚拟仪器程序界面显示心电信号，完成远程监控的目的。3.3.1 单片机电路图3.11 主机单片机电路主机单片机电路由晶振电路、复位电路组成。主要完成接收由子机zigbee模块上发至主机的信号，通过串口通讯实现主控单片机与PC机通信。3.3.2 RS232转换电路图3.12 RS232转换电路R

27、S-232-C是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。EIA-RS-232C 对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。在TxD和RxD上：逻辑1(MARK)=-3V-15V逻辑0(SPACE)=+3+15V在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：信号有效（接通，ON状态，正电压）+3V+15V信号无效（断开，OFF状态，负电压)=-3V-15V以上规定说明了RS-2

28、32C标准对逻辑电平的定义。对于数据（信息码）：逻辑“1”（传号）的电平低于-3V，逻辑“0”（空号）的电平高于+3V；对于控制信号；接通状态（ON）即信号有效的电平高于+3V，断开状态(OFF)即信号无效的电平低于-3V，也就是当传输电平的绝对值大于3V时，电路可以有效地检查出来，介于-3+3V之间的电压无意义，低于-15V或高于+15V的电压也认为无意义，因此，实际工作时，应保证电平在(315)V之间。EIA RS-232C 与TTL转换：EIA RS-232C 是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此，为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在E

29、IA RS-232C 与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。目前较为广泛地使用集成电路转换器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL电平到EIA电平的转换，而MC1489、SN75154可实现EIA电平到TTL电平的转换。MAX232芯片可完成TTLEIA双向电平转换。3.3.3 主机zigbee模块图3.13 zigbee模块电路主机zigbee模块电路与主控单片机电路串口相连，主要完成接收通过子机zigbee模块电路及zigbee无线协议远程发送来的数字信号，由主控单片机经RS232电平转换电路与PC通信，将采集到的数字信号

30、送入PC机进行上位机显示观察。3.4特殊器件的介绍3.4.1 STC90LE516ADSTC190LE系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S，即25万次/秒),针 对电机控制，强干扰场合。 1.增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051 2.工作电压：STC90LE516AD系列工作电压：5.5V - 3.3V（5V单片机） STC12LE5A60S2系列工作

31、电压：3.6V - 2.2V（3V单片机） 3.工作频率范围：035MHz，相当于普通8051的0420MHz 4.用户应用程序空间 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字节. 5.片上集成4.2K字节RAM 6.通用I/O口（36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过120mA 7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），

32、无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片 8.有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM) 9.看门狗 10.内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地） 11.外部掉电检测电路:在P4.6口有一个低压门槛比较器 5V单片机为1.32V，误差为5%,3.3V单片机为1.30V，误差为3% 12.时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器(温漂为5%到10%以内)用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟常温下内部R/C振荡器频率为：5.0

33、V单片机为：11MHz15.5MHz 3.3V单片机为：8MHz 12MHz 精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准 13.共4个16位定时器两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器,再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器 14.2个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟 15.外部中断I/O口7路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块，Power Down模式可由外部中断唤醒，INT0/P

34、3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4,T1/P3.5,RXD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通过寄存器设置到P4.2),CCP1/P1.4(也可通过寄存器设置到P4.3) 16.PWM(2路）/PCA（可编程计数器阵列,2路） -也可用来当2路D/A使用 -也可用来再实现2个定时器 -也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持) 17.A/D转换,10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S(每秒钟25万次) 18.通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA软件实，可再用定时器或PCA软件实可再用定时器或

35、PCA软件实现多串口 19.STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串口，RXD2/P1.2(可通过寄存器设置到P4.2)，TXD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3) 20.工作温度范围：-40- +85(工业级)/0-75(商业级) 21.封装：LQFP-48, LQFP-44, PDIP-40, PLCC-44, QFN-40I/O口不够时，可用2到3根普通I/O口线外接74HC164/165/595（均可级联）来扩展I/O口, 还可用A/D做按键扫描来节省I/O口，或用双CPU,三线通信，还多了串口。 3.4.2 LM358LM358 内部包括有两个独立的、高增

36、益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358 的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。特性(Features): 内部频率补偿 直流电压增益高(约100dB) 单位增益频带宽(约1MHz) 电源电压范围宽：单电源(330V)；双电源(1.5 一15V) 低功耗电流，适合于电池供电 低输入偏流 低输入失调电压和失调电流 共模输入电压范围宽，包括接地 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 输出电压摆幅大(0

37、至Vcc-1.5V)3.4.3 zigbee模块Zigbee是一种新兴的短距离、低复杂度、低速率、低功耗、低成本的双向无线通信技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。它此前被称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线技术，主要用于近距离无线连接。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很低的功耗，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，因此它们的通信效率非常高。最后，这些数据就可以进入计算机用于分析或者被另外一种无线技术如WiMax收集。 Zigbee的基础是IEEE802.15.4这是IEEE无线个人区域网(

38、Personal Area Network，PAN)工作组的一项标准，被称作IEEE802.15.4(Zigbee)技术标准。Zigbee技术的特点：1 功耗低工作模式情况下,Zigbee技术传输速率低,传输数据量很小,因此信号的收发时间很短;在非工作模式时,Zigbee节点处于休眠模式设备搜索时延一般为30ms,休眠激活时延为15ms,活动设备信道接入时延为15ms。由于工作的时间较短、收发的信息功耗较低且采用了休眠模式,使得Zigbee节点非常省电,Zigbee节点的电池工作时间可以长达6个月到2年左右。2 数据传输可靠Zigbee的媒体接入控制层(MAC层)采用talk-when-rea

39、dy的碰撞避免机制在这种完全确认的数据传输机制下, 当有数据传送需求时则立刻传送, 发送的每个数据包都必须等待接收方的确认信息, 并进行确认信息回复, 若没有得到确认信息的回复就表示发生了碰撞,将再传一次,采用这种方法可以提高系统信息传输的可靠性。3 网络容量大Zigbee低速率、低功耗和短距离传输的特点使它非常适宜支持简单器件Zigbee定义了两种器件:全功能器件(FFD)和简化功能器件(RFD)。对全功能器件,要求它支持所有的49个基本参数。4 兼容性Zigbee技术与现有的控制网络标准无缝集成。通过网络协调器(Coordinator)自动建立网络,采用载波侦听/冲突检测(CSMA-CA)

40、方式进行信道接入。5 安全性Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能,在数据传输中提供了三级安全性。第一级实际是无安全方式,对于某种应用,如果安全并不重要或者上层已经提供足够的安全保护, 器件就可以选择这种方式来转移数据。ZigBee网络结构主要包括协调器、路由器和终端网络节点. 协调器是一种特殊的全功能设备( FFD ) , 它可以完成ZigBee协议所设置的大量任务. 网络中的路由器必须由FFD构成, 而终端网络节点可能是FFD, 也可能是精简功能设备( RFD ). RFD 是一个小的、简单的ZigBee 协议节点, 仅可以与FFD 进行通信, 实现ZigBee协议所提供服务中的最小部

41、分. ZigBee的网络拓扑结构有星型网络、簇状型网络和网状型网络, 如图所示.图3.14 zigbee网络拓扑结构与普通RF技术比：蓝牙技术复杂度高。因为蓝牙的传输量较大，往往几百Kbps，而Nordic的在100Kbps以内。因此蓝牙硬件设计、软件及其协议编程不但复杂而且昂贵。蓝牙成本高，我们RF芯片较之便宜得多。因此普通RF可实用、经济地实现无线通信。蓝牙很少有实用的例子，而我们2.4G无线技术已经投入实用了，如2001新款奔驰轿车的安全系统就采用了我们2.4G无线技术。4软件设计4.1开发环境与语言设计使用的开发软件为Keil编程环境软件以及上位机所用labview编程开发软件。Kei

42、l软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench）是一种图形化的编程语言的开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。本设计下位机程序采用的是使用最广泛的C51语言进行程序设计。C51语言是一种结构化语言。它层次清晰，便于按模块化方式组织程序，易于调试、维护和移植。C51

43、语言的表现能力和处理能力极强，能完成较大或较复杂工程的编写。上位机程序采用labview编程，LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和 RS-485 协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX 等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。图形化的程序语言，又称为 “G” 语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或框图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。

44、它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。利用 LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的32位/64位编译器。4.2程序设计思想本设计主要功能是对心电信号进行采集，同时控制信号显示、存储和传送。因此在编程中主要涉及三个模块：LCD液晶显示模块、STC90LE516AD模块、SD卡模块、上位机显示模块和串口通讯模块。由单片机控制A/D进行数据采集后送入单片机内进行处理，扫描控制按键得到相应的控制信号，再将采集的数据在相应的控制信号实现液晶显示、SD卡存储、zigb

45、ee上发。4.3程序设计结构总流程图初 始 化ADC、TFT、SD卡初 始 化inFAT系统采集心电信号SD卡存储TFT液晶显示启动zigbee读取SD卡数据Zigbee上发数据 图4.1 程序设计流程图程序设计结构主要包括：程序初始化模块、扫描模块、数据采集模块、显示程序模块和串口通讯模块。初始化程序对定时器T0，T1的方式控制寄存器等进行初始化。定时器T1定时，间隔一段时间采集STC90LE516AD的A/D转化结果并处理，并用串口通讯程序实现SD卡存储和zigbee上发。4.4 主要模块软件设计4.4.1 STC90LE516AD模块软件设计 STC90LE516AD对传感器输出的电压信号进行A/D转换，并进行处理之后，送LCD液晶显示以及SD卡存储，方便实时观察以调用回放。开始初 始 化开始采集心电信号开始采集？启动A/D转换A/D转换是否完成读取转换结果数据处理Y送SD卡存储，LCD显示YN