基于單片機(jī)的肺活量測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)

萬宇++曹玉東++劉文澤

摘 要：以智能、便捷為核心，以STC89C52RC的芯片作為主控芯片，使用傳感器XGZP6847測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)的氣體流量，通過一定算法計(jì)算肺活量的測(cè)量值，并通過12864LCD以及語言播報(bào)模塊OE6590處理相關(guān)信息。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 氣體壓力傳感器 語音播報(bào)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繁榮，周休二日的實(shí)施，人們的生活方式有了重大的改變。加上人口日趨高齡化，隨之而起的健康養(yǎng)生意識(shí)逐漸受到大家重視。運(yùn)動(dòng)成為生活的一部份，因此『終身運(yùn)動(dòng)』成為全民所關(guān)心的重大議題。終身運(yùn)動(dòng)的提出必然帶動(dòng)體質(zhì)測(cè)量?jī)x的發(fā)展。肺活量測(cè)量?jī)x是體質(zhì)測(cè)量?jī)x中的一部分，當(dāng)然也不例外。目前，學(xué)校里體檢項(xiàng)目中的肺活量測(cè)量，基本上采用排水法實(shí)現(xiàn)，該儀器體積大，測(cè)量不精確，而本文以XGZP6847傳感器作為實(shí)現(xiàn)肺活量測(cè)量的核心，不但體積小，便于攜帶，而且測(cè)量精確，使用方便。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)由STC89C52RC為核心電路進(jìn)行系統(tǒng)的整體控制，由電源電路、獨(dú)立按鍵電路、顯示電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、壓力傳感器電路、串口電路及語音模塊電路組成、系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體圖如圖1所示。通過氣體壓力傳感器XGZP6847測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)的氣體流量，氣壓傳感器置于已知截面積的細(xì)管中，結(jié)合氣壓與流速的關(guān)系以及測(cè)量時(shí)間得出總的氣體流量。再經(jīng)由液晶顯示以及語音模塊進(jìn)行語音播報(bào)。并且通過MAX232與上位機(jī)進(jìn)行通信。

（1）單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路、按鍵電路、下載電路組成。晶振電路為單片機(jī)工作提供時(shí)鐘信號(hào)；復(fù)位電路用于對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位；按鍵電路的作用是控制肺活量測(cè)試的開關(guān)以及查詢的功能；下載電路采用串口下載方式，通過單片機(jī)P3.0、P3.1口、利用CH340進(jìn)行下載與調(diào)試，單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖2所示。

（2）語音電路

OE6590語音（MP3）模塊是一款高性能語音模塊，模塊支持MP3、WAV解碼，支持FLASH/TF卡/U盤三種存儲(chǔ)方式。插電腦USB可以直接更新FLASH與TF卡的內(nèi)容，支持FAT16、FAT32文件系統(tǒng)。通過簡(jiǎn)易串口指令即可完成播放指定的音樂，以及控制音量大小等功能。模塊的控制方式分四種： UART串口控制（功能最齊全），ADC按鍵控制（MP3功能控制），一對(duì)一5按鍵控制（一對(duì)一音頻控制），紅外遙控器控制（根據(jù)遙控器功能控制）。模塊帶3W功放，可直接推動(dòng)4歐3-20W的喇叭。OE6590主要面向中高端語音產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域，該產(chǎn)品聲音效果非常出色，就是一個(gè)功能強(qiáng)大的MP3播放器。語音模塊電路圖如圖3所示

（3）肺活量采集電路

設(shè)計(jì)的肺活量采集模塊由氣體壓力傳感器XGZP6847、AD采集單元、液晶顯示單元和ISP下載單元等構(gòu)成。

①單片機(jī)單元

單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，本文選用STC89C52RC，測(cè)量時(shí)，單片機(jī)主要接收和處理AD采集的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理之后，顯示在液晶顯示器上。

②氣體壓力傳感器單元

氣體壓力傳感器XGZP6847，如圖4所示，采用XGZP 型壓阻式壓力敏感元件，是一款適用于生物醫(yī)學(xué)、汽車電子等領(lǐng)域的壓力傳感器，其核心部分是一顆利用MEMS 技術(shù)加工的硅壓阻式壓力敏感芯片。該壓力敏感芯片由一個(gè)彈性膜及集成在膜上的四個(gè)電阻組成，四個(gè)壓敏電阻形成了惠斯通電橋結(jié)構(gòu)，當(dāng)有壓力作用在彈性膜上時(shí)，電橋會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與所加壓力成線性比例關(guān)系的電壓輸出信號(hào)。

③ AD采集單元

為了順利采集氣壓信號(hào)，采用ADC集成芯片PCF8591。如圖5所示，PCF8591是一個(gè)單片集成、單獨(dú)供電、低功耗、8-bit CMOS數(shù)據(jù)獲取器件。PCF8591具有4個(gè)模擬輸入、1個(gè)模擬輸出和1個(gè)串行I?C總線接口。PCF8591的3個(gè)地址引腳A0， A1和A2可用于硬件地址編程，允許在同個(gè)I2C總線上接入8個(gè)PCF8591器件，而無需額外的硬件。在PCF8591器件上輸入輸出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號(hào)都是通過雙線雙向I2C總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。

（4）顯示電路

LCD12864顯示電路如圖6所示，LCD12864采用標(biāo)準(zhǔn)的20腳接口，其中VSS為地電源，VDD接5V正電源，V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器。RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。PSB為串并行輸出方式，RESET為復(fù)位端，低電平有效，VoutLcd驅(qū)動(dòng)電壓輸出端，A K分別為背光源正負(fù)端。

（5）按鍵電路

按鍵電路較為簡(jiǎn)單，一端接地，一端接單片機(jī)IO口。手動(dòng)開啟是否開始測(cè)量肺活量，以及查詢上一次的測(cè)試值等等。

二、控制方法

本設(shè)計(jì)的控制器為STC89C52RC，主要任務(wù)是將氣體壓力傳感器中所獲取的壓力值，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換以及處理，把用戶的肺活量實(shí)時(shí)顯示在液晶顯示器上，并進(jìn)行存儲(chǔ)方便查詢。

三、程序設(shè)計(jì)流程圖

程序設(shè)計(jì)流程圖如圖7所示。在程序剛開始時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的初始化，直接循環(huán)檢測(cè)按鍵的信息，當(dāng)S1被按下時(shí)，判斷是否為第一次進(jìn)入系統(tǒng)，如果是，那么首先要進(jìn)行初始?xì)鈮旱臋z測(cè)，這時(shí)語音會(huì)播報(bào)“請(qǐng)等待”，初始?xì)鈮簷z測(cè)完之后會(huì)播報(bào)“請(qǐng)開始測(cè)量”，這時(shí)就可以開始進(jìn)行肺活量測(cè)量，肺活量測(cè)量完畢，液晶顯示器上會(huì)實(shí)時(shí)顯示肺活量的數(shù)值，并且系統(tǒng)會(huì)做出一個(gè)判斷，將當(dāng)前肺活量與科學(xué)值作對(duì)比，并通過語音播報(bào)當(dāng)前肺活量值是否正常。當(dāng)按下S2之后，可查看肺活量測(cè)量歷史記錄。

四、結(jié)語

本項(xiàng)目為基于STC89C52RC單片機(jī)的氣體壓力傳感器XGZP6847處理的肺活量測(cè)量?jī)x。整體方案采用XGZP6847電路采集電壓信號(hào)，具有精度高，外界干擾小的特點(diǎn)。使用LCD12864能夠顯示采集到的相關(guān)信息，與傳統(tǒng)的LCD1602相比，可以顯示中文。使用語言模塊OE6590，很好的起到了提示作用。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試，該系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性與實(shí)用性。

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作者簡(jiǎn)介

萬宇，女，攀枝花學(xué)院，研究方向：電氣信息工程學(xué)院電子信息工程專業(yè)。

劉文澤，男，學(xué)生，攀枝花學(xué)院，研究方向：電氣信息工程學(xué)院電子信息工程專業(yè)。

曹玉東，女，主要從事電類課程的理論及實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。endprint