市場需求分析

　　隨著生活水平的不斷提高以及城市老齡化比例的提高，人們越來越重視個人的身體健康和醫療保健了，加上近年來國家醫改的不斷推進，醫療檢測設備的家庭化逐漸成為了趨勢。

　 　然而，目前市面上存在的醫療檢測設備價格昂貴，不是一般老百姓的經濟條件所能接受的，再則，它們體積龐大，不便攜帶，因而不利于大眾化，家庭化的推廣。 本設計充分利用Cypress芯片的CapSense觸摸傳感器技術及其內嵌的高性能MCU特性以及高精度AD和豐富的片內數模混合可編程外設，這樣只需 輔以少量的外圍器件即可實現對人體體溫、脈搏、血壓高值和血壓低值的實時測量和存儲。從而，實現了集實用多功能于一體的便攜式電子醫生設計方案。

　　由以上分析可知，本設計具有巨大的市場需求和發展空間。

　　總體設計方案

　　本設計總體架構圖如下所示：

　　圖1、總體架構圖

　　作為主控板的CY8CKIT-003 PSoC 3 FirstTouch Starter Kit開發板提供了豐富的片內外設資源和板載數模混合信號采集傳輸及通信模塊，從而可以在擴展少量外圍器件的情況下實現如下功能：

　　1. 脈搏測量功能

　　2．血壓測量功能

　　3. 體溫測量功能

　　4. 手表功能

　　5.數據傳輸和數據采集功能

　　通過USB接口或者無線傳輸方式實現數據到PC機的傳輸，從而與事先設計的相關數據庫進行對比分析，得出對應的醫生處方或建議。

　　以上前四項功能的結果均可在功能按鍵的控制下由LCD顯示器直觀的顯示，實現即時數據采集和顯示，預期整個系統最終產品實現操作簡單，功能強大實用，人機界面友好。

　　關鍵模塊設計方案

　　脈搏測量

　 　根據功能模塊的劃分，其系統硬件結構框圖如圖2所示，包括以下幾部分：①傳感器：將脈搏跳動信號轉換為與此對應的電脈沖信號。②放大與整形電路：將傳感 器的微弱信號放大，整形除去雜散信號。③倍頻器：將整形后所得到的脈沖信號的頻率提高。如將30 s內傳感器所獲得的信號頻率2倍頻，即可得到對應1分脈沖數，從而縮短測量時間。④基準時間產生電路：產生短時間的控制信號，以控制測量時間。⑤控制電 路：用以保證在基準時間控制下，使2倍頻后的脈沖送到計數譯碼顯示電路中。⑥計數譯碼顯示電路：用來讀出脈搏數，并以十進制數的形式在LCD上顯示出來。

　　上述測量過程中，由于對脈沖進行了2倍頻，計時時間也相應縮短了2倍（30 s），而數碼顯示的數字卻是1分的脈 搏 跳 動 次 數 。 用 這 種 方 案 測 量 的 誤 差為±2次/min，測量時間越短，誤差也越大。

　　圖2、脈搏測量硬件結構框圖

　　血壓測量

　　血壓測量模塊實現框圖如下

　　圖3、血壓測量模塊實現架框圖

　 　一次測量血壓的過程為：按激活鍵ADC輸出控制氣泵充氣至200 mmHg高，慢慢以每秒約下降5 mmHg的速度放氣。壓力傳感器輸出信號經差分放大器后變單端信號一路送入單片機ADC監視直流分量，另一路送入0.8 Hz二階高通濾波器濾除直流分量；交流分量經200倍放大后輸入38 Hz二階低通濾波器去除電源及皮膚與袖帶摩擦的高頻噪聲和工頻干擾并將此信號維持在0～5 V之問，濾波后的交流分量一路送入血壓脈沖觸發然后觸發單片機ADC工作，另一路送入單片機ADC計算幅值，先找出最大振幅值Amax，在往前找幅值為 0.5Amax的瞬態位置對應血壓直流分量即為收縮壓，往后找幅值為0.8Amax的瞬態位置對應血壓直流分量即為舒張壓，將計算出的收縮壓和舒張壓結果 輸出至液晶驅動器顯示。血壓信號及收縮壓和舒張壓位置如圖4所示。

　　圖4、血壓直流信號及收縮壓和舒張壓位置

　　體溫測量

　 　體溫測量利用CY8CKIT-003 PSoC 3 FirstTouch Starter Kit開發板自帶的溫度傳感器和內部ADC電路即可輕松實現。下圖為CY8CKIT-003 PSoC 3 FirstTouch Starter Kit開發板溫度傳感器設計電路圖。

　　圖5、PSoC 3開發板板載溫度傳感器及體溫測量電路

　　手表功能

　 　由于CY8CKIT-003 PSoC 3 FirstTouch Starter Kit的核心芯片CY8C3866AXI-040沒有自帶RTC模塊電路，所以我們擴展了一片飛利浦的PCF8563實時時鐘芯片，其采用I2C總線實現 控制和實時時鐘數據傳輸，具有年、月、日、時、分秒、設置和計時功能，可以獨立承擔手表的全部功能，另外也可方便的利用 CY8C3866AXI-040片上集成I2C總線接口進行數據通信。

　　PCF8563實時時鐘電路如下：

　　圖6、PCF8563時鐘芯片電路原理圖

　　系統軟件設計

　　軟件設計是本設計功能實現的關鍵所在，但是Cypress公司提供了一系列的軟件開發工具：

　　a. PSoC Creator 1.0

　　b. PSoC Programmer 3.10

　　c. Keil C51 Compiler （Cypress edition）

　　d. GNU GCC Compiler （for PSoC 5 development）

　　e. PSoC 3 FirstTouch Starter Kit example projects and documentation

　　方便了我們搭建此設計的軟件平臺，特別是Cypress公司的PSoC designer 5.0 IDE 集成軟件開發環境，可以根據電路自動生成所有片內外設的驅動函數，方便了我們使用者對片內外設的操作和控制。

　　考慮到本設計中的外設模塊眾多和采用的多種控制算法，使用C語言來進行軟件設計，這樣編程更加容易一些。整個系統的軟件設計流程圖如下：

　　圖7、便攜式電子醫生系統軟件流程圖