智能老人睡眠監(jiān)護裝置畢業(yè)設計

畢業(yè)設計說明書題目：智能老人睡眠監(jiān)護裝置產品設計工藝設計方案設計√類型：學生姓名：學號：學院：電子信息工程學院專業(yè)：物聯(lián)網應用技術班級：學校指導教師：企業(yè)指導教師：2016年04月29日摘要據(jù)有關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全世界約有70%的人們睡眠尚未達到深度睡眠，失眠、難入睡、早醒多夢、翻身次數(shù)多等睡眠障礙勢必將對身心健康產生影響。而在科技快速發(fā)展的今天，為了讓監(jiān)護人員加深對老年人身體狀況的了解，提供可靠的數(shù)據(jù)來源。所以設計了“智能老人睡眠監(jiān)護裝置”。該設計由led燈亮滅模塊，數(shù)碼管顯示模塊，人體紅外感應模塊以及arduino主板來構成硬件電路。通過程序來控制各個電路運行。程序簡潔易懂。硬件電路連接簡易。容易上手操作。主要用于監(jiān)控老人睡眠情況。通過人體紅外傳感器來監(jiān)測老人是否起床，人體紅外傳感器把監(jiān)測到的數(shù)據(jù)發(fā)送給arduino主板，主板根據(jù)程序來控制led燈的亮滅，并且記錄led燈的亮滅次數(shù)，再把led燈的亮滅次數(shù)由數(shù)碼管顯示出來，從而反應出老人晚上的睡眠情況。為老年人身體狀況的分析提供了可靠的數(shù)據(jù)。極大地加深了監(jiān)護人員對老年人健康程度的了解。關鍵詞：監(jiān)護；智能；記錄；簡單目錄1．緒論 1．緒論由于現(xiàn)今很多年輕人都外出打工，導致“空巢老人”的增長。而老年人的問題也日益增多，加上子女對老年人的重視與關愛，所以老年人方面的產品是一個很大的市場。睡眠是一件功效很好的事情，睡眠不好的話會誘發(fā)很多的疾病，這就是老年人為什么不能失眠的原因，老年睡眠少會誘發(fā)的疾病老年癡呆就是其中一種，研究證實，干休所高齡離退休老年人睡眠質量較差，睡眠質量與認知損害存在相關性。因此，從積極防治各種慢性疾病著手，注意結合老年人的性格特征、生活習慣、家庭環(huán)境等，給予積極生理、心理干預，重視改善老年人的睡眠質量，有利于延緩認知功能損害進程。所以老年人一定要想盡辦法改善睡眠。而老年人的問題大多數(shù)是日常生活中的一些問題，所以產品的設計基本都是面向老年人日常生活方面的。這次我的設計主要針對老年人睡眠方面的問題智能老年人睡眠監(jiān)護裝置。2．工作原理及功能要求2.1工作原理當老人起床時，紅外傳感器感應到后，發(fā)送信號到Arduino主板。主板開始對數(shù)據(jù)處理并按照代碼進行相應動作。如果接收到的信號是1，led燈就會開始緩慢亮起；如果接收到的信號是0，led燈就會熄滅。Led燈的亮滅次數(shù)會通過數(shù)碼管顯示模塊顯示出來，從而反映老人一個晚上的睡眠情況。2.1.1數(shù)碼管顯示模塊工作原理數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。①靜態(tài)顯示驅動：靜態(tài)驅動也稱直流驅動。靜態(tài)驅動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8＝40根I/O端口來驅動，要知道一個89S51單片機可用的I/O端口才32個呢：），實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性。②動態(tài)顯示驅動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。圖2.1（a）共陰極圖2.2(b)共陽極圖2.1（a）共陰極圖2.2(b)共陽極2.1.2LED燈模塊工作原理1個原子中的電子有很多能級，當電子從高能級向低能級跳變時，電子的能量就減少了，而減少的能量則轉變成光子發(fā)射出去。大量的這些光子就是激光了。LED原理類似。不過不同的是，LED并不是通過原子內部的電子躍變來發(fā)光的，而是通過將電壓加在LED的PN結兩端，使PN結本身形成一個能級（實際上，是一系列的能級），然后電子在這個能級上躍變并產生光子來發(fā)光的。新型LED顯示屏件有功耗低、亮度高、壽命長、尺寸小等優(yōu)點該模塊分為VCC.GND.IN這3個腳，VCC接5V電源，GND接地，IN接控制腳。IN輸出0，則LED燈熄滅，若IN腳輸出為1，則LED燈亮起。2.1.3人體紅外模塊工作原理普通人體會發(fā)射10um左右的特定波長紅外線，用專門設計的傳感器就可以針對性的檢測這種紅外線的存在與否，當人體紅外線照射到傳感器上后，因熱釋電效應將向外釋放電荷，后續(xù)電路經檢測處理后就能產生控制信號。這種專門設計的探頭只對波長為10μm左右的紅外輻射敏感，所以除人體以外的其他物體不會引發(fā)探頭動作。探頭內包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產生釋電效應相互抵消，于是探測器無信號輸出。一旦人侵入探測區(qū)域內，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，于是輸出檢測信號。

為了增強敏感性并降低白光干擾，通常在探頭的輻射照面覆蓋有特殊的菲泥爾濾光透鏡，菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距（感應距離），從而產生不同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴密。傳感器的光譜范圍為1～10μm，中心為6μm，均處于紅外波段，是由裝在TO－5型金屬外殼的硅窗的光學特性所決定。該人體紅外模塊分為VCC.GND.OUT這3個腳，VCC接5V電源，GND接地，OUT腳接IO口?？梢酝ㄟ^改變引腳的連接來選擇主板讀取到的值為模擬值還是數(shù)字值。通過旋鈕開關來決定人體紅外傳感器工作的范圍大小和角度。2.2功能要求 LED燈實現(xiàn)緩慢亮滅功能B.數(shù)碼管可正常顯示LED燈的亮滅次數(shù)C.人體紅外傳感器可正常輸送數(shù)據(jù)3．設計內容3.1設計方案A.當人體紅外傳感器感應到物體時，arduino主板控制LED燈開始逐漸亮起。沒感應到物體時，LED燈再逐漸熄滅。B.LED燈的亮滅次數(shù)通過arduino板顯示在單個數(shù)碼管上。C.按下復位鍵后，數(shù)據(jù)全部清除，程序開始重新跑，重新記錄LED燈亮滅次數(shù)。3.2元件清單表3.1材料清單表名稱數(shù)量金額Arduino（UNO）主板142元數(shù)碼管顯示模塊13元LED燈模塊 1 7元人體紅外感應模塊112元杜邦線若干5元3.3系統(tǒng)框架圖圖3.1系統(tǒng)框架圖4．設計調試4.1硬件調試在硬件組裝調試的過程中，由于購買器件時沒注意看引腳的連接方式，導致連接出現(xiàn)問題，后來還是找同學幫忙才找到子母杜邦線，因此耽誤了幾天。以后購買元器件的時候一定會更加細心，避免出現(xiàn)此類問題。在調試的過程中主要運用了數(shù)字萬用表。首先參照事先設計好的原理圖仔細檢測在實物中是否有接錯不當?shù)牡胤?主要檢查集成電路的引腳與導線是否出錯接錯和是否出現(xiàn)了短路)，若檢測到有，立即糾正。避免給實物通電之后，出現(xiàn)意外。然后用數(shù)字萬用表檢測實物中是否有不導通的地方，若有短路等現(xiàn)象，立即修正。以防通電后不能工作。完成上一步之后，給實物通電后，進行調試。4.2軟件調試程序分為人體紅外模塊讀取，數(shù)碼管顯示控制和LED燈控制3個子函數(shù)。在調試過程中，打開串口助手，看見人體紅外讀取回來的數(shù)據(jù)很亂也變得很快。一直以為是程序哪個地方設置出了問題。后來就用最簡單的程序來驗證，發(fā)現(xiàn)問題同樣是出現(xiàn)的。一直煩惱了好多天。經老師提醒后才想到會不會是硬件的問題。經過幾天的分析和查證。原來是因為人體紅外傳感器的靈敏度太高，導致感應異常，達不到預計的效果。后來用膠布把人體紅外傳感器裹了一層，才把靈敏度降下來。開始達到了自己預計的效果。沒過多久就又發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管又一個數(shù)字“7”顯示異常。用其他的簡單程序驗證，發(fā)現(xiàn)沒問題，排除了硬件問題。一直在程序里看設置是否錯誤。好在程序不是特別長。經過2天的反復驗證，發(fā)現(xiàn)原來是因為程序里有2個定義的數(shù)一樣發(fā)生沖突，導致數(shù)碼管顯示異常的。把程序改好后，經過n次的實驗，設計全部達到了預計的效果，并沒有發(fā)生其他問題。至此這個設計就算是成功完成了。5．結論本次的設計主要是針對老年人睡眠情況的數(shù)據(jù)采集。為監(jiān)護人員數(shù)據(jù)收集提供了便利。同時也方便了老年人自己對自己身體健康狀況的了解。為老年人的健康生活提供了保障。這個設計不但適合養(yǎng)老院等養(yǎng)老機構使用，也適合老年人在家里自己使用。且結構簡單，使用便利。只要插上電源就可以使用。而且不占地方，并且省去了起床時開燈的麻煩，只要一起床就會自動緩慢亮起，避免燈光突然的亮起損傷眼睛。但是此設計的穩(wěn)定性差，需要改進。因為人體紅外傳感器是場效應的。所以，會存在蠻大的誤報率，導致燈無法按實際要求亮滅。需要用其他方法來代替人體紅外傳感器實現(xiàn)收據(jù)數(shù)據(jù)的功能，從而降低設計的誤報率，來提高它的穩(wěn)定性。數(shù)碼管顯示模塊的數(shù)據(jù)因為沒有加寄存器存儲數(shù)據(jù)，所以每次主板復位程序開始重新跑后，數(shù)據(jù)都會被清零，第二天也就無法去查詢前一天的數(shù)據(jù)了。

參考文獻王桂榮，李憲芝.傳感器原理及應用[M].北京:中國電力出版社，2010-05-01.戴佳，戴衛(wèi)恒，劉博文.51單片機c語言應用程序設計實例精講（第二版）[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008-13-01.MassimoBanzi,于欣龍,郭浩贇.愛上Arduino[M].北京:人民郵電出版社，2011-07.

致謝在此，要感謝指導老師對我的指導和建議，每次在我迷茫不知所措的時候，老師總是可以幫我指清道路，告訴我該往哪個方向去思考。每次和老師交流后，都會有種茅塞頓開的感覺。好多專業(yè)的問題，都是老師帶著我們一步一步解決的。雖然老師可以直接告訴我怎么做，但是老師總是深入淺出的講解，讓我自己慢慢的找到解決方法。老師的辛苦和付出，我們都是看得到的。千言萬語也只能說一句“老師，謝謝您，辛苦了”。同時也要感謝同學們的鼓勵和支持。當我缺少材料的時候，是你們伸出了雙手。即使大家都很忙，每個人都有自己的事情要做。但當你們聽到我的困難后，還是花著那所剩不多的時間來幫助我。給我提供便利。不是你們的支持和幫助，我也不可能在這有限的時間內完成自己的作品，是你們給了我溫暖，謝謝你們，可愛的你們。最后，感謝學校。謝謝學校為我們提供了一個非常棒的學習環(huán)境。實驗室為我們開發(fā)，工具可以借給我們用。而且，還可以讓大家聚在一起。有問題的時候可以馬上詢問老師或是同學。極大的提高了我們制作設計時的效率。謝謝你們。未來的路還很長，困難也會不斷出現(xiàn)。雖然到時你們都不在我身邊，但我自己會堅持，會努力。也會盡自己的力量去幫助那些需要幫助的人。把你們的這種樂于助人的情懷發(fā)揚起來。也為了能提升自己的人生價值。以后再會，敬愛的老師，親愛的同學們。

附錄數(shù)碼管顯示代碼：if(n==1){digitalWrite(w1,1);digitalWrite(a,1);digitalWrite(b,0);digitalWrite(c,0);digitalWrite(d,1);digitalWrite(e,1);digitalWrite(f,1);digitalWrite(g,1);delay(1000);}if(n==2){digitalWrite(w1,1);digitalWrite(a,0);digitalWrite(b,0);digitalWrite(c,1);digitalWrite(d,0);digitalWrite(e,0);digitalWrite(f,1);digitalWrite(g,0);delay(1000);}if(n==3){digitalWrite(w1,1);digitalWrite(a,0);digitalWrite(b,0);digitalWrite(c,0);digitalWrite(d,0);digitalWrite(e,1);digitalWrite(f,1);digitalWrite(g,0);delay(1000);}if(n==4){digitalWrite(w1,1);digitalWrite(a,1);digitalWrite(b,0);digitalWrite(c,0);igitalWrite(d,1);digitalWrite(e,1);digitalWrite(f,0);digitalWrite(g,0);delay(1000);}if(n==5){digitalWrite(w1,1);digitalWrite(a,0);digitalWrite(b,1);digitalWrite(c,0);digitalWrite(d,0);digitalWrite(e,1);digitalWrite(f,0);digitalWrite(g,0);delay(1000);}if(n==6){digitalWrite(w1,1);digitalWrite(a,0);digitalWrite(b,1);digitalWrite(c,0);igitalWrite(d,0);digitalWrite(e,0);digitalWrite(f,0);digitalWrite(g,0);delay(1000);}if(n==7){digitalWrite(w1,1);digitalWrite(a,0);digitalWrite(b,0);digitalWrite(c,0);