随着科学技术的迅速发展，人们的生活水平得到日益提高。与此同时，伴随而来的人们生活节奏的越发加快以及工作与生活压力的不断增加，导致亚健康人群的规模日趋扩大，其中较大数群的人是因睡眠质量不好而引起的。本文研究的睡眠质量监测仪，能够为人们睡眠质量监测提供科学数据，实现对睡眠不好人群的早发现，早诊断和早治疗，从而提高人群健康水平。 本文设计的睡眠质量监测仪从人的两个最基本的生理动作入手，即心跳和呼吸来进行睡眠质量的监测，一个人睡眠质量如何从心率和呼吸可以很直观的表现出来，并且这也是符合医学原理，让睡眠监测数据有真正的价值。 本文采用单片机作为本次设计的主控芯片，通过对各个传感器的数据进行采集与存储,使用CC2530来进行无线通讯，结合PC机部分进行相关数据的显示实现睡眠质量的全面监测。采用VB程序开发PC客户端，登录显示读取的PC机串口数据，可以生成数据库存储并且打印出来。这样可以解决单片机的存储容量过小和容易丢失数据的缺点，把数据存储到计算机上方便用户查看和打印。 关键词 睡眠，心率，传感器，单片机 目 录
1 引 言 1
1．1 研究背景 1
1．2 研究意义 2
1．3 发展方向 3
1．4 设计的任务、要求和研究设想 4
1．5 本章小结 5
2 总体系统硬件设计 5
2．1上位机硬件设计介绍 6
2．2下位机硬件设计介绍 7
2．3 单元模块的硬件设计 7
2．4 本章小结 13
3 总体系统软件设计 13
3．1 总体软件设计 13
3．2 软件功能 14
3．3 上位机界面设计 24
3．4 上位机数据采集 25
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/> 3．5 本章小结 27
4 硬件制板 28
4．1 模块成果图 28
4．2 硬件制作注意事项 29
4．3 PCB制板步骤 30
4．4 本章小结 30
5 仿真设计 31
5．1 串口通讯的仿真设计 31
5．2 DHT11的仿真设计 31
5．3 VB客户端仿真设计 32
5．4 KEIL软件仿真 33
5．5 本章小结 34
结 论 35
致 谢 36参 考 文 献 37
附录1 总框图 39
附录2 主程序 40
1 引 言
1．1 研究背景
在人的一生中，有百分之三十的时光是在恢复精力。睡觉是人们恢复精力的绝佳休息方式，而睡眠质量的好与坏在人的健康中举足轻重，好的休息有益于提升人的生活品质、工作效率和生活幸福感。所以，伴随着社会发展和科学技术水平的逐渐提高，睡眠质量渐渐成为人们的关注的焦点，逐渐演变成社会焦点。随着不断地对睡眠进行深入研究，大家不仅对睡眠对于人们自身的重要性有了了解，并且渐渐了解到睡眠不正常状况对自身产生的重大影响。有关研究表明，睡眠的时间完全为零后，人体本身在细胞内化学物质的产生到生命体的激素水平就会产生清晰的改变，将对人类的身体造成重大的伤害。比如：记忆力衰减、性格暴躁、很容易引发病症、重要器官功能衰退等症状，众多因素导致身体体处于亚健康的状态。由此可见，相对于健康与否来说，亚健康是种身体机能的灰色状态，即是指非常健康和需要进行病症确诊之间的身体机能较低的一种情况[1]。
如今世界，人们的生活、学习和工作的速度的不停的增加，竞争越来越激烈，伴随着来自环境和心理压力的逐渐变重，因此睡眠所引发的一系列亚健康状况及相关并发症引起了人们的高度重视。伴随人类科学技术的逐渐发展，人们对身体健康的要求也不断提升，期望在病症产生之前就可以获得提示，并且对身体的情况有更详细的了解。而这些越来越引起国际医学界的重视，伴随着生物医学工程和计算机等技术应用于临床，人们对睡眠的生理基础、实际病历的了解日益增多，全球对睡眠的研究日新月异，人们对睡眠环境和睡眠质量的监测达到了更高的要求[2]。
本次课题主要结合睡眠环境监测研究睡眠环境对睡眠质量的影响，监测人体在睡眠的状态下的生理指标，监测环境的温湿度、氧含量、二氧化碳含量对睡眠质量的影响。本设计的硬件部分由物大模块电路构成：传感器电路模块、单片机控制模块电路、显示模块电路、无线模块[3]。
本文的控制模块是使用STC89C52RC MCU来作为整个设计的控制芯片。MCU，又被叫做作单片微控制器，不是那个用来实现逻辑功能的电子硬件，然而是这样的元件其包含PC的系统。这种PC是将智能赋予到每个硬件的MCU。所以说，此类最小系统的PC仅是采用了一块集成电路，就能够实现处理和指挥了。
传感器部分分别通过感应心跳、脉搏和二鼻腔气道流量和压力，形成电平信号输出，并经过无线通讯传输给单片机，实现传感器信号的采集、显示、储存等功能。该系统用于定时采集人体睡眠质量信息，能对受控制的多个点进行定时检测，每隔一个小时或半个小时对传感器进行读取数据，能把睡眠时8个整点的数据段存储在MCU的EPROM中，单片机通过无线通讯可以把存储的数据打印出来方便与医生进行交流，实现了智能定时读取、存储与显示，实现8次数据的可提取。
本系统的软件部分是通过C语言进行编写的，这样的话，他的系统流程可以清楚的反映在程序中，增加程序的可读性，方便修改和增加，因此为系统的使用提供了更容易的技术支持。与睡眠监测系统组成的整个系统设计由四个部分组成，以单片机为核心，具有运行稳定、可维护性好、具有一定的抗干扰能力和操作方便灵活等优点，系统能够自动地完成对人体睡眠生理参数的检测，与手动监测对比数据精确稳定，呼吸流量、脉搏、和心率数据经无线传输到电脑终端处理后能清晰显示和保存，此外由于睡眠中的心血管、呼吸、内分泌等人体系统有着与白天不同的工作模式，上位机所存储的整夜的睡眠心率与呼吸数据的时间数据也对在有需要的时候对病人生理参数的分析提供帮助。
软件部分与上位机一起主要包括时钟电路的设计，键盘模块的设计，LCD1602显示与字库的设计，传感器数据的实时采集和显示，8个时间点的数据采集后存储在单片机内部EPROM中，无线通讯协议，内部存储的数据的提取。
1．2 研究意义
MCU(单片机)是计算机整个家族中新生却又有重大影响的成员，尽管它的产生比第一代计算机晚了整整的30年，在整体的能力和价格层面等上面也远不及其它种类的计算机，但是不管是高深科技，例如航空、航天、军事、通信、能源、交通IT，在课堂上我们禁锢那也学习了单片机的一些基础理论知识，只有在现实的制作中我们才可以真正掌握单片机的真正知识。
目前有广泛应用的MCU有51系列单片机、AVR单片机以及PIC单片机。体积很小，但是在监测器使用中，扮演着控制和只会中心的作用。单片机的产生是计算机历史上具有里程碑的意义，最近一些年来，伴随MCU不停提升自己的层次，不停得增加自己的功能，越来越成熟的应用、越来越增加的单片机应用领域，尤其重要的是测控技术与仪器方面、高科技高精度的武器和居家日常只能家电等方面特别是在MCU的带动下产业逐渐发展起来。如今，这种MCU的使用范围已越来越广了，例如智能仪器仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品只要用上了单片机，也就意味着产品升级换代，经常在产品名称前加一个词——“智能型”。
2 总体系统硬件设计
本设计的主要硬件设计包括上位机和下位机两个部分，上位机为睡眠环境监测部分的主要硬件设计，睡眠质量监测器主要是下位机的设计，以及下位机和上位机的无线通讯，显示部分主要借用上位机。
图2.1上位机硬件框图
上位机部分主要由STC89C52RC MCU当作主要的控制芯片，产生各种的单片机控制信号，来指挥整个系统运行。上位机包括按键部分整个电路设计系统中共有5个按键，即Print、Rst、Up、Set、Down。

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