基于移动通信的智能健康监测仪

摘要

采用脉搏、血压、体温、高灵敏度传感器制作的智能健康监测仪， 24小时自动监测人体生命体征，以辨识和分析佩戴者本人即时的健康状况，并在健康临界点和体征波动异常时，会发出报警、通过无线通讯系统向家属或医院发送预警通知以实施抢救。特别适用于独居老人、孕妇、重症监护对象，以及诸如高血压、糖尿病、心脏病等慢性病患者。也可以作为健康减肥、病理监护和其他对天气变化敏感人群的需求辅助用具。

单片机电路包括9个模块，分别是供电模块、脉搏传感电路模块、血压传感电路模块、体温传感电路模块、移动通信定位模块、键盘控制模块、液晶显示模块、声光报警模块、语音呼叫模块。

以“轩辕1.0”单片机为主控系统的智能健康监测仪，呈环状佩戴于需求者上臂，24小时监测佩戴者生命体征。初次佩戴前或暂停使用阶段可充电待机，佩戴人体手腕后会感应体温自动启动，并通过脉搏传感电路模块、血压传感电路模块、体温传感电路模块，分别监测并汇总分析各项健康数据后，在LCD盘面显示相应指数，同时以中英文界面显示护理指导建议。

关键词：单片机控制；物联网（IOT）;资通讯（ICT）；人工智能（AI）；Arduino；体感传输.

摘要……………………………………………………………………………………………….2

目录……………………………………………………………………………………………….3

1.引言……………………………………………………………………………………………4

------1.1.项目由来………………………………………………………………………….4

------1.2.研究内容………………………………………………………………………….4

2.装置功能介绍………………………..………………………………………………….5

------2.1.装置结构………………………………………………………………………….5

------2.2.功能介绍………………………………………………………………………….6

3.装置的设计……………..…………………………………………………………………7

------3.1.装置分部与外部结构……………………………………………………….7

------3.2.装置各部分功能介绍与技术实现……………………………………7

------3.3.运行控制流程…………………………………………………………………16

4.总结…………………………………………………………………………………….......18

------4.1.总结与分析…………………………………………………………………….18

------4.2.展望………………………………………………………..………………………19

参考文献……………………………………………………………………………………..20

1.引言

1.1.项目由来

如今年轻一族外出工作，很少有时间陪伴父母照顾父母，于是父母的安全与健康不免成为了人们每天都挂在心头的事情。

此款基于移动通信的智能健康监测仪可以24小时自动监测人体生命体征，以辨识和分析佩戴者本人即时的健康状况，并在健康临界点和体征波动异常时，会发出报警、通过无线通讯系统向家属或医院发送预警通知以实施抢救。

1.2.研究内容

本项目主要通过对供电模块、脉搏传感电路模块、血压传感电路模块、体温传感电路模块、移动通信定位模块、键盘控制模块、液晶显示模块、声光报警模块、语音呼叫模块九大模块的技术结合，组成一个能够进行生命健康监测的系统。

2.装置功能总体介绍

2.1.装置总体介绍

2.2.功能介绍

由于脉搏、血压、体温与相应传感器检测匹配后产生的电压信号成特定的比例关系，所以可以根据电压信号进行相应指标指数的辨识。检测到的信号经过放大和滤波之后【2】，由单片机对此信号进行处理判断，假设各项指标都没有超标，LCD显示屏幕显示当前指数，同时绿色指示灯(正常)亮起；反之红色指示灯(不正常)亮起并进行声光报警，5秒钟后佩戴者本人不解除报警，则控制系统立即启动呼叫紧急联系人装置，通过移动通信定位模块测定当前位置并发送“被监护人健康监测异常，请立即实施监护！”短信告诉给佩戴智能健康监测仪的亲人；同时通过对智能健康监测仪的提前设置，此时可以同时接通定点医院或家庭医生等专职人员上门实施急救。报警装置每三秒钟将重复发送一次警报，直到有人手动解除，解除后恢复到正常工作状态。

3.装置结构介绍及说明

3.1. 装置分部与外部结构

本装置呈环状佩戴于使用者上臂，可以实时监测人的生命体征。

3.2.装置各部分功能介绍&技术实现

3.2.1脉搏传感电路模块

本健康仪采用了光电式脉搏传感器，根据郎伯－比尔（lamber－beer）定律,物质在一定波长处的吸光度和它的浓度成正比,当恒定波长的光照射到人体组织上时,通过人体组织吸收、反射衰减后测量到的光强在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征。

脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生的,在人体指尖,组织中的动脉成分含量高,而且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄,透过手指后检测到的光强相对较大,因此光电式脉搏传感器的测量部位通常在人体指尖。

手指组织可以分成皮肤、肌肉、骨骼等非血液组织和血液组织,其中非血液组织的光吸收量是恒定的,而在血液中,静脉血的搏动相对于动脉血是十分微弱的,可以忽略,因此可以认为光透过手指后的变化仅由动脉血的充盈而引起的,那么在恒定波长的光源的照射下,通过检测透过手指的光强可以间接测量到人体的脉搏信号。光电式脉搏传感器按照光的接收方式可分为透射形式和反射式2种,其中透射式的发射光源与光敏接收器件的距离相等并且对称布置,接收的是透射光,这种方法可较好地反映出心律的时间关系,但不能精确测量出血液容积量的变化;反射式的发射光源和光敏器件位于同一侧,接收的是血液漫反射回来的光,此信号可以精确地测得血管内容积变化，因此本人选择了反射式光电式脉搏传感器。

3.2.2血压传感电路模块

本健康仪采用的是HKB-08B血压模块，该产品设有USB、RS232、UART等数据接口，也可以与蓝牙、WiFi、Zigbee等无线模块组合，形成一个多参数无线采集系统。USB接口，可直接与计算机连接的臂式血压测量模块，可广泛应用于各类基于计算机系统的血压测量1、模块上设置有USB接口，并由USB接口为传感器供电。2、模块上设置有数据扩展接口，作用为：引出UART（RS232、TTL232）、电源，波特率统一为115200。连接多个模块，将多个模块组合为一台设备。组合后只需选择一个数据接口连接到上位机。无线模块设置有可充电锂电池、电源开关，通过数据扩展接口与多个模块连接，可给多个模块供电，形成一个多参数的无线系统。通过USB接口给电池充电。

3.2.3体温传感电路模块

温度传感器就是利用物质各种物理性质随温度变化的规律，把温度转换为电量的传感器。这些呈现规律性变化的物理性质主要有体。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。本健康仪使用的温度传感器可以精准测量生命体征，如下图：

3.2.4供电模块

本健康仪的供电模块因考虑到需要持续使用，节能环保，所以采用了可充电电池。在经过细心挑选之后，本人采用了采用卓耐特5号充电电池锂聚合物电池5号1.5v锂电池串联连接，关于此供电模块的参数如下图所示：

3.2.5液晶显示模块

此健康仪采用LCD显示屏，2.2寸USART HMI 智能串口屏集成GPU字库TFT液晶屏模块240*320，支持多种组态控件：按钮控件、进度条控件、文本控件、指针控件等，上位软件自动升级、设备固件自动升级，自定义任意Windows字库，支持基本的GUI指令(画点、画线、画矩形等)，支持图片格式BMP、JPG、JPEG、PNG，支持串口下载和SD卡下载，支持模拟器和设备同步调试。

3.2.6声光报警模块

蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声，单片机I/O引脚输出的电流较小，因此需要增加一个电流放大的电路。单片机通过一个三极管来放大驱动蜂鸣器，原理图如下：

3.2.7语音呼叫模块

本健康仪会辨识和分析佩戴者本人即时的健康状况，并在健康临界点和体征波动异常时，发出报警、通过无线通讯系统向家属或医院发送预警通知以实施抢救。这时，就需要语音呼叫模块的参与。此语音呼叫模块基于移动互联网通讯，其单片机实物图如下：

3.2.8移动通信定位模块

此模块与语音呼呼叫模块互相协作，由接收信息一方的手机进行GPRS定位，带有USB接口，可以直接用手机数据线在电脑上看定位效果，带有无源陶瓷天线和无源天线放大电路，单独使用效果更好，带有SMA接口，可以直接接SMA有源天线。

3.2.9键盘控制模块

此模块通过键盘控制，对单片机进行控制操作。

3.3.运行控制流程

4.总结

4.1.总结与分析

此健康监测仪24小时自动监测人体生命体征，以辨识和分析佩戴者本人即时的健康状况，并在健康临界点和体征波动异常时，会发出报警、通过无线通讯系统向家属或医院发送预警通知以实施抢救。

4.2.展望

此款智能生命健康监测仪特别适用于独居老人、孕妇、重症监护对象，以及诸如高血压、糖尿病、心脏病等慢性病患者。也可以作为健康减肥、病理监护和其他对天气变化敏感人群的需求辅助用具。

参考文献

【1】夏宝岚主编《计算机应用基础》[M] 上海市华东理工大学出版社 2014年8月

【2】Richard Blum（理查德·布鲁姆）著《Arduino程序设计指南》[M] 北京市电子工业出版社2015年9月

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8