基于MSP430的便攜式運動量及生理參數(shù)監(jiān)測儀設(shè)計

　　隨著我國經(jīng)濟和醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的快速發(fā)展，人們對自身的健康狀況越來越關(guān)注，其健康理念已經(jīng)逐漸從單純“預(yù)防疾病”向“改善和促進健康”轉(zhuǎn)變——即由“早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療”的二級預(yù)防向“利用各種健康促進手段來改善健康狀況”的一級預(yù)防轉(zhuǎn)變。與此相適應(yīng)，智能化監(jiān)護儀器作為健康管理和促進的重要手段已經(jīng)成為一個新興的應(yīng)用領(lǐng)域和重要市場，每個人都可以通過一定的健康促進手段來對個人進行“健康管理”。本文所述的便攜式運動量及生理參數(shù)監(jiān)測儀就是一種可用于個人健康管理的智能化儀器，其設(shè)計理念和應(yīng)用背景充分體現(xiàn)了我國新興的健康管理產(chǎn)業(yè)的基本發(fā)展趨勢。

　　系統(tǒng)設(shè)計

　　便攜式運動量及生理參數(shù)監(jiān)測儀能實時記錄和監(jiān)測人體的運動數(shù)據(jù)，并定量評估人體運動量和體能消耗程度，通過以卡路里為單位的熱量形式實時顯示出來;監(jiān)測儀還能夠?qū)崟r監(jiān)測人體血氧飽和度、心電信號、心率、體溫等重要生理參數(shù)，從運動量和生理參數(shù)兩方面評估體育鍛煉或康復訓練中的運動是否過量，并根據(jù)運動量及生理參數(shù)的數(shù)值是否在安全范圍來決定是否進行報警提示。因此該監(jiān)測儀既能保證運動效果，又可以有效預(yù)防因“過量運動”導致意外的發(fā)生。

　　如圖1所示，便攜式運動量及生理參數(shù)監(jiān)測儀是一個典型的單片機應(yīng)用系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)注意滿足微功耗、微型化及可靠性的要求。便攜式運動量及生理參數(shù)監(jiān)測儀的現(xiàn)場使用性要求其電流消耗小，以降低系統(tǒng)的功耗，延長電池使用時間。因此，微功耗設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計的重要內(nèi)容。微功耗設(shè)計的核心是最小功耗系統(tǒng)的設(shè)計，它不僅能降低系統(tǒng)功耗，還使系統(tǒng)具有較低的電磁輻射和較高的可靠性。本監(jiān)測儀的微功耗設(shè)計具體包括系統(tǒng)的運行功耗分析、低功耗設(shè)計、功耗管理以及低功耗的軟件設(shè)計。

　　具體而言，便攜式運動量及生理參數(shù)監(jiān)測儀需滿足以下要求：

　　● 能以高精度采集和存儲人體的運動信號、生理信號，并通過相關(guān)算法對數(shù)據(jù)作相應(yīng)處理;

　　● 具有友好的中文人機操作界面，能夠方便地設(shè)置和操作;

　　● 能夠與PC機方便地交換數(shù)據(jù)，并可通過PC機上的配套軟件進行后續(xù)數(shù)據(jù)分析和處理;

　　● 監(jiān)測儀能方便地佩帶于人體，重量輕，體積小，1~2節(jié)電池供電。

　　如圖1所示，運動傳感器、數(shù)字式血氧模塊、心電模塊以及信號調(diào)理單元構(gòu)成了系統(tǒng)內(nèi)的前向通道，人體的運動數(shù)據(jù)和血氧飽和度、心電、心率等生理參數(shù)的數(shù)據(jù)通過前向通道進入中央控制單元。

　　中央控制單元采用了具有超低功耗的16位微控制器MSP430F149(以下簡稱F149)，其片內(nèi)集成有8通道12位精度的A/D轉(zhuǎn)換模塊、60kB的FLASH ROM和2kB的數(shù)據(jù)RAM，且具有硬件乘法器和2個串行通信接口。采用F149作為本系統(tǒng)的中央控制單元，可以在無需片外A/D芯片的基礎(chǔ)上實現(xiàn)運動信號及各種生理信號的采集、接收和處理。提升了系統(tǒng)的先進性、可靠性和集成度，能有效降低系統(tǒng)設(shè)計的難度，較大程度提升系統(tǒng)的整體性能。