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          基于Android和WIFI的無線體征信息監(jiān)測系統(tǒng)

          作者: 時間:2016-10-10 來源:網(wǎng)絡 收藏

          摘要:介紹一款采用無線傳輸?shù)谋銛y式體征信息。該系統(tǒng)利用STC89S52單片機及DS18B20溫度傳感器、HK2000B型壓電式脈搏傳感器等模塊采集生理體征信息,通過HLK—M03進行無線傳輸,結(jié)合用戶設備終端進行數(shù)據(jù)顯示及反饋。采用人機友好交互界面進行體征信息管理,可實現(xiàn)遠程體征信息監(jiān)測、分析、警報等功能,具有低功耗、使用方便、操作簡單等特點,應用前景廣闊。
          關(guān)鍵詞:;;

          隨著時代的發(fā)展,人們開始越發(fā)地關(guān)注自身和家人的健康保健問題,然而目前市場上已有的針對個別生命體征的監(jiān)測儀器,由于其普遍操作繁瑣,專業(yè)性過強,信息顯示單一及針對性不強等特點,始終無法在市場中得到推廣。在此介紹一款基于智能系統(tǒng),簡約便利,具有低功耗、使用方便、操作簡單等特點的生命體征。
          此款監(jiān)測系統(tǒng)在集成實時監(jiān)測體溫脈搏等多項生命體征的同時,結(jié)合當下快速普及的智能系統(tǒng),將最大化減少使用者的操作過程。用戶僅需通過簡單設置便可通過智能軟件在隨身設備上直觀地實現(xiàn)對多項生命體征信息的實時動態(tài),抑或間隔性監(jiān)測,又可針對設定值對超標體征進行報警。同時,智能終端軟件還可針對數(shù)據(jù)進行優(yōu)化整理,建立個人體征信息數(shù)據(jù)庫,針對個體情況作出分析,對個人健康提出合理化建議。

          1 總體結(jié)構(gòu)與工作原理
          系統(tǒng)基于安全、可靠,使用方便、經(jīng)濟等原則,采用模塊化設計思想。采集部分基于STC89S52單片機為核心,運用溫度傳感器DS18B2 0、HK2000B型壓電式脈搏傳感器等模塊采集生理體征信息,經(jīng)過濾波放大,數(shù)字化處理后由HLKWIFIM03模塊通過無線傳輸至服務器,而后推送至用戶終端進行顯示。系統(tǒng)總體原理框圖如圖1所示。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201610/306503.htm

          a.JPG



          2 系統(tǒng)設計
          2.1 硬件電路設計
          2.1.1 脈搏檢測模塊設計
          心室周期性的收縮和舒張導致主動脈的收縮和舒張,使血流壓力以波的形式從主動脈根部開始沿著整個動脈系統(tǒng)傳播,這種波稱為脈搏波。脈搏波所呈現(xiàn)出的形態(tài)、強度、速率和節(jié)律等方面的綜合信息,很大程度上反映出入體心血管系統(tǒng)中許多生理病理的血流特征。
          考慮到產(chǎn)品價格和所需精度的要求,本模塊選擇了合肥華科電子技術(shù)研究所研制開發(fā)的基于聚偏氟乙烯壓電膜的HK-2000B型集成化脈搏傳感器,它采用高度集成化工藝將力敏元件(PVDF壓電膜)、靈敏度溫度補償元件、感溫元件、信號調(diào)理電路集成在傳感器內(nèi)。壓電式原理采集信號,模擬信號輸出,輸出完整的脈搏波電壓信號,該產(chǎn)品主要應用于無創(chuàng)心血管功能檢測、妊高征檢測、中醫(yī)脈象診斷等。脈搏采集部分主要構(gòu)成如圖2所示。

          b.JPG


          脈搏傳感器輸出的模擬信號電壓范圍是-0.1~0.6V,為消除負號,滿足后級單端輸入A/D轉(zhuǎn)換器的需要,設計了電壓抬升電路如圖3所示。

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          經(jīng)傳感器輸出的脈搏信號頻率很低,極容易引入干擾,這些干擾有來自50 Hz的工頻干擾,有來自肌體抖動、精神緊張帶來的假象信號等。由于人的脈搏頻率在0.1~70 Hz之間,為了不把有效的信號過濾掉,將低通濾波器的截止頻率設為100 Hz,濾除系統(tǒng)的干擾,包括電壓抬升引入的干擾以及工頻干擾等,并把信號傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器中為下一步的模數(shù)轉(zhuǎn)換做準備。
          MAX187是12位逐次逼近式串行A/D轉(zhuǎn)換芯片,轉(zhuǎn)換速度快,耗電量少。與單片機連接時采用3線接口的數(shù)據(jù)串行方式,MAX187與STC89S52單片機的接口電路如圖4所示。

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          STC89S52的P3.0、P3.1、P3.2腳分別與MAX187的SCLK、CS、DOUT端連接,通過控制MAX187的串口時序,完成A/D連續(xù)轉(zhuǎn)換的讀寫操作。電源需要進行去耦合處理,典型接法是用一個4.7μF電容和一個0.1μF電容并聯(lián)。當使用內(nèi)部4.096 V參考電壓方式時,4腳接一個4.7μF的退耦電容。此時輸入模擬信號的電壓范圍為0~4.096 V,如果模擬輸入電壓不在這個范圍要外加電路進行電壓范圍的變換。
          2.1.2 體溫檢測模塊設計
          體溫模塊選用DALLAS公司生產(chǎn)的單總線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20,它體積小,便于貼身式檢測,輸出為數(shù)字量,使用方便。測量溫度范圍為-55~+125℃??捎贸绦蛟O定為9~12位的分辨率。當分辨率設置為12位時,轉(zhuǎn)換精度為±0.062 5℃。與單片機的連接電路如圖5所示。

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          DS18B20的內(nèi)部存儲器分為兩部分,一部分是包含8個連續(xù)字節(jié)的高速暫存RAM。溫度信息存放在前2個字節(jié),其中溫度的低八位存放在第1個字節(jié),高八位存放在第2個字節(jié)。TH、TL的易失性拷貝分別存放在第3、4個字節(jié),結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝存放在第5個字節(jié),這3個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復位時都會被刷新。第6、7、8個字節(jié)用于內(nèi)部計算。第9個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。另一部分是存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL以及結(jié)構(gòu)寄存器的非易失性的、電可擦除的E2ROM。DS18B20可以通過程序設置最高和最低報警溫度TH和耵TL,實現(xiàn)對溫度的越線報警控制。
          每次對DS18B20進行讀寫之操作前都要先進行復位(即初始化),復位成功后發(fā)送一條ROM指令,最后再發(fā)送RAM指令。
          2.1.3 WIFI無線傳輸模塊
          無線傳輸模塊部分我們采用的是海凌科(香港)有限公司推出的全新的第3代嵌人式Uart—Wifi模塊HLK—WIFI—M03(圖6所示)。Uart—Wifi是基于Uart接口的符合wifi無線網(wǎng)絡標準的嵌入式模塊,內(nèi)置無線網(wǎng)絡協(xié)議IEEE802.11協(xié)議棧以及TCP/IP協(xié)議棧,能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口數(shù)據(jù)到無線網(wǎng)絡之間的轉(zhuǎn)換。

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          5針:VDD接3.3V電源;8針:GND接地;6針:RXD接單片機TXD;7針:TXD接單片機RXD
          首先,將WiFi模塊設置為透明傳輸模式,加入AP所在的局域網(wǎng)并與網(wǎng)內(nèi)服務器建立socket連接,此時socket可以看作通信雙方的“虛擬導線”。采集的體征信息可直接通過此“虛擬導線”透傳至服務器。在服務器建立的軟件可以對數(shù)據(jù)進行整合與分析,若出現(xiàn)越限情況,則服務器立即通過Internet將報警信號及用戶體征信息發(fā)送至用戶家人的手機或其他移動設備,同時可以將報警信息發(fā)送至醫(yī)院,以便對病人進行急救。
          2.2 軟件設計
          系統(tǒng)在用戶終端上我們選用Android智能系統(tǒng)作為應用平臺。Android是由谷歌(Google)和開放手機聯(lián)盟(OpenHandset Alliance)支持的一個手機軟件開發(fā)平臺,支持多種無線網(wǎng)絡連接方式,如GPRS、WiFi、藍牙等。通過這些方式,Android手機可以方便地通過無線網(wǎng)絡通信,訪問Internet和各種網(wǎng)絡上的服務器。同時Android框架提供了對HTTP等通訊協(xié)議的支持。
          Android應用程序是以許多Android API組件為基礎進行開發(fā)的,下面是幾種主要的API組件:當前活動程序Activity是最常用的應用程序組件,可以把Activity簡單的理解成一個用戶所看到的屏幕,稱之為“活動”。它主要用于處理程序的整體性工作,通過調(diào)用onCreate()、onStart()、onRestart()、onResume()、onStop()、onDestory()等方法來實現(xiàn)運行、暫停、停止等狀態(tài)。例如監(jiān)聽按鍵、觸摸屏等事件,指定圖像顯示View,啟動其他Activitv。Android用Intent類實現(xiàn)啟動其他Activily,它調(diào)用startActivity(myIntent)方法觸發(fā)解析myIntent動作,新的Activity接收到myIntent通知后,開始運行,例如通過Activity的切換實現(xiàn)顯示布局的切換。ContentProvider類是一個特殊的存儲數(shù)據(jù)的類型,它實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的存儲與共享。Service是運行在后臺的應用程序組件,不直接與用戶交互。當前活動程序可以使用Context.
          StartService()開啟一項后臺服務,還可以通過Context.bindService()與后臺服務通信。在Android的Java程序中,實現(xiàn)人機交互的控件是通過事件處理的,需要指定控件所用的事件監(jiān)聽器。事件響應部分代碼如下:
          g.JPG

          3 系統(tǒng)調(diào)試
          首先對WIFI模塊進行參數(shù)配置,使其工作于透明傳輸模式,隨時進行數(shù)據(jù)的傳輸。通過單片機對串口的寫操作命令將數(shù)據(jù)通過無線傳輸在手機界面上顯示出來。
          然后對脈搏進行校準,將系統(tǒng)測得的人體脈搏數(shù)據(jù)與標準脈搏計測得的數(shù)據(jù)進行比較,結(jié)果表明兩者誤差在±5 Hz。
          最后進行體溫的測試,通過對軟件、硬件的調(diào)試。在顯示界面得到一個溫度數(shù)據(jù),然后和標準體溫計測得的數(shù)據(jù)進行比較,結(jié)果表明兩者差異在±0.1℃。設定體溫高低閾值分別為38℃、35℃,當給定的測試溫度為小于35℃或大于38℃時,用戶手機會自動彈出報警提示界面。
          體溫采集顯示如圖6所示,橫軸為軟件運行時間,縱軸為體溫值。

          h1.jpg


          心率采集顯示如圖7所示,根據(jù)時間進行記錄并上傳至服務器。

          h.JPG



          4 結(jié)束語
          此款監(jiān)測系統(tǒng)在集成實時監(jiān)測體溫、心率等多項生命體征的同時,結(jié)合當下快速普及的手機智能系統(tǒng),將采樣的體征信息通過WiFi網(wǎng)絡傳輸至信號處理中心,由信號處理中心對采樣信息進行編譯和處理,形成一定的波形、數(shù)據(jù)結(jié)果,再由網(wǎng)絡傳輸?shù)狡浣邮斩耍Y(jié)合用戶Andr oid設備終端進行數(shù)據(jù)顯示及反饋。采用人機友好交互界面進行體征信息管理,可實現(xiàn)遠程體征信息監(jiān)測、分析、警報等功能,具有低功耗、使用方便、操作簡單等特點,應用前景廣闊。



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