基于Arduino的遠(yuǎn)程定位生理參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘要：基于Arduino平臺(tái)采用提供高精度三維位置的MXTOS2-200模塊，設(shè)計(jì)了一種體積小巧的遠(yuǎn)程定位生理參數(shù)監(jiān)測(cè)儀。利用獨(dú)特的過(guò)采樣技術(shù)和低功耗的傳感模塊，結(jié)合Arduino開源環(huán)境對(duì)人體脈搏、呼吸頻率、行走狀況(跌倒)等生理狀態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)采集測(cè)量，與正常生理參數(shù)范圍做比較，進(jìn)行預(yù)警動(dòng)作。實(shí)驗(yàn)表明，該監(jiān)測(cè)儀可以對(duì)生理參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，得到精確的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行生理判斷;Arduino平臺(tái)提供GSM、GPS以及常用生理參數(shù)傳感器的庫(kù)函數(shù)可大大降低設(shè)計(jì)難度;系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、低功耗、低成本的優(yōu)點(diǎn)。

　　引言

　　目前國(guó)內(nèi)一些便攜式生理檢測(cè)儀設(shè)備，雖然可以檢測(cè)多個(gè)生理參數(shù)，但很多只是單獨(dú)地研究了便攜式監(jiān)測(cè)儀或采用物聯(lián)網(wǎng)的形式連接大型醫(yī)療設(shè)備，其設(shè)計(jì)大多復(fù)雜、價(jià)格昂貴，難以得到廣泛的應(yīng)用^[3~5]。

　　本文設(shè)計(jì)一種基于開源電子平臺(tái)Arduino的遠(yuǎn)程定位生理參數(shù)監(jiān)測(cè)儀，實(shí)時(shí)采集人體的生理參數(shù)，應(yīng)用于突發(fā)狀況下的快速定位和急救，兼具了便攜、遠(yuǎn)程定位和發(fā)送、性價(jià)比高、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，可以起到定位急救的作用。

　　1 總體設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)由定位模塊MXTOS2-200、Arduino最小系統(tǒng)、生理參數(shù)采集模塊、無(wú)線傳輸模塊和人機(jī)交互模塊組成，其框圖如圖1所示。其中，無(wú)線數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)主要由無(wú)線傳輸模塊、報(bào)警器、微處理器和計(jì)算器模塊組成。生理參數(shù)采集模塊將采集到的呼吸頻率、脈搏、行走狀態(tài)等參數(shù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，微處理器對(duì)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行處理并顯示，然后無(wú)線傳輸模塊將處理后的數(shù)據(jù)打包發(fā)送出去，數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)接收到生理參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)后，微處理器將數(shù)據(jù)進(jìn)行拆包，取出有效數(shù)據(jù)并通過(guò)串口發(fā)送至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)采集的各項(xiàng)生理參數(shù)進(jìn)行分析、處理和顯示或者直接通過(guò)GSM模塊發(fā)送至手機(jī)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了呼吸頻率、脈搏等生理參數(shù)的采集和測(cè)量、行走狀態(tài)的監(jiān)控以及實(shí)時(shí)的GPS(Global Positioning System，全球定位系統(tǒng))位置坐標(biāo)和時(shí)間信息的獲取和信號(hào)的無(wú)線傳輸。如果采集到的呼吸頻率、脈搏與預(yù)設(shè)值(標(biāo)準(zhǔn)范圍)有差異或檢測(cè)到人體跌倒時(shí)，則通過(guò)人機(jī)交互模塊顯示和語(yǔ)音報(bào)警，并且啟動(dòng)通訊模塊，將生理參數(shù)和位置信息傳遞到上位機(jī)或集控中心。這樣模擬出人在外遇到突發(fā)狀況的情景，可以看到系統(tǒng)的各模塊的運(yùn)行;同時(shí)系統(tǒng)也可以用于日常的體檢自查和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳遞，便于醫(yī)師進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和疾病診斷。

　　2 硬件設(shè)計(jì)

　　硬件部分主要包括控制器的選取與電源模塊的設(shè)計(jì)、生理參數(shù)測(cè)量模塊、MXTOS2-200導(dǎo)航模塊、GSM無(wú)線通信模塊與LCD人機(jī)交互模塊。其中，最小系統(tǒng)采用Arduino MEGA2560，主要在于MEGA2560具有54路數(shù)字輸入/輸出接口(15路用于PWM)和4個(gè)硬件串口，豐富的I/O接口便于擴(kuò)展，其最小系統(tǒng)電路如圖2所示。