《電子技術(shù)應(yīng)用》
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面向智能服裝的心率采集監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2015年微型機(jī)與應(yīng)用第4期
趙 婧,范秀娟
(北京服裝學(xué)院 信息工程學(xué)院,,北京 100029)
摘要: 結(jié)合智能服裝與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù),,采用一種新型的光電反射式模擬傳感器,,設(shè)計(jì)出一款可以隨身攜帶的心率采集監(jiān)測模塊。該模塊不僅可以實(shí)時地采集脈搏心率情況,,同時可以將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī),,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控,當(dāng)監(jiān)測的數(shù)值超過或者低于正常的閾值時,,會發(fā)出報(bào)警信號,,方便救援人員及時救助。此心率采集模塊體積小,、方便攜帶,,將其嵌入到服裝設(shè)計(jì)中,同樣可以應(yīng)用到醫(yī)學(xué),、野外探險等多個領(lǐng)域,,這種設(shè)計(jì)是服裝藝術(shù)和無線電子相結(jié)合的又一新興產(chǎn)物,具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義,。
Abstract:
Key words :

  摘  要: 結(jié)合智能服裝與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù),,采用一種新型的光電反射式模擬傳感器,設(shè)計(jì)出一款可以隨身攜帶的心率采集監(jiān)測模塊,。該模塊不僅可以實(shí)時地采集脈搏心率情況,,同時可以將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控,,當(dāng)監(jiān)測的數(shù)值超過或者低于正常的閾值時,,會發(fā)出報(bào)警信號,方便救援人員及時救助,。此心率采集模塊體積小,、方便攜帶,將其嵌入到服裝設(shè)計(jì)中,,同樣可以應(yīng)用到醫(yī)學(xué),、野外探險等多個領(lǐng)域,這種設(shè)計(jì)是服裝藝術(shù)和無線電子相結(jié)合的又一新興產(chǎn)物,,具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義,。

  關(guān)鍵詞: 智能服裝;心率,;脈搏,;ZigBee實(shí)時監(jiān)測,;pulsesensor

0 引言

  從2013年開始,,智能腕表、手環(huán),、眼鏡陸續(xù)進(jìn)入大眾視野,,成為“潮人”們追捧的對象,,這一年更被業(yè)界認(rèn)定為“可穿戴設(shè)備元年”。簡單來說,,可穿戴設(shè)備就是指可以直接穿在身上,,或是整合到用戶的衣服或配件上的一種便攜式設(shè)備。然而隨著無線傳感器技術(shù)的發(fā)展,,各式各樣的可穿戴的智能服裝也逐步出現(xiàn)在人們的生活中,,智能服裝就是把小型的芯片、電子元器件,、電源等設(shè)備嵌入到服裝中,,可以實(shí)現(xiàn)特定的功能,,以此方便人們的生活[1],。本文所設(shè)計(jì)的心率采集監(jiān)測模塊采用市面上最先進(jìn)的光電反射式傳感器,它不同于以往的壓電式,、壓膜式傳感器,,具有很高的靈敏度。同時,,本文專門對服裝的口袋進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì),,對脈搏傳感器進(jìn)行安放,可以更加方便地對人體的脈搏進(jìn)行實(shí)時采集和監(jiān)測,。

1 光電反射式傳感器工作原理

  Pulsesensor是一款用于脈搏心率測量的光電反射式模擬傳感器,。采用光電容積法的原理對信號進(jìn)行采集,將其佩戴于手指或耳垂等處,,利用人體組織在血管搏動時造成透光率的不同來測量脈搏,。由于脈搏是隨心臟的搏動而周期性變化的信號,動脈血管容積也周期性變化,,因此光電變換器的電信號變化周期就是脈搏頻率[2],。

  1.1 系統(tǒng)功能模塊劃分

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  本文整體系統(tǒng)的功能模塊劃分如圖1所示,包括采集模塊,、微處理模塊,、無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、液晶顯示模塊和串口通信模塊等,。

  1.2 整形電路的設(shè)計(jì)

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  本系統(tǒng)的整形電路采用四電壓比較器LM339和若干電阻電容構(gòu)成單限電壓比較電路[3],。圖2所示為整形部分的電路原理圖,由于脈搏信號經(jīng)整形后為幅值為2~3 V的方波信號,,因此將閾值電壓設(shè)定為2.5 V較為合適,,整個電路由+5 V直流電壓源供電,經(jīng)實(shí)驗(yàn)測定后,,R2的最佳值為10 kΩ,。通過整形電路可以方便實(shí)現(xiàn)對脈搏數(shù)目的統(tǒng)計(jì),,為后期上位機(jī)的監(jiān)測提供條件。

2 心率信號處理模塊的設(shè)計(jì)

  為了得到正確的脈搏頻率,,可用設(shè)置中斷的手段來實(shí)現(xiàn)功能[4],。將I/O口P1.3設(shè)置為外部中斷口,輸入信號下降沿可觸發(fā)外部中斷使系統(tǒng)進(jìn)入外部中斷服務(wù)子程序,,每進(jìn)入一次服務(wù)子程序脈搏計(jì)數(shù)器加1,,與此同時定時器1定時用戶自定義的時間周期。一旦到達(dá)定時時間則讀取計(jì)數(shù)器里的值,,讀完清空各寄存器以便下次計(jì)數(shù),。圖3為本系統(tǒng)脈搏采集模塊的協(xié)調(diào)器流程圖,圖4為心率采集過程流程圖,。

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3 心率采集監(jiān)測界面設(shè)計(jì)

  當(dāng)傳感器采集到脈搏數(shù)值后,,會通過ZigBee協(xié)議將采集到的數(shù)據(jù)上傳給遠(yuǎn)程終端[5],實(shí)時地顯示被測者的心率情況,,通過編程實(shí)現(xiàn)實(shí)時折線圖的繪制,,對心率變化的趨勢進(jìn)行跟蹤監(jiān)測,一旦發(fā)生異常時會觸發(fā)報(bào)警[6],,以方便救援,,把風(fēng)險降到最低。圖5為某測試者心率正常時(基本穩(wěn)定在84次/min)的監(jiān)測曲線,,圖6為另一測試者心率不正常時(如50次/min)觸發(fā)報(bào)警,,綠燈變紅燈同時發(fā)出鳴笛聲。

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4 心率采集裝置在智能服裝上的測試結(jié)果

  本文將脈搏采集裝置的數(shù)據(jù)發(fā)送模塊,、電源模塊等進(jìn)行了封裝處理,,同時,設(shè)計(jì)了特殊的口袋對采集模塊進(jìn)行了固定和安置,,在口袋的底部設(shè)計(jì)有特殊的小孔可以走線,,使光電傳感器外露,如圖7所示,。為了保證所測心率的精度,,本文對傳感器進(jìn)行了黑色遮光處理,可以套在手指上,,如圖8所示,,方便測量。

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5 結(jié)論

  可穿戴技術(shù)既面臨機(jī)遇又面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[7],,本文基于ZigBee協(xié)議采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù),,設(shè)計(jì)了一款可穿戴的脈搏心率采集監(jiān)測裝置,該裝置不僅可以實(shí)現(xiàn)對脈搏的實(shí)時采集,,也可以通過遠(yuǎn)程終端進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,。大數(shù)據(jù)的時代背景以及信息化智能化的科技產(chǎn)品會在今后改變?nèi)藗兊纳罘绞絒8],,而本文設(shè)計(jì)的可穿戴脈搏監(jiān)測系統(tǒng)也是服裝領(lǐng)域和電子通信領(lǐng)域相結(jié)合的又一新興產(chǎn)物,在智能服裝的發(fā)展方面有著非常重要的研究意義和實(shí)用價值,。

參考文獻(xiàn)

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