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,，實現(xiàn)遠程實時監(jiān)控,，當監(jiān)測的數(shù)值超過或者低于正常的閾值時，會發(fā)出報警信號,，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)計中,，同樣可以應用到醫(yī)學、野外探險等多個領(lǐng)域,，這種設(shè)計是服裝藝術(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)實意義。

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

0 引言

　　從2013年開始，智能腕表,、手環(huán),、眼鏡陸續(xù)進入大眾視野,，成為“潮人”們追捧的對象，這一年更被業(yè)界認定為“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，可以實現(xiàn)特定的功能,，以此方便人們的生活[1],。本文所設(shè)計的心率采集監(jiān)測模塊采用市面上最先進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行了特殊設(shè)計,，對脈搏傳感器進行安放，可以更加方便地對人體的脈搏進行實時采集和監(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

　　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

　　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)實驗測定后，R2的最佳值為10 kΩ,。通過整形電路可以方便實現(xiàn)對脈搏數(shù)目的統(tǒng)計，為后期上位機的監(jiān)測提供條件,。

2 心率信號處理模塊的設(shè)計

　　為了得到正確的脈搏頻率,，可用設(shè)置中斷的手段來實現(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)進入外部中斷服務(wù)子程序,，每進入一次服務(wù)子程序脈搏計數(shù)器加1，與此同時定時器1定時用戶自定義的時間周期,。一旦到達定時時間則讀取計數(shù)器里的值,，讀完清空各寄存器以便下次計數(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,。

3 心率采集監(jiān)測界面設(shè)計

　　當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)上傳給遠程終端[5],，實時地顯示被測者的心率情況,，通過編程實現(xiàn)實時折線圖的繪制，對心率變化的趨勢進行跟蹤監(jiān)測,，一旦發(fā)生異常時會觸發(fā)報警[6],，以方便救援，把風險降到最低,。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)報警，綠燈變紅燈同時發(fā)出鳴笛聲,。

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,、電源模塊等進行了封裝處理，同時,，設(shè)計了特殊的口袋對采集模塊進行了固定和安置,，在口袋的底部設(shè)計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，本文對傳感器進行了黑色遮光處理,，可以套在手指上,，如圖8所示，方便測量,。

5 結(jié)論

　　可穿戴技術(shù)既面臨機遇又面臨著嚴峻的挑戰(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，該裝置不僅可以實現(xiàn)對脈搏的實時采集,，也可以通過遠程終端進行實時監(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用價值,。

參考文獻

　　[1] 田苗，李俊.智能服裝的設(shè)計模式與發(fā)展趨勢[J].紡織學報,，2014,，35（2）：109-115.

　　[2] 徐偉.光電傳感器的研究與應用[J].科技創(chuàng)新導報，2010（12）：42,，44.

　　[3] 盧超.PVDF型脈搏傳感器信號處理電路的設(shè)計[J].齊齊哈爾大學學報,，2009，25（6）：6-10.

　　[4] 黃麗卿.基于光電容積脈搏波的心率變異度檢測方法研究[D].北京：北京工業(yè)大學,，2013.

　　[5] 王秀芳.基于VS2010動態(tài)血壓監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J].中國醫(yī)學物理學雜志,，2012，29（5）：3668-3671.

　　[6] 鄭捷文.可穿戴實時診斷,、報警,、移動健康監(jiān)護系統(tǒng)[D].北京：中國人民解放軍軍事醫(yī)學科學院，2008.

　　[7] 曾惜.可穿戴技術(shù)的挑戰(zhàn)和機遇[J].科技風,，2014（4）：233,，236.

　　[8] 可穿戴技術(shù)大暢想：2015年將人變機器[J].奇聞怪事，2013（10）：56-57.