趙志勇等

摘 要：老年人的身體健康問題已受到社會的廣泛關(guān)注，面臨突發(fā)疾病，無法及時就醫(yī)，在很大程度上提高了老年疾病的致死率。本文通過對發(fā)射式光電傳感器的研究，提出了一種用于監(jiān)測心率的智能腕表，可應(yīng)用于突發(fā)老年疾病的監(jiān)測與報警，文章將就該產(chǎn)品的系統(tǒng)框架、主要模塊原理、應(yīng)用價值等方面做詳細的闡述。

關(guān)鍵詞：反射式光電傳感器；心率監(jiān)測；脈搏；老年人；藍牙；腕表

1 引言

近年來心腦血管疾病極大的影響了老年人的健康，因此心腦血管疾病的預(yù)防和治療成為了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一大課題，心腦血管發(fā)病急，致命性強，但發(fā)病時如果能及時進行救治會大大減輕其危害，針對此特點市場上出現(xiàn)了一批用于檢測心率的儀器設(shè)備，但由于其心率采集方式多為擠壓式而不能長時間使用。在此我們提出了這種基于反射式光電傳感器的智能心率監(jiān)測腕表，可長時間佩戴不影響老人的正?；顒?。另外最近社會上在老人摔倒后出現(xiàn)了扶與不扶的問題，就此我們在腕表中加入自動錄音模塊，此功能可為發(fā)生意外是責(zé)任人的認定提供一定依據(jù)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)整體框架

本智能心率監(jiān)測腕表由數(shù)據(jù)采集終端和核心數(shù)據(jù)處理器組成。數(shù)據(jù)采集終端采用腕表形式將最新科技的反射式光電感應(yīng)心率感應(yīng)傳感器、藍牙發(fā)送模塊封裝于其內(nèi)。通過心率感應(yīng)傳感器采集人體心率數(shù)據(jù)，并通過藍牙將采集的心率數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器的藍牙將接收的數(shù)據(jù)傳送到處理器STM32f103中，STM32f103進行數(shù)據(jù)比對，當(dāng)心率實測值≥最高警戒值或心率實測值<最低警戒值時，STM32f103將控制GSM模塊向監(jiān)護人的手機撥打報警電話，并啟動GPS定位系統(tǒng)，然后將定位信息以短消息的形式發(fā)送到監(jiān)護人手機，以便監(jiān)護人能及時了解心臟病突發(fā)病人的具體信息，在第一時間進行救治，另外，在腕表側(cè)面裝有SOS鍵，在緊急時刻可以進行一鍵報警，內(nèi)部裝有自動錄音裝置，在發(fā)生意外時進行自動錄音，為責(zé)任方的確認提供事實依據(jù)。系統(tǒng)總體框圖如圖1-1

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 心率測量

3.1.1 測量原理

利用波長為960nm的光束照射皮膚表面，光束將通過反射的方式傳送到光電接收器。在此過程中由于受到皮膚肌肉和血液的吸收衰減作用，檢測器監(jiān)測到的光強度將減弱，其中皮膚、肌肉、組織等對光的吸收再整個血液循環(huán)中是保持恒定不變的，而皮膚內(nèi)的血液容積在心臟作用下呈現(xiàn)搏動性變化，當(dāng)心臟收縮時外周血容量最多，光吸收量也最大，檢測到的光強最少，當(dāng)心臟舒張時，正好相反，檢測到光強最大，是光接收器檢測到的光強度隨之成脈動性變化，將此光強度變化信號轉(zhuǎn)化為電信號便可獲得脈搏的相關(guān)信息。

3.1.2 反射式光電傳感器

反射式光電傳感器與皮膚接觸時紅外發(fā)光管發(fā)出波長為960nm的紅外光經(jīng)反射后進入紅外接收管此時光強已減弱，并此時光強信號呈脈動性變化，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后使其輸出電流發(fā)生同樣規(guī)律的改變，這樣就實現(xiàn)了對心率信號的提取。傳感器及外圍電路框圖如圖1-2。

紅外發(fā)射電路為紅外發(fā)光管提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動電流使其發(fā)出960nm的紅外光.紅外檢測電路為光敏管設(shè)置一合適的靜態(tài)工作點。由于傳感器的輸出阻抗較大，且輸出電流很小，若直接進行放大則信號的損失過大，因此通過阻抗變換電路對傳感器的輸出電阻進行變換，以使放大電路獲得較高的增益。

3.1.3 信號處理電路

由傳感器提取出的脈搏信號極其微弱很小，并且含有較高頻率的干擾信號，為從中獲取有效信號需對此信號進行一系列的處理.信號處理電路框圖如圖1-3

由于脈搏的頻率很低，而干擾信號又具有較高的頻率，因此采用二階低通濾波電路對干擾信號進行濾波。傳感器輸出的信號非常小，采用多級放大電路進行信號放大。經(jīng)過放大的信號如果直接利用遲滯比較器進行整形將引人新的干擾，為此在遲滯比較器前設(shè)計了積分電路保證最終獲得可靠的心率信號。

3.2 系統(tǒng)運算處理單元電路

信號運算處理單元電路由STM32f103、藍牙模塊、GPS模塊、GSM模塊、錄音模塊、聲光器件構(gòu)成，STM32負責(zé)對提取出的脈搏信號進行處理，根據(jù)處理結(jié)果控制其它模塊進行工作，實現(xiàn)心率監(jiān)測、報警、定位、錄音等功能。

4 結(jié)論

本文所提出的智能心率監(jiān)測腕表解決了傳統(tǒng)擠壓式心率監(jiān)測儀器不便攜帶的缺陷，可進行廣時間區(qū)間的心率監(jiān)測。其攜帶的由聲光報警、一鍵SOS與GSM求救短信發(fā)送功能所組成的緊急情況自救系統(tǒng)，能夠在很大程度上提高中老年人在突發(fā)疾病情況下的存活率，具有明顯的實用價值。隨著單孩家庭的普遍，老齡化社會的趨近，該產(chǎn)品的社會意義也將日益體現(xiàn)，得到廣泛應(yīng)用。

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