摘 要：文章設(shè)計(jì)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為孤寡老人專門設(shè)計(jì)的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用功能強(qiáng)大、高靈活性的多協(xié)議SoC的NRF51822作為處理單元，結(jié)合外圍設(shè)備（包括陀螺儀、加速度計(jì)、溫度、心率傳感器等），對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)老人的體溫、心率、運(yùn)動(dòng)量等監(jiān)測(cè)，如遇緊急情況還能自動(dòng)呼救。本系統(tǒng)具有方便、易用，為孤寡老師提供了便攜式移動(dòng)監(jiān)護(hù)站。

關(guān)鍵詞：NRF51822；BLE；心率

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，可穿戴設(shè)備逐漸步入醫(yī)療領(lǐng)域，為人們的身心健康提供極大的保證，作為新世紀(jì)的大學(xué)生，應(yīng)該站在時(shí)代發(fā)展的前沿，掌握最先進(jìn)的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)知識(shí)，以適應(yīng)和造福社會(huì)。而中國(guó)人口老年化，獨(dú)居老人增多，無人看護(hù)，養(yǎng)老院看護(hù)人員過少，近幾年經(jīng)常出現(xiàn)老人摔倒或因疾病無人及時(shí)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致死亡的案例。所以設(shè)計(jì)了這款基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能老人看護(hù)系統(tǒng)，避免因無人及時(shí)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的悲劇。MPU6050是6軸運(yùn)動(dòng)處理傳感器，它集成了3軸陀螺儀、3軸加速度傳感器和一個(gè)數(shù)位運(yùn)動(dòng)處理器，通過I2C總線串行輸出三軸方向上的加速度和角速度。NRF51822是NORDIC公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一款多協(xié)議的超低功耗的無線芯片，當(dāng)下移動(dòng)終端快速發(fā)展，NRF51822在無線通信領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示：主控NRF51822負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)以及用戶交互功能。手機(jī)端APP采用低功耗藍(lán)牙和NRF51822通信，負(fù)責(zé)發(fā)送短信和緊急撥號(hào)功能。OLED負(fù)責(zé)顯示時(shí)間、來電提醒、短信提醒功能，與振動(dòng)電機(jī)相結(jié)合能及時(shí)提醒老齡用戶。心率傳感器和溫度傳感器都通過非接觸式采集數(shù)據(jù)，給用戶舒適體驗(yàn)。陀螺儀和加速度傳感器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶的行動(dòng)狀態(tài)，如遇突然狀況（摔倒）能自動(dòng)及時(shí)通知監(jiān)護(hù)中心或者家屬避免發(fā)生意外。

2 部分模塊設(shè)計(jì)

2.1 NRF51822與MPU6050接口

NRF51822作為系統(tǒng)的控制核心可直接控制MPU6050的工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)采集，并將MPU6050采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過解算處理然后通過BLE發(fā)送到手機(jī)端，NRF51822與MPU6050通過I2C總線接口進(jìn)行通信，其電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。

對(duì)MPU-6050模塊的角度數(shù)據(jù)處理，算法很多，比如最常見的積分處理，卡爾曼濾波處理，自帶DMP處理等，本設(shè)計(jì)充分利用NRF51822的定時(shí)器，采用積分處理。我們知道在誤差要求允許范圍內(nèi)，對(duì)不連續(xù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行求和有時(shí)候可以替代積分，本設(shè)計(jì)就是依據(jù)這個(gè)思想來實(shí)現(xiàn)的。

2.2 NRF51822與心率傳感器接口

圖3 心率檢測(cè)設(shè)計(jì)方案

心率采集方案如圖3所示：SON1303采用了570nm發(fā)光波長(zhǎng)的綠光，與紅外光相比反射率更高，測(cè)量感度更高，同時(shí)提高了S/N比特性，采用的反射式光電傳感器使測(cè)量方式更加自由，應(yīng)用范圍遍及可佩戴式電子產(chǎn)品以及新式測(cè)試方法的脈搏測(cè)量?jī)x器，內(nèi)部集成高科技納米涂層環(huán)境光檢測(cè)傳感器，過濾不需要的光源，減少由其他光源干擾的誤判動(dòng)作，準(zhǔn)確度高，經(jīng)過四運(yùn)放SON3130，處理得到方波，MCU僅僅需要讀取高低電平就能采集出心跳速率。且此方案不需要和人體直接接觸，即可采集出信號(hào)，擁有絕佳的用戶體驗(yàn)。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 NRF51822藍(lán)牙協(xié)議分層

首先是應(yīng)用層，從藍(lán)牙特別興趣小組SIG的官方網(wǎng)站可以看到已經(jīng)發(fā)布的GATT規(guī)范列表，包括今警告通知、血壓測(cè)量、心率、電池等，如圖4等，他們都是針對(duì)具體的低功耗藍(lán)牙的應(yīng)用實(shí)例來設(shè)計(jì)的。

控制層包括三部分：

主機(jī)控制器（HCI），也稱為設(shè)備管理器，是基帶中的一個(gè)功能模塊，控制一般的藍(lán)牙設(shè)備行為。它負(fù)責(zé)所有與數(shù)據(jù)無關(guān)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)操作，例如詢問附近藍(lán)牙設(shè)備是否存在，連接藍(lán)牙設(shè)備，或者讓本地的藍(lán)牙設(shè)備可以被其他設(shè)備發(fā)現(xiàn)或者連接。為了執(zhí)行相應(yīng)的功能，設(shè)備管理器要求提供基帶的資源控制器訪問傳輸媒介。

鏈路層（LL），主要負(fù)責(zé)鏈路管理、鏈路控制，包括負(fù)責(zé)創(chuàng)建、維護(hù)和釋放邏輯鏈路已經(jīng)跟新設(shè)備之間物理鏈路的相關(guān)參數(shù)。

物理層，負(fù)責(zé)從物理信道傳輸和接收信息數(shù)據(jù)包，在基帶和物理層之間一條控制路允許基帶模塊控制物理層的時(shí)隙和頻率載波。同時(shí)，物理層模塊向物理層信道和基帶發(fā)送和接收符合格式要求的數(shù)據(jù)流。

3.2 軟件MCU程序設(shè)計(jì)

如圖5：本設(shè)備開機(jī)后程序自動(dòng)運(yùn)行，首先連接手機(jī)，然后自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，算出心率值，體溫值，用戶的運(yùn)動(dòng)量和自身的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，判斷是否摔倒和體溫心率是否超過設(shè)定值，摔倒或者超過設(shè)定值立刻通知手機(jī)發(fā)送短信給監(jiān)護(hù)人或者監(jiān)護(hù)中心。來短信，本設(shè)備電機(jī)震動(dòng)提醒用戶，防止用戶年紀(jì)大耳朵不好聽不見，同時(shí)OLED還會(huì)顯示時(shí)間和一天的運(yùn)動(dòng)量，到了晚上會(huì)提醒用戶多鍛煉，防止肌肉萎縮。本設(shè)備還有求救報(bào)警功能，老人只需輕輕一點(diǎn)按鍵，就能發(fā)送短信（也可設(shè)置為電話撥號(hào)功能）到監(jiān)護(hù)人或者監(jiān)護(hù)中心。

4 結(jié)束語

文章設(shè)計(jì)研究的可穿戴式老人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，檢測(cè)出的心率值準(zhǔn)確率高達(dá)99%，體溫值準(zhǔn)確到0.1攝氏度，且都是非接觸式，給用戶極佳的體驗(yàn)。運(yùn)動(dòng)過程中也不影響其準(zhǔn)確度，姿態(tài)檢測(cè)也非常準(zhǔn)確，測(cè)試期間，摔倒檢測(cè)概率非常高。結(jié)果表明，該設(shè)備對(duì)于獨(dú)居老人的監(jiān)護(hù)效果明顯，能大大減少獨(dú)居老人的事故率。

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