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        基于STM32單片機(jī)的人體心率采集系統(tǒng)

        2016-11-17 02:21:36湖北民族學(xué)院信息工程學(xué)院黃曉英聶云浩
        電子世界 2016年20期
        關(guān)鍵詞:檢測系統(tǒng)

        湖北民族學(xué)院信息工程學(xué)院 王 毅 楊 志 黃曉英 聶云浩 徐 建

        基于STM32單片機(jī)的人體心率采集系統(tǒng)

        湖北民族學(xué)院信息工程學(xué)院 王 毅 楊 志 黃曉英 聶云浩 徐 建

        針對目前便攜式人體心率采集系統(tǒng)的研究,本文提出了一種通過搭建以STM32ZET6為控制核心,以脈搏傳感器SON1205為外部檢測模塊,通過C語言在KEIL5編程軟件下,設(shè)計(jì)心率檢測算法來實(shí)現(xiàn)對人體心率的檢測,本系統(tǒng)還能夠通過無線傳輸模塊NRF2401實(shí)現(xiàn)將采集到的人體心率等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的傳輸,從而可以實(shí)現(xiàn)一種遠(yuǎn)程監(jiān)控,同時(shí),系統(tǒng)還能夠?qū)z測到的人體心率通過液晶模塊顯示。實(shí)驗(yàn)表明,該系統(tǒng)工作穩(wěn)定,誤差較小,數(shù)據(jù)傳輸正常,能夠達(dá)到我們整套系統(tǒng)的要求。

        心率采集;STM32;脈搏傳感器;NRF2401

        0 引言

        隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷的發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高,人們對自己健康的在意度也在不斷的加強(qiáng),可是快速化的生活規(guī)律迫使人們沒有更多的時(shí)間好好的監(jiān)控自己的身體狀況。同時(shí)大多數(shù)的孤巢老人身邊沒有子女的監(jiān)護(hù),一旦發(fā)生了任何的意外情況,所有人都只能鞭長莫及,無能為力。因此如何得到一套能夠十分便攜又可以遠(yuǎn)程監(jiān)控的心率采集統(tǒng)[1],是十分重要的。

        改革開放以來,在無數(shù)前輩們的努力下,中國的科技有了快速的發(fā)展,小型化、集成化的MCU不斷的進(jìn)入中國市場,從而使更多的電子器件進(jìn)入普通百姓家中成為了可能。醫(yī)院雖然有高精度的心電測量儀,但是很多都是有線檢測,這在一定的程度上限制的病人的自由活動(dòng)的空間,并且需要讓病人經(jīng)常在醫(yī)院與家庭之間長期奔波。同時(shí)高精度的測量儀價(jià)格昂貴、笨重,無法進(jìn)入普通百姓家,也無法進(jìn)行隨身攜帶。

        STM32單片機(jī)開發(fā)成本低廉,我們只需要在上面運(yùn)行我們用C語言編寫的心率檢測算法結(jié)合我們所搭建的外圍電路模塊就能實(shí)現(xiàn)人體的心率采集,以及心率傳輸,操作簡單方便。

        1 系統(tǒng)總體方案

        系統(tǒng)通過脈搏檢測模塊來感知人體心率的變化[2],將人體心率的變化通過方波的形式輸出,然后通過放大電路將方波信號(hào)進(jìn)行放大至系統(tǒng)的MCU能夠檢測的幅度,最后將處理好的信號(hào)接到MCU的I/ O口送給MCU,讓MCU運(yùn)行心率檢測算法進(jìn)而得出此時(shí)人體的心率,MCU得到心率后通過液晶顯示,同時(shí)系統(tǒng)的MCU還利用無線傳輸模塊NRF2401將數(shù)據(jù)發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)端,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)。

        本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

        2 硬件電路設(shè)計(jì)

        系統(tǒng)硬件電路采用的是模塊化的設(shè)計(jì),按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成,硬件結(jié)構(gòu)相應(yīng)的分為脈搏檢測模塊、顯示模塊、無線傳輸模塊。

        2.1脈搏檢測模塊

        人體心率檢測系統(tǒng)最為關(guān)鍵的一步就是獲取人體的心率,我們只有檢測到心率后,才能運(yùn)行心率檢測算法得出人體的心率。在本套系統(tǒng)中我們使用的是模塊化的脈搏檢測器SON1205。它能夠?qū)⑷梭w微弱的心率信號(hào)經(jīng)過采集放大后輸出標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)。

        脈搏檢測器電路圖如圖2所示。

        圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖

        2.2顯示模塊

        顯示模塊我們使用的是正點(diǎn)原子官方提供的TFT3.5寸的液晶顯示屏,通過寬大液晶顯示,能夠?qū)崿F(xiàn)友好的人際界面交互,將檢測到的信息實(shí)時(shí)的顯示,同時(shí)根據(jù)檢測的結(jié)果給出一定的合理化的保健建議 。

        2.3無線傳輸模塊

        無線傳輸模塊用于將我們采集到的信息傳輸至遠(yuǎn)端界面,因此本系統(tǒng)中我們采用的是NRF2401無線傳輸模塊。NRF2401是單片射頻收發(fā)芯片,一般工作在2.4~2.5Ghz ISM頻段,芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體震蕩器和調(diào)制器等功能的模塊,輸出功率和通信頻段可以通過程序來進(jìn)行配置。

        3 軟件設(shè)計(jì)

        本套系統(tǒng)的重點(diǎn)是心率檢測算法的設(shè)計(jì),只有良好的心率檢測算法,我們所采集到的信息才會(huì)誤差較小,從而給我們提供精確的信息。在本套系統(tǒng)中我們利用了STM32的內(nèi)部資源,外部中斷和內(nèi)部定時(shí)器的使用,我們通過外部中斷來獲取人體心率的變化,通過定時(shí)器來設(shè)置一個(gè)時(shí)間閘門,通過計(jì)數(shù)在這個(gè)時(shí)間閘門內(nèi)心率變化的次數(shù),從而通過一定的數(shù)據(jù)處理得到人體的心率。

        如圖3所示為本系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)圖。

        圖2 脈搏檢測器設(shè)計(jì)圖

        圖3 程序設(shè)計(jì)圖

        4 檢測結(jié)果分析

        我們找來三個(gè)人對本套系統(tǒng)進(jìn)行測試,將檢測結(jié)果與醫(yī)院高精度的心電檢測儀檢測的結(jié)果進(jìn)行比較。

        測試結(jié)果如表1所示。

        從表中我們可以看出,在幾次測試中,數(shù)據(jù)結(jié)果與精密儀器的

        結(jié)果雖然有一定的誤差,但是誤差是很小的一般都在3~5之間,再者數(shù)據(jù)傳輸端顯示的結(jié)果于檢測端是一樣的說明系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸正常穩(wěn)定,系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的工作。

        表1 系統(tǒng)測試結(jié)果

        5 結(jié)束語

        在本套系統(tǒng)中,完成了人體心率的采集與傳輸,通過采集到的結(jié)果通過液晶顯示屏給出一定的保健建議,使人們能夠時(shí)時(shí)刻刻的監(jiān)護(hù)到自己的健康狀況,同時(shí)也為“空巢老人”的健康防護(hù)起到了一定的防范作用。通過系統(tǒng)的測試,達(dá)到了我們所需要的目的。

        [1]張迪,吳水才.心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研究進(jìn)展[D].北京:北京大學(xué),2008.

        [2]周星馳,周樟偉,陶大錦.人體生理信號(hào)采集系統(tǒng)[J].電子世界,2012(04).

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