馬遙遙，彭鴻昌，張潤(rùn)博，陳世林，吳春紅

（東南大學(xué)成賢學(xué)院，江蘇南京，210088）

基于MSP430單片機(jī)的智能健康管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

馬遙遙，彭鴻昌，張潤(rùn)博，陳世林，吳春紅

（東南大學(xué)成賢學(xué)院，江蘇南京，210088）

本設(shè)計(jì)是基于MSP430單片機(jī)的一款集心率、血壓、體溫測(cè)量于一體的簡(jiǎn)易健康設(shè)備。MSP430單片機(jī)通過(guò)對(duì)心率、血壓、體溫等數(shù)據(jù)的采集和處理，最終通過(guò)GSM模塊將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)發(fā)送到特定的手機(jī)號(hào)碼，通過(guò)收到的短信可以實(shí)時(shí)了解老人的身體狀況。本設(shè)計(jì)的主控芯片選用低功耗的MSP430G2553，其處理能力強(qiáng)，運(yùn)算速率快。本文簡(jiǎn)單介紹了此系統(tǒng)的原理與實(shí)現(xiàn)方式。

MSP430單片機(jī)；心率；血壓；體溫；GSM

0 引言

根據(jù)全國(guó)老齡辦的調(diào)查結(jié)果顯示，目前我國(guó)城市老年人空巢家庭的比例將近達(dá)到50%，由于年輕一代異地工作的普遍化，使得獨(dú)居老人增多，而老人的健康監(jiān)護(hù)就成為一個(gè)普遍的社會(huì)問(wèn)題。因此，擁有一套可以記錄老人的心率、體溫、血壓這些健康數(shù)據(jù)的設(shè)備是十分必要的，并且通過(guò)短信或互聯(lián)網(wǎng)和子女之間形成遠(yuǎn)程互動(dòng)，讓子女可以隨時(shí)掌握父母的身體健康狀況，有效節(jié)約醫(yī)療成本，縮短診療流程。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要以 MSP430G2553 單片機(jī)作為主控模塊，由體溫模塊、心率模塊、血壓模塊、GSM模塊組成完整體系。另外，本系統(tǒng)可以通過(guò)電池獨(dú)立供電，方便攜帶和使用。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示。

圖1

2 硬件部分設(shè)計(jì)

2.1 主控芯片的選擇

本系統(tǒng)采用的是 MSP430G2553 單片機(jī)——德州儀器公司的一款超低功耗的16位精簡(jiǎn)指令集微處理器，此芯片內(nèi)置16位定時(shí)器，多達(dá)24個(gè)支持觸摸感測(cè)的I/O引腳，一個(gè)10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，成本低，系統(tǒng)穩(wěn)定，方便攜帶。

2.2 心率采集模塊

本系統(tǒng)選用Pluse Sensor 光電反射式模擬傳感器作為心率采集模塊，它是一款創(chuàng)新性的心率傳感器，體積很小，紐扣般大小，將其佩戴于手指、耳垂等身體部位，通過(guò)導(dǎo)線連接正確端口可將采集到的模擬信號(hào)傳輸給MSP430G2553單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算后得到心率數(shù)值。

2.3 體溫采集模塊

對(duì)于體溫的檢測(cè)，我們選擇了DS18B20傳感器，其獨(dú)特的單線接口方式使其只需一條信號(hào)線便可實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的雙向通信。另外，它不需要任何外圍電路，大大減小了成品的體積。此傳感器測(cè)溫范圍大概在-55至+125度之間，固有測(cè)溫分辨率0.5攝氏度，用它測(cè)量手指的溫度從而預(yù)測(cè)體溫是否正常。

2.4 血壓采集模塊

對(duì)于血壓的采集，我們利用了XGZP6847壓力傳感器，微型氣泵，泄氣閥及一系列外圍電路。使用的原理是壓迫會(huì)改變血管內(nèi)血流的聲音。正常情況下，血液在血管內(nèi)流動(dòng)是沒有聲音的，當(dāng)綁帶內(nèi)的壓力等于或稍低于心縮壓時(shí)，隨著心縮射血，血液即可沖開被阻斷的血管形成渦流，此時(shí)所顯示的壓力值即相當(dāng)于收縮壓。當(dāng)綁帶壓力降低到等于或稍低于舒張壓時(shí)，血流復(fù)又暢通，伴隨心跳所發(fā)出的聲音便突然變?nèi)趸蛳?，此時(shí)所顯示的壓力值即相當(dāng)于舒張壓。

2.5 GSM模塊

在GSM系統(tǒng)中有124個(gè)頻道，頻道間隔是200khz，每個(gè)頻道由8個(gè)用戶共享，在時(shí)間上進(jìn)行時(shí)分復(fù)用。也就是信號(hào)的發(fā)送是突發(fā)的，不是連續(xù)發(fā)送的。上行和下行規(guī)定使用相同的信道號(hào)（ARFCN）和時(shí)系號(hào)，而且基站和移動(dòng)臺(tái)相差三個(gè)時(shí)系，即上行電路落后于下行電路三個(gè)時(shí)系時(shí)間。 GSM 使用了TDMA和FDMA多路傳輸，時(shí)分多址接入技術(shù)使其在性能上顯現(xiàn)出絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。我們?cè)贕SM模塊中插入手機(jī)卡，將單片機(jī)采集并處理后的心率和體溫值通過(guò)uart端口傳送到GSM模塊，對(duì)軟件的設(shè)置可以將數(shù)值發(fā)送到特定的手機(jī)號(hào)碼，而血壓的高壓和低壓值則顯示在液晶屏上。

3 軟件部分設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)程序的可移植性，我們將本系統(tǒng)程序分成了多個(gè)模塊分別處理，并且各個(gè)模塊有相應(yīng)的形參作為接口。系統(tǒng)程序主要包括main函數(shù)、心率檢測(cè)函數(shù)、溫度檢測(cè)函數(shù)、血壓檢測(cè)函數(shù)、時(shí)鐘函數(shù)、中斷函數(shù)、GSM短信發(fā)送函數(shù)及顯示函數(shù)。給系統(tǒng)上電后，首先會(huì)對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行基本的初始化設(shè)置，然后根據(jù)人的正確檢測(cè)顯示出心率、體溫、血壓。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的智能管理健康系統(tǒng)，是大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目，經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)和完善后，各模塊可以較好地運(yùn)行，可以方便在外打工的年輕人及時(shí)地了解家中老人的身體狀況，從而避免不必要的擔(dān)心。

[1]李艷華，陳慧明.單片機(jī)控制GSM手機(jī)的技術(shù)及運(yùn)用[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2005.

[2]傅強(qiáng)，楊艷.LaunchPad 口袋實(shí)驗(yàn)平臺(tái)——MSP-EXP430G2篇，2013.

The Design of an Intelligent Health Management System Based on MSP430 SCM

Ma Yaoyao, Peng Hongchang，Zhang Runbo, Chen Shilin,Wu Chunhong
(Chenxian College Southeast University, Nanjing Jiangsu, 210088)

This design is a simply-constructed and healthy product, based on the MSP430 SCM, which can get the data of heart rate, the blood pressure and the body temperature. By capturing and processing those data, MSP430 SCM will send the switched data to the appointed cellphone number by a module called GSM. The owner of the cellphone can have knowledge of the elder’s physical condition in no time. MSP430G2553 is chosen to be the main-controlled chip for our design. It has different advantages consisting of consuming low power, having excellent competence in dealing with data and high velocity of operation. This paper mainly introduced the theory and the way of its realization of this system.

MSP430 SCM; Heart Rate; Blood Pressure; Body Temperature; GSM