張超

【摘 要】文章結(jié)合CC3200單片機(jī)、Wi-Fi的通用性、云平臺(tái)豐富的擴(kuò)展性等特點(diǎn)，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能心率檢測(cè)與情緒監(jiān)控系統(tǒng)。項(xiàng)目通過移動(dòng)互聯(lián)、云服務(wù)、智能傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，開發(fā)一套智能心率檢測(cè)與情緒監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)，用戶可以在手機(jī)、平板等智能設(shè)備上，使用相應(yīng)的APP，實(shí)時(shí)查看本人及家中老人、小孩的心率變化情況并能及時(shí)提醒，對(duì)醫(yī)院或個(gè)人做到實(shí)時(shí)觀測(cè)、實(shí)時(shí)提醒、實(shí)時(shí)救治的心率遠(yuǎn)程檢測(cè)、情緒變化監(jiān)控體驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；CC3200；Wi-Fi；云服務(wù)；遠(yuǎn)程控制；數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和分析

【中圖分類號(hào)】TN925 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）01-0060-03

0 引言

因生活質(zhì)量的提高及現(xiàn)代生活節(jié)奏的變快，生存壓力大等因素，心臟病的發(fā)病率越來越高，使人們特別是中老年人對(duì)自己的身體健康狀況越來越重視。心率是否正常是判斷個(gè)體情緒和心臟有無病變最直接的方法，現(xiàn)有的檢測(cè)設(shè)備由于不好攜帶或者無法實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和分析，就無法及時(shí)做出判斷和采取措施，人們迫切需求一種新型的、智能的、可穿戴的心率和情緒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來對(duì)身體狀況做出及時(shí)的判斷和調(diào)整，避免危險(xiǎn)情況的發(fā)生。利用該系統(tǒng)來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中老年人的心率情況，第一時(shí)間對(duì)其身體異常情況做出反應(yīng)，并能長(zhǎng)期跟蹤分析，以及時(shí)準(zhǔn)確地掌握中老年人情緒和心率變化規(guī)律。本項(xiàng)目基于物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)云、智能傳感器、APP移動(dòng)互聯(lián)等技術(shù)研究建立一個(gè)中老年人心率情緒監(jiān)控系統(tǒng)。

1 智能心率檢測(cè)與情緒監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

智能心率檢測(cè)與情緒監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理如圖1所示。

智能硬件部分采用了MiCOKit3200開發(fā)套件，MiCOKit3200與TI CC3200 LaunchPad連接后，使得CC3200能夠連接各類傳感器并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。利用此開發(fā)套件的擴(kuò)展性，我們?cè)谥靼逶黾恿诵穆蕚鞲衅鳈z測(cè)模塊、溫濕度傳感器模塊和三軸加速度傳感器檢測(cè)模塊。

（1）利用三軸加速度傳感器檢測(cè)模塊配以相關(guān)算法，可以實(shí)現(xiàn)物體的加速度信息的實(shí)時(shí)檢測(cè)、監(jiān)控，判斷人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

（2）利用心率傳感器檢測(cè)模塊配以相關(guān)算法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人體心率的實(shí)時(shí)檢測(cè)、監(jiān)控，對(duì)人體狀態(tài)做出判斷。

（3）利用溫濕度傳感器檢測(cè)模塊配以相關(guān)算法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人體溫濕度的實(shí)時(shí)檢測(cè)、監(jiān)控，對(duì)人體狀態(tài)做出判斷。

利用心率、情緒變化檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)照表1進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)人體的加速度發(fā)生變化時(shí)，同時(shí)檢測(cè)身體的溫濕度和心率的變化情況，系統(tǒng)將相關(guān)信息通過無線路由器轉(zhuǎn)發(fā)至云服務(wù)器，云服務(wù)器對(duì)接收到的數(shù)據(jù)配合算法做出相應(yīng)的分析判斷，最終由云服務(wù)器將判斷結(jié)果信息發(fā)送到已綁定的用戶手機(jī)，來進(jìn)行相關(guān)的報(bào)警和提醒操作。

2 智能心率檢測(cè)與情緒監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

整個(gè)心率、情緒檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可分為三部分：智能穿戴檢測(cè)裝置（嵌入式設(shè)備客戶端）、云服務(wù)器端設(shè)計(jì)、手機(jī)APP設(shè)計(jì)。三部分運(yùn)行機(jī)制和體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

3 智能硬件的選擇和功能實(shí)現(xiàn)

3.1 CC3200

CC3200是TI無線連接SimpleLink Wi-Fi和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）解決方案最新推出的一款單片機(jī)，具有內(nèi)置Wi-Fi，客戶借助片上Wi-Fi、互聯(lián)網(wǎng)和強(qiáng)大的安全協(xié)議，無需Wi-Fi經(jīng)驗(yàn)即可實(shí)現(xiàn)快速的開發(fā)。

3.2 心率傳感器

本模塊使用SON1303光電式心率傳感器，可放置于人體各部位測(cè)試人體心率和脈搏。其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)品及新式測(cè)試方法的脈搏測(cè)量?jī)x器，能擴(kuò)大脈搏測(cè)量配套設(shè)備的應(yīng)用范圍。

3.3 加速度傳感器

加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速力的電子設(shè)備。主要感應(yīng)方式是對(duì)微小物理量的變化進(jìn)行測(cè)量，再通過電壓信號(hào)來表示這些變化量。加速度傳感器主要用作人體跌倒檢測(cè)，利用人體跌倒時(shí)加速度的變化結(jié)合一定的識(shí)別方式，就可以判斷出人體是否跌倒。

3.4 溫濕度傳感器

MiCOKit-3200套件的主板上配置了一個(gè)溫濕度傳感器SHT20。SHT20是一款工業(yè)級(jí)的數(shù)字溫度傳感器，其工作功耗僅為3.2 ？滋W，因此配合MCU能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗的IoT應(yīng)用。

智能檢測(cè)設(shè)備嵌入式軟件設(shè)計(jì)的主程序流程如圖3所示。

3.5 云服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

云服務(wù)平臺(tái)是專為嵌入式設(shè)備提供指定服務(wù)的遠(yuǎn)程服務(wù)器。服務(wù)器通過為用戶提供相應(yīng)的API接口，實(shí)現(xiàn)與嵌入式終端設(shè)備的數(shù)據(jù)通信。同時(shí)，用戶可以隨時(shí)隨地通過手機(jī)、PC機(jī)等智能終端來訪問服務(wù)器，并獲取嵌入式設(shè)備的傳感數(shù)據(jù)及檢測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)等。目前比較成熟的有阿里云、百度云、慶科云等。

云服務(wù)器主要承擔(dān)心率檢測(cè)系統(tǒng)終端設(shè)備的管理和信息分析處理及轉(zhuǎn)發(fā)功能，并且能夠及時(shí)響應(yīng)并處理終端（檢測(cè)設(shè)備、智能手機(jī)等）的請(qǐng)求。其功能主要包括以下兩個(gè)部分。

（1）嵌入式設(shè)備客戶端與云服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互。云服務(wù)器接收檢測(cè)設(shè)備的檢測(cè)數(shù)據(jù)信息并分析處理。

（2）Android手機(jī)客戶端與云服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互。云服務(wù)器將檢測(cè)設(shè)備的檢測(cè)信息分析處理的結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給手機(jī)客戶端。

檢測(cè)設(shè)備客戶端與云服務(wù)器、手機(jī)客戶端與云服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互方式都采用C/S（客戶端/服務(wù)器）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的架構(gòu)模型。它將服務(wù)請(qǐng)求功能（客戶端）和服務(wù)提供功能（服務(wù)器）分開。其中，客戶端通過向云服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求信息，服務(wù)器接收到請(qǐng)求后將請(qǐng)求內(nèi)容返回給客戶端實(shí)現(xiàn)兩者的數(shù)據(jù)交互，兩者分別發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，相互配合，緊密合作。圖4為客戶端與云服務(wù)器數(shù)據(jù)交互的結(jié)構(gòu)圖。

3.6 APP的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

將Android移動(dòng)終端作為此次報(bào)警系統(tǒng)的控制終端，具有操作簡(jiǎn)單、可移動(dòng)性和便于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。

手機(jī)客戶端主要實(shí)現(xiàn)以下功能：手機(jī)客戶端直接與云服務(wù)器進(jìn)行通信，接收云服務(wù)器發(fā)送過來的檢測(cè)處理結(jié)果信息；手機(jī)客戶端接收到結(jié)果信息后，進(jìn)行相關(guān)的報(bào)警操作；同時(shí)管理多個(gè)檢測(cè)設(shè)備（傳感節(jié)點(diǎn)）。

4 結(jié)語

本研究提出并設(shè)計(jì)完成一種基于智能物聯(lián)網(wǎng)的心率、情緒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分別從系統(tǒng)工作原理、系統(tǒng)硬件選擇嵌入設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)云端架構(gòu)實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)分析和APP設(shè)計(jì)等方面，分析智能物理網(wǎng)在人體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用。將無線智能CC3200設(shè)備、手機(jī)終端、數(shù)據(jù)云等應(yīng)用于健康監(jiān)測(cè)中，實(shí)現(xiàn)低成本、低功耗、智能化的無線網(wǎng)絡(luò)通信。通過本系統(tǒng)用戶可以實(shí)時(shí)獲知人體健康狀況，并可以遠(yuǎn)程檢測(cè)、監(jiān)控。利用物聯(lián)網(wǎng)云端強(qiáng)大的計(jì)算分析能力，為用戶、醫(yī)院提供一種及時(shí)、有效、便捷的提醒救治的實(shí)時(shí)健康檢測(cè)系統(tǒng)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]劉強(qiáng)，崔莉，陳海明.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2010，37（6）：1-4.

[2]Texas Instruments.2.4-GHz Bluetooth？low energy System-on-Chip[EB/OL].htt：//www.ti.com，2014-02-15.

[3]孫利民，李建中，陳渝，等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[4]Heydon R.Bluetooth low energy：The Developer's Handbook[J].Pearson Schweiz Ag，2012（5）.

[5]沈蘇彬，范曲立，宗平，等.物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與相關(guān)技術(shù)研究[J].南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，29（6）：1-11.

[6]沈建華.CC3200 Wi-Fi單片機(jī)原理與實(shí)踐——基于MiCO操作系統(tǒng)[M].北京：北京航空航天出版社，2015.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]