康燁 仝志民 孫浩楠 趙乃辰

摘? ?要：可穿戴式醫(yī)療檢測設(shè)備近年來悄然興起，該領(lǐng)域已經(jīng)成為醫(yī)療領(lǐng)域研究的熱點。新興技術(shù)與智能可穿戴技術(shù)的不斷融合大大促使智能可穿戴醫(yī)療設(shè)備的更新。本文設(shè)計了基于二維碼的穿戴式健康監(jiān)護系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集模塊對人體的溫度、心率等數(shù)據(jù)進行采集，利用Arduino作為微控制器對采集到的數(shù)據(jù)進行處理并以二維碼的形式展示在顯示器上，通過手機客戶端的微信小程序掃描二維碼可以將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫，便于個體對于數(shù)據(jù)的查看。引進二維碼技術(shù)，有效的解決了當前市場上已有設(shè)備存在的信息安全問題，也增加了用戶體驗的趣味性。

關(guān)鍵詞：二維碼? 穿戴式健康監(jiān)護? Arduino? 微信小程序? 信息安全

中圖分類號：TP391? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）03（a）-0154-02

可穿戴式醫(yī)療監(jiān)測設(shè)備近年來悄然興起，原因在于人們的健康觀念和生活方式發(fā)生了變化，人們對自身及家人的健康日益關(guān)注，尤其是在我國年齡結(jié)構(gòu)日益步入老齡化的階段，實時監(jiān)測老年人健康狀況已經(jīng)成為當今乃至今后很長時間內(nèi)的迫切任務(wù)。黃衍標[2]設(shè)計了基于智能手表的跌倒監(jiān)護系統(tǒng)，通過三軸加速器、三軸陀螺儀等檢測被監(jiān)護人腕部姿勢，再利用BLE通過手機上傳至云端，同時利用GSM向監(jiān)護人進行遠程跌倒報警求救;朱海洋[3]設(shè)計了一種低功耗心率測量智能穿戴設(shè)備，該設(shè)備以STC15W401AS單片機為控制核心，采用NJL5303集成收發(fā)光電傳感器采樣脈搏信號，經(jīng)過二階帶通濾波放大處理后由微控制器處理得到心率值，通過藍牙無線信號將結(jié)果發(fā)送到手機APP軟件。上述幾種設(shè)計雖然能夠有效檢測人體的健康狀況，但是對于被檢測人的信息安全并沒有做出考慮。

作為穿戴式健康監(jiān)測設(shè)備和云數(shù)據(jù)庫平臺的數(shù)據(jù)傳輸?shù)募~帶，本設(shè)計采用二維碼這一新型的數(shù)據(jù)傳輸手段，一方面具有對數(shù)據(jù)的保密功能，另一方面可以節(jié)省利用其它傳輸手段比如無線模塊或藍牙模塊帶來的硬件設(shè)備增加，這對于穿戴式設(shè)備是非常有意義的。傳輸至云服務(wù)平臺的數(shù)據(jù)可以進行存儲、積累、分析，從而使人體健康的監(jiān)測納入大數(shù)據(jù)云計算平臺之上，以便于對健康指數(shù)的辨識、預測以及預警。

1? 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

基于二維碼的健康監(jiān)護系統(tǒng)總體上可以分為硬件和軟件兩部分設(shè)計。本系統(tǒng)利用Arduino作為微控制器，由MAX30102心率采集傳感器和MAX30205體溫檢測傳感器作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用OLED屏作為集成數(shù)據(jù)的二維碼顯示設(shè)備，并利用手機微信小程序可以進行實時的掃描二維碼，監(jiān)測到的數(shù)據(jù)可以上傳到云端，便于后續(xù)的健康分析。

本設(shè)備通過上述幾大系統(tǒng)相互作用完成對人體健康的監(jiān)測。整套系統(tǒng)的設(shè)計框圖如圖1所示。

2? 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)的硬件部分主要包括健康監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、二維碼顯示模塊、電源模塊以及用于查看數(shù)據(jù)的手機終端。

2.1 數(shù)據(jù)采集以及處理

2.1.1 MAX30102心率、血氧采集模塊

心率數(shù)據(jù)采集使用MAX30102模塊，它是一個集成的脈搏血氧儀和心率監(jiān)測儀生物傳感器模塊，集成了紅外光LED、光電檢測器、光器件以及帶環(huán)境光抑制的低噪聲電子電路。該模塊利用光電容積法測量心率，基本原理是利用人體組織在血管搏動時造成透光率不同來進行脈搏和血氧飽和度測量。血氧飽和度的定義式表示為：

該模塊采用標準I2C接口與Arduino微處理器進行信息傳輸，便于后續(xù)對信息的處理，同時它具有體積小，佩戴簡單的特點，可以快速高效的采集數(shù)據(jù)。

2.1.2 MAX30205體溫檢測模塊

體溫數(shù)據(jù)采集使用MAX30205體溫檢測模塊，它是一款集成溫度傳感器，可以精確測量溫度，并提供過溫報警/中斷/關(guān)斷輸出[4]，該器件使用高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器將溫度測量轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，工作在0°C至+50°C的溫度范圍內(nèi)，精度為0.1°C。

2.2 數(shù)據(jù)接收以及顯示

基于二維碼的穿戴式健康監(jiān)護系統(tǒng)處理后的數(shù)據(jù)以二維碼陣列的形式表示。二維碼分為堆疊式和矩陣式，本系統(tǒng)采用的是矩陣式QR碼。它是在一個矩形空間通過黑、白像素在矩陣中的不同分布進行編碼，在矩陣相應(yīng)元素位置上，用點的出現(xiàn)表示二進制“1”，點的不出現(xiàn)表示二進制“0”，點的排列組合確定了矩陣式二維碼所代表的意義。

本設(shè)計采用OLED屏實現(xiàn)二維碼的展示。OLED屏即有機發(fā)光二極管顯示器，構(gòu)造簡單，自發(fā)光不需要背光源，對比度高厚度薄，反應(yīng)速度快，廣泛應(yīng)用在商業(yè)領(lǐng)域、通訊領(lǐng)域以及消費類電子領(lǐng)域。顯示結(jié)果如圖2所示。

2.3 主控模塊

基于二維碼的健康監(jiān)護系統(tǒng)的主控制器采用Arduino主板，一款便捷靈活的開源電子原型平臺[5]。它擁有多類型數(shù)據(jù)傳輸接口，便于同傳感器進行信息交互。該平臺擁有專用的Arduino IDE，對于編程者極易掌握，具有足夠的靈活性。同時由于其開源的特點，用戶在開源協(xié)議范圍內(nèi)可以任意修改原始設(shè)計以及相應(yīng)代碼，便于二次開發(fā)。

3? 軟件設(shè)計

手機客戶端采用微信小程序進行開發(fā)。微信小程序就是一種基于微信系統(tǒng)上簡潔輕量的APP，所提供的功能都是最主要的功能[6]。我們采用微信官方給出的開發(fā)者工具，完成小程序的API和頁面的開發(fā)調(diào)式、代碼查看和編輯?；诙S碼的健康監(jiān)護系統(tǒng)微信小程序包含二維碼掃描以及歷史數(shù)據(jù)查看功能。

4? 測試結(jié)果

我們對系統(tǒng)進行了多次模擬測試，監(jiān)測數(shù)據(jù)可以進行實時掃描查看，歷史數(shù)據(jù)每1min保存一次進行云端上傳，結(jié)果表明選用MAX30102模塊和MAX30205模塊可以有效檢測出人體健康數(shù)據(jù)，同時微信小程序也可以實時掃描得到信息。經(jīng)過不同環(huán)境下的測試，該系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性。

5? 結(jié)語

基于二維碼的穿戴式健康監(jiān)護系統(tǒng)可以便捷的實現(xiàn)人對于多項健康指數(shù)實時查看的需求，同時二維碼的特點可以有效保證用戶的私人信息安全，也增加了用戶體驗的趣味性。

參考文獻

[1] 張海芳，于志峰.智能穿戴醫(yī)療設(shè)備的發(fā)展[J].醫(yī)療裝備， 2017，30（19）：203-204.

[2] 黃衍標，陳華珍，黃鍵鵬，等.基于腕部可穿戴設(shè)備的跌倒監(jiān)護系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機測量與控制， 2019，27（1）：102-106.

[3] 朱海洋.基于智能穿戴的心率測量系統(tǒng)設(shè)計[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（15）：108-109.

[4] 烏音嘎.家庭醫(yī)療監(jiān)測系統(tǒng)[D].內(nèi)蒙古大學，2018.

[5] 耿麗娟，劉青，袁培燕.基于Arduino的智能防盜系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機技術(shù)與發(fā)展，2020（4）：1-6.

[6] 胡亞琛.探究微信小程序的開辟與走向[J].現(xiàn)代營銷：經(jīng)營版，2019（4）：92.