宋緒國(guó) 高國(guó)慶 蘇叢 夏昊天

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)的職工健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)的問題，設(shè)計(jì)了一個(gè)蓄水電站水污染環(huán)境下職工健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。此次設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件部分，其中包括主控制器、傳感器和無線通信芯片和電路設(shè)計(jì)，主控制器主要接收職工的生理參數(shù)和傳感器傳輸?shù)纳頂?shù)據(jù)，傳感器采集職工的溫度信息、脈搏信息和心率信息，無線通信芯片主要對(duì)職工的生理參數(shù)信息傳輸。系統(tǒng)的軟件部分，轉(zhuǎn)換硬件發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并設(shè)定閾值，將職工數(shù)據(jù)與正常健康參數(shù)對(duì)比，若超出閾值，則報(bào)警提醒，提醒工作人員及時(shí)對(duì)職工檢查，以此完成蓄水電站水污染環(huán)境下職工健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果表明，此次設(shè)計(jì)的蓄水電站水污染環(huán)境下職工健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)比傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間短，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)職工的健康問題，滿足監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性需求。

關(guān)鍵詞：水污染;職工;健康;監(jiān)測(cè);系統(tǒng);實(shí)時(shí)

中圖分類號(hào)：TP311

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2020）07-0054-05

由于蓄水電站的職工在工作過程中，會(huì)受到水污染的影響，從而對(duì)職工健康產(chǎn)生一定的影響，因此對(duì)職工健康狀況監(jiān)測(cè)非常重要。水污染環(huán)境下的造成的健康問題，對(duì)于某些健康指標(biāo)，短期內(nèi)的變化并不明顯，從而導(dǎo)致病情發(fā)現(xiàn)較晚，影響到職工的治療。同時(shí)，傳統(tǒng)的職工健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)的問題，影響了職工治療的時(shí)間，因此設(shè)計(jì)一種蓄水電.站水污染環(huán)境下職工健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

此次設(shè)計(jì)的職工健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要通過主控制器、傳感器和無線通信芯片和電路等的綜合運(yùn)用，對(duì)職工信息實(shí)時(shí)獲取，并通過軟件部分對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的信息轉(zhuǎn)換，設(shè)定閾值，將采集到的職工健康信息與正常的健康參數(shù)對(duì)比，若超出閾值則報(bào)警提醒工作人員，以保證及時(shí)對(duì)職工檢查，以此完成職工健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果表明，此次設(shè)計(jì)的職工健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)比傳統(tǒng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間短，因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠依靠系統(tǒng)記錄下職工動(dòng)態(tài)的日常身體狀況，積累健康數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)職工的健康問題。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

此次設(shè)計(jì)的職工健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)重點(diǎn)為系統(tǒng)的硬件部分，具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

系統(tǒng)最底層為信息采集部分，主要通過主控制器"和傳感器采集職工體溫、脈搏等人體健康參數(shù)，測(cè)量完成后，將數(shù)據(jù)通過無線通信芯片傳輸，傳輸至控制終端，然后由系統(tǒng)軟件對(duì)發(fā)送過來的信息進(jìn)行分析與處理若測(cè)量的結(jié)果超出設(shè)定閾值時(shí)，通過系統(tǒng)軟件發(fā)送報(bào)警信息，及時(shí)對(duì)職工檢查;系統(tǒng)中間層主要為應(yīng)用程序，主要提供職工信息、資源管理等功能;系統(tǒng)最上層為核心庫(kù)，具有顯示系統(tǒng)管理、媒體機(jī)構(gòu)等功能。

職工健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1主控制器設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用ARM系列的STM32F10345，主控器主要接收傳感器傳輸?shù)纳頂?shù)據(jù)？，主控制器在通過無線通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸至PC監(jiān)控端，主控制器外圍硬件結(jié)構(gòu)框如圖2所示。

該主控制器具有功耗低、可靠性高、運(yùn)行速度快的特點(diǎn)，因此使用STM32F10345控制芯片吲實(shí)時(shí)采集人體信息。主控制器芯片具有精簡(jiǎn)指令結(jié)構(gòu)，指令周期為125ns，16位寄存器，4種節(jié)電模式，具有60KBFlash存儲(chǔ)器，具有仿真調(diào)試、可隨時(shí)擴(kuò)展的功能。

2.2傳感器設(shè)計(jì)

傳感器選用MASF45核心單片機(jī)！，主要包括溫度采集模塊、脈搏采集模塊和心率采集模塊。在MASF45核心單片機(jī)統(tǒng)一控制下實(shí)現(xiàn)對(duì)人體信號(hào)的檢測(cè)，MASF45單片機(jī)的工作過程如圖3所示。

溫度采集模塊：主要檢測(cè)職工身體溫度，在人體檢測(cè)中最為重要，溫度測(cè)量主要由核心單片機(jī)舊MASF45和溫度傳感器DS234HG67作為主要的采集器件。DS234HC67無需外接元件，能夠直接測(cè)量出人體溫度，并且從溫度傳感器中讀出或?qū)懭氲男畔⒅恍枰粋€(gè)單線接口就可以實(shí)現(xiàn)讀寫，總體系統(tǒng)為溫度傳感器供電，不需另加電源，該溫度傳感器測(cè)量范圍廣、測(cè)量精度高，供電電壓為3～5.5V。

DS234HG67溫度傳感器與MASF45核心單片機(jī)的硬件接口較簡(jiǎn)單，在實(shí)際使用時(shí)，通過數(shù)字I/0引腳？控制DS234HG67溫度傳感器的數(shù)據(jù)線DQ，便可與MASF45核心單片機(jī)相連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

脈搏測(cè)量模塊：脈搏作為人體健康檢測(cè)的重要內(nèi)容之一，對(duì)職工健康監(jiān)測(cè)具有重要意義，脈搏監(jiān)測(cè)過程圖如圖4所示。

設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用透光式脈搏傳感器%，原理是發(fā)光二極管可以將電能轉(zhuǎn)化為紅外光，然后將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，在測(cè)量時(shí)，手指只需靠近脈搏傳感器，就可以間接測(cè)量出職工的脈搏信號(hào)。脈搏測(cè)量電路主要有采集電路、低通放大電路、信號(hào)整形電路三部分組成，在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過程中，為避免信號(hào)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的干擾，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理，考慮到氣候、環(huán)境等的影響，采用可調(diào)電阻R5，調(diào)節(jié)信號(hào)的放大倍數(shù)，以保證脈搏測(cè)量的準(zhǔn)確性。

心率采集模塊主要與MASF45核心單片機(jī)接連，實(shí)時(shí)采集職工心率，采用HRM-2103穿透式心率傳感

器，該傳感器外部有接地引腳、輸出端引腳和電源引腳，輸出端與STM32F10345控制器的管腳相連并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。心率傳感器及接口電路圖如圖5所示。

2.3無線通信芯片設(shè)計(jì)

無線通信芯片主要對(duì)職工的生理參數(shù)信息傳輸，其為系統(tǒng)的核心控制，通過該模塊控制傳感器狀態(tài)、設(shè)置無線通信和簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)處理等功能。選用KY743嵌人式無線通信芯片，其外圍電路圖如圖6所示。

該芯片串行接口符合網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的嵌人式模塊，主要用于串口、以太網(wǎng)和無線網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換。該芯片內(nèi)部集成8051內(nèi)核，具有性能高和功耗低的特點(diǎn)，并且能夠存儲(chǔ)網(wǎng)格參數(shù)，能夠使系統(tǒng)下次啟動(dòng)時(shí)直接連接網(wǎng)絡(luò)。

在無線通信芯片確定網(wǎng)絡(luò)地址后，可以允許新的節(jié)點(diǎn)連接到這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，允許加入到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的流程如圖7所示。

實(shí)際使用時(shí)，允許新的網(wǎng)絡(luò)加人無線通信中，以保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

2.4電路電源設(shè)計(jì)

在此次設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，電源是整個(gè)硬件電路運(yùn)行的重要保障，上述主控制器、傳感器、無線通信芯片均采用+5V直流電壓供電。供電電路圖如圖8所示。

系統(tǒng)+5V直流電壓使用的穩(wěn)壓器為78M05，接口電路中主要有4個(gè)接線口，主要功能是數(shù)據(jù)輸入、模式選擇、數(shù)據(jù)輸出和時(shí)鐘。串行通信模塊采用MAXX34，具有電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、低成本的優(yōu)點(diǎn)。

3職工健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

在上述職工健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)軟件主要實(shí)現(xiàn)分析與處理發(fā)送過來的硬件數(shù)據(jù)，分析采集的職工數(shù)據(jù)中是否存在異常情況。由于系統(tǒng)硬件采集的職工健康信息格式與軟件查看格式不同，因此對(duì)硬件接收到的職工信息轉(zhuǎn)換，計(jì)算公式如下：

公式（1）中，g代表監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中硬件采集信息，Ea代表數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換因子，cm為轉(zhuǎn)換格式，d代表系統(tǒng)系統(tǒng)軟件初始化參數(shù)。

通過上述公式完成職工信息轉(zhuǎn)換，在此基礎(chǔ)上，分析職工健康信息，并設(shè)置閾值，查看職工是否存在健康問題，計(jì)算公式如下：

公式（2）中，Qlg|代表轉(zhuǎn)換完成的職工健康信息，l為設(shè)定的閾值，C，為人體健康參數(shù)，va代表職工狀態(tài)判定因子。在實(shí)際使用時(shí)，若lsl，代表職工身體正常，若l21，代表職工存在一定健康問題。若超出設(shè)定閾值，則啟動(dòng)報(bào)警機(jī)制，提醒工作人員及時(shí)查看，并及時(shí)生成相應(yīng)的職工報(bào)告，為工作人員提供基礎(chǔ)檢查依據(jù)。

通過上述硬件以及軟件的設(shè)計(jì)，完成了蓄水電站水污染環(huán)境下職工健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為驗(yàn)證上述設(shè)計(jì)的有效性，將在下一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

4實(shí)驗(yàn)對(duì)比

為了驗(yàn)證上述設(shè)計(jì)的職工健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有效性，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，并為了保證實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，將傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比兩種系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。

4.1實(shí)驗(yàn)方案

為減少實(shí)驗(yàn)時(shí)間，選取某醫(yī)院內(nèi)5個(gè)發(fā)燒患者作為被測(cè)試對(duì)象，分別使用兩種系統(tǒng)同時(shí)采集被監(jiān)測(cè)患者的體溫、血壓、心率、血樣等基本身體數(shù)據(jù)。并搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)環(huán)境如圖9所示。

實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，路由器主要將采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸至協(xié)調(diào)器，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)協(xié)調(diào)器進(jìn)行下一步信息加工與信息反饋，最后在服務(wù)器中顯示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過上述得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)兩個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果如表1所示。

分析上述對(duì)比結(jié)果可知，設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)患者病情上，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間都不超過2min，最快在0.8s上就能夠監(jiān)測(cè)到患者狀況。因?yàn)?，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集，人的體溫、心率、血壓等數(shù)據(jù)，通過無線芯片傳輸人的身體健康信息，將被監(jiān)測(cè)人的身體健康信息與正常的健康信息對(duì)比，若超出設(shè)定的閾值，就會(huì)進(jìn)行報(bào)警提醒，因此減少了系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。而傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體的響應(yīng)時(shí)間都相對(duì)較長(zhǎng)，在第5個(gè)患者監(jiān)測(cè)上，時(shí)間達(dá)到5.1min，這種情況下，會(huì)嚴(yán)重影響患者治療時(shí)間。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較慢，并且獲取到的信息較慢，導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。

通過上述實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃C明，此次設(shè)計(jì)的職工健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)比傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間短，能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)到職工健康信息的異常情況，保證職工的身體健康，具有一定的實(shí)際應(yīng)用意義。

5結(jié)語

針對(duì)傳統(tǒng)的職工健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)的問題，對(duì)職工健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以解決監(jiān)測(cè)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)的問題。主要設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬件部分，主要包括傳感器、控制器、電路電源和無線通信芯片，目的是實(shí)時(shí)采集職工的生理數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送至控制終端。軟件部分主要轉(zhuǎn)換硬件采集的數(shù)據(jù)，并將采集的職工健康數(shù)據(jù)與正常生理數(shù)據(jù)對(duì)比，若超出設(shè)定閾值，則代表職工出現(xiàn)一定的健康問題，則及時(shí)報(bào)警提醒，以此完成了檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果表明，此次設(shè)計(jì)的職工健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)比傳統(tǒng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間短，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)水污染環(huán)境下的職工健康問題，滿足了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性需求。

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