黎會(huì)鵬，黃 璞，熊 杰

(黃岡師范學(xué)院 物理與電信學(xué)院，湖北 黃岡 438000)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及國(guó)家生育政策的放開(kāi)，對(duì)于缺乏照護(hù)嬰幼兒經(jīng)驗(yàn)的年輕父母，除了日常工作，照顧孩子的疲勞感使得他們無(wú)暇集中足夠的注意力。剛出生的嬰兒還不具備自我行動(dòng)能力，身體非常脆弱且無(wú)法正確的表達(dá)自己的需求，有時(shí)候可能會(huì)由于看護(hù)者的疏忽而造成嬰兒的意外事故。鑒于看護(hù)人通常無(wú)法做到對(duì)孩子無(wú)時(shí)無(wú)刻的照顧，看護(hù)者需要采取更加有效的措施來(lái)對(duì)嬰兒進(jìn)行護(hù)理，嬰兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)可以對(duì)嬰兒進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，幫助年輕的父母做更多的工作[1]。

目前大部分醫(yī)院和護(hù)理中心，在嬰兒的治療和護(hù)理管理工作中，大多采用的依靠定時(shí)檢測(cè)，通過(guò)人工測(cè)量的方式，對(duì)嬰幼兒的各項(xiàng)生理指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和記錄。對(duì)于這些日常對(duì)嬰幼兒的護(hù)理不僅耗費(fèi)巨大的人力，并且容易造成誤差及數(shù)據(jù)記錄錯(cuò)誤，也增加了疾病交叉感染的機(jī)率。同時(shí)，針對(duì)人工測(cè)量均為紙質(zhì)記錄，不能對(duì)一段時(shí)間的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行查詢(xún)、匯總、分析.除些之外，對(duì)于嬰幼兒的監(jiān)護(hù)人多數(shù)情況下都是由護(hù)理人員告知嬰兒的生理特征，缺少主動(dòng)對(duì)自己孩子情況掌握的一種裝置或者設(shè)備[2]。加上嬰幼兒不確定的睡眠時(shí)間以及無(wú)法有效自理等特點(diǎn)，當(dāng)出現(xiàn)一些生理特征異常情況時(shí)，不能及時(shí)準(zhǔn)確的向看護(hù)人員反饋，勢(shì)必影響對(duì)嬰兒的健康安全造成影響[3-4]。

隨著短距離無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得信息交互的傳輸方式更加靈活高效。本設(shè)計(jì)采用ZigBee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)[5]，實(shí)現(xiàn)了一種準(zhǔn)確度高、功耗低的嬰兒生理特征監(jiān)控和報(bào)警系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)給監(jiān)護(hù)人員提供嬰兒的狀態(tài)信息。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)方案采用ST公司生產(chǎn)的STM32F103C8T6微控制器作為裝置的主控芯片，硬件電路由無(wú)線(xiàn)通信模塊、濕度傳感器、脈搏傳感器、姿態(tài)傳感器、數(shù)字溫度傳感器、LCD液晶顯示模塊、防盜報(bào)警模塊等模塊組成。主要完成對(duì)嬰幼兒體溫、尿布的濕度、嬰兒脈搏等進(jìn)行測(cè)量、同時(shí)該裝備具有數(shù)據(jù)顯示和報(bào)警功能。

該系統(tǒng)可通過(guò)矩陣鍵盤(pán)對(duì)嬰兒體溫范圍、濕度范圍、脈搏范圍進(jìn)行設(shè)置，若采集數(shù)據(jù)超過(guò)其設(shè)定范圍，則可通過(guò)微控制器控制報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警，提示嬰兒監(jiān)護(hù)人注意。系統(tǒng)具有嬰兒防盜和防跌落功能，若嬰兒脫離嬰兒床而未按下“解除報(bào)警”按鈕，則報(bào)警電路會(huì)發(fā)出高頻率高分貝報(bào)警聲。

系統(tǒng)通過(guò)微控制器把體溫、是否尿床、脈搏等信息通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸至PC機(jī)，并通過(guò)LabVIEW軟件編寫(xiě)顯示界面，其結(jié)構(gòu)與原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理

2 硬件設(shè)計(jì)

考慮到系統(tǒng)運(yùn)行速度、可靠性以及接口電路功能，本裝置所設(shè)計(jì)的硬件電路主要包括STM32單片機(jī)接口電路、溫度測(cè)量電路、濕度檢測(cè)電路、脈搏測(cè)量電路、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)傳感電路、矩陣鍵盤(pán)電路、LCD顯示電路和ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊。STM32單片機(jī)采集各類(lèi)傳感器數(shù)據(jù)，通過(guò)相應(yīng)功能程序處理相關(guān)數(shù)據(jù)，顯示報(bào)警和無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)上傳。無(wú)線(xiàn)模塊完成通信鏈路的建立，將收到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送給平臺(tái)中心PC機(jī)上，便于監(jiān)護(hù)人員實(shí)時(shí)了解嬰兒的狀況，提高護(hù)理工作效率。

2.1 微控制器電路

設(shè)計(jì)中所使用的微控制器為ST公司生產(chǎn)的32位內(nèi)核微處理器，型號(hào)為STM32F103C8T6，該處理器使用ARM Cortex-M3內(nèi)核[6]，片內(nèi)集成USART、CAN、SPI和I2C等多種通用總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)外設(shè)接口，系統(tǒng)工作頻率最高為72 MHz，存儲(chǔ)空間包括20KB的內(nèi)部SRAM和64KB的片內(nèi)FLASH，運(yùn)行速度快，封裝尺寸小，芯片性?xún)r(jià)比較高，能很好的滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)功能任務(wù)的要求。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，控制器外圍電路和接口如圖2所示。

圖2 微控制器接口電路

2.2 姿態(tài)傳感電路

嬰幼兒監(jiān)控裝備采用InvenSense公司的九軸姿態(tài)傳感芯片MPU9250[7-8]進(jìn)行側(cè)翻和運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，MPU9250傳感器內(nèi)部集成有獨(dú)立的三自由度陀螺儀、加速度計(jì)和高靈度霍爾型磁力計(jì)，運(yùn)動(dòng)姿態(tài)由內(nèi)部對(duì)應(yīng)的ADC通道轉(zhuǎn)換成16位的數(shù)字量，然后通過(guò)IIC總線(xiàn)與STM32微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。姿態(tài)傳感器與微控制器IIC總線(xiàn)通信速率設(shè)置為400 kHz/s，檢測(cè)所用的3軸陀螺儀的角速度測(cè)量靈敏度設(shè)置為±500(°/s)。設(shè)置3軸加速度計(jì)的測(cè)量靈敏度范圍為±4 g(g為重力加速度)，3軸高靈度霍爾型磁力計(jì)測(cè)量范圍為±4 800 μT，主要用于對(duì)傾斜和偏轉(zhuǎn)的輔助測(cè)量，MPU9250芯片的外圍接口電路如圖3所示。

圖3 姿態(tài)傳感器外圍接口電路

2.3 溫度傳感器

該裝置的嬰幼兒體溫檢測(cè)采用數(shù)字溫度傳感器，其型號(hào)為DS18B20，該傳感采集的溫度范圍為-55～+125 ℃,其溫度的檢測(cè)分辨率為0.062 5 ℃。采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20優(yōu)點(diǎn)是該傳感器工作在“一線(xiàn)總線(xiàn)”的數(shù)字傳輸方式，能通過(guò)一根數(shù)據(jù)線(xiàn)與微控制器直接通信。與熱敏電阻和模擬溫度傳感器等傳統(tǒng)測(cè)溫方式相比，該數(shù)字傳感器的優(yōu)勢(shì)是能夠直接通過(guò)各種常用的微處理器串行讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際精度要求，通過(guò)設(shè)定的總線(xiàn)協(xié)議指令進(jìn)行數(shù)據(jù)方式的配置，能夠?qū)崿F(xiàn)9～12位的數(shù)字溫度讀取。

2.4 濕度傳感器

該裝置使用濕度傳感器主要用于檢測(cè)嬰兒是否尿床，該裝置采用濕度傳感器其型號(hào)為HS1101，該傳感器工作時(shí)等效的一個(gè)電容器件，該電容值隨著測(cè)量環(huán)境的濕度的增大而隨之增大。但微控制器很難直接對(duì)電容值變化進(jìn)行測(cè)量，需要先將電容的變化量轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒖刂破饕子谔幚淼男盘?hào)。利用NE555芯片的工作特性，將該傳感器置與TS555振蕩組成檢測(cè)電路，當(dāng)?shù)刃щ娙莅l(fā)生變化時(shí)，TS555芯片輸出頻率會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，信號(hào)轉(zhuǎn)換硬件電路如圖4所示。根據(jù)這一特點(diǎn)，可將濕度傳感器電容值調(diào)整輸出為電壓恒定為3.3 V的頻率信號(hào)，由STM32微處理器通過(guò)內(nèi)部定時(shí)器的輸入捕捉功能進(jìn)行頻率測(cè)量，轉(zhuǎn)換后得到傳感器所測(cè)量的濕度值。

圖4 濕度傳感器外圍轉(zhuǎn)換電路

經(jīng)過(guò)參數(shù)計(jì)算，濕度值與振蕩頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。濕度值與頻率對(duì)應(yīng)為線(xiàn)性關(guān)系，區(qū)間內(nèi)的濕度值可通過(guò)一次函數(shù)擬合得到。

表1 測(cè)量濕度于輸出頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.5 脈搏傳感器

脈搏傳感器主要用于嬰幼兒脈搏的監(jiān)測(cè)，脈搏信號(hào)的準(zhǔn)確提取是為嬰幼兒生理病理診斷提供最為直觀的依據(jù)，其采集精度又影響脈搏信號(hào)處理和結(jié)果的分析。裝置采用的脈搏傳感器型號(hào)為HK-2000系列的生物脈搏傳感器[9]，該傳感器主要特點(diǎn)是將力敏元件、感濕元件、修正靈敏度的溫度補(bǔ)償元件和輸出信號(hào)調(diào)理電路高度集成并封裝，因此該傳感器具有抗干擾性能力強(qiáng)、靈敏度高、過(guò)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。由于脈搏傳感器輸出的原始信號(hào)為模擬電壓信號(hào)，不便于直接計(jì)算頻率，需要經(jīng)過(guò)一級(jí)電壓比較電路后轉(zhuǎn)換為方波脈沖，轉(zhuǎn)換電路如圖5所示。轉(zhuǎn)換后的信號(hào)傳輸至STM32控制器端口進(jìn)行頻率采樣。

圖5 脈搏信號(hào)轉(zhuǎn)換電路

2.6 鍵盤(pán)顯示電路

鍵盤(pán)采用4X4矩陣鍵盤(pán)，包括：0～9數(shù)值，以及模式選擇、左、右、確定等4個(gè)按鍵。其中模式選擇主要包括：體溫、濕度和脈搏3種設(shè)置模式。設(shè)置過(guò)程如下：首先通過(guò)模式按鈕設(shè)置選擇模式，通過(guò)數(shù)字按鈕設(shè)置范圍。通過(guò)左、右按鈕選擇最小值和最大值。最終在顯示屏中的顯示效果如圖6所示。圖7為系統(tǒng)主頁(yè)面。

圖6 閾值設(shè)定 圖7 LCD顯示

2.7 報(bào)警電路

報(bào)警電路采用ISD1700語(yǔ)音芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，該芯片可以通過(guò)微控制器來(lái)控制其錄音，放音等功能。其電路結(jié)構(gòu)如圖8所示。語(yǔ)音芯片通過(guò)SPI總線(xiàn)接口與微控制器相連，STM32F103通過(guò)SPI總線(xiàn)配置ISD1700內(nèi)部寄存器，控制語(yǔ)音模塊的音量、播報(bào)不同的語(yǔ)音。其內(nèi)部在8 KHz的采樣率下，可以錄取60 s的語(yǔ)音時(shí)間，本設(shè)計(jì)中，所錄制的報(bào)警音錄音地址是從芯片內(nèi)部地址0x0010開(kāi)始。

圖8 報(bào)警電路外圍電路

2.8 無(wú)線(xiàn)通信電路

下位機(jī)端和服務(wù)端采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[10]，無(wú)線(xiàn)通信模塊選用DL-22模塊，該模塊主控芯片采用CC2530芯片，其有效工作頻帶為2.4 GHz，在空曠地帶理論通信距離為1 000 m。CC2530節(jié)點(diǎn)地址配置字為16位，理論上最多支持65 536個(gè)終端地址[11]，可允許分配的節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)。STM32微處理器和PC機(jī)端均采用串口模式與ZigBee模塊進(jìn)行無(wú)線(xiàn)透?jìng)鳌Ｆ渲饕ぷ鞑襟E是通過(guò)STM32單片機(jī)采集體溫傳感器、濕度傳感器、脈搏傳感器等數(shù)據(jù)，通過(guò)UART1將信號(hào)傳送給ZigBee模塊，經(jīng)過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳輸至PC端，數(shù)據(jù)在PC段進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，通信鏈路機(jī)構(gòu)如圖9所示。

圖9 ZigBee無(wú)線(xiàn)傳輸電路

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)下位機(jī)采用Keil 5 MDK編譯軟件作為STM32F103C8T6微處理器編譯平臺(tái)，本裝置軟件采用嵌入式C語(yǔ)言進(jìn)行編程開(kāi)發(fā)。Keil MDK-ARM是英國(guó)ARM公司出品的支持ARM微控制器的一款I(lǐng)DE(集成開(kāi)發(fā)環(huán)境)，使用ULINK2仿真器可非常方便的進(jìn)行程序的在線(xiàn)調(diào)試并完成程序的下載。上位機(jī)監(jiān)控采用NI公司的LabVIEW軟件作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，該軟件采用圖形化編程語(yǔ)言進(jìn)行編程。兩者間的數(shù)據(jù)傳輸采取ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)完成[12]。

3.1 下位機(jī)軟件流程圖

打開(kāi)工作電源后，系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)入初始化流程，首先延時(shí)1 s，等待各硬件電路單元進(jìn)入正常工作狀態(tài)，以免各部件啟動(dòng)不同步造成配置失敗。STM32單片機(jī)通過(guò)IIC驅(qū)動(dòng)總線(xiàn)對(duì)MPU9250芯片進(jìn)行初始化，設(shè)置陀螺儀內(nèi)部寄存器FS_SEL=1，對(duì)應(yīng)于檢測(cè)范圍±500(°/s)，加速度計(jì)內(nèi)部寄存器AFS_SEL=1，設(shè)計(jì)的檢測(cè)范圍為±4 g，設(shè)置的磁力計(jì)量程范圍為±4 800 μT。測(cè)量中，將MPU9250檢測(cè)的加速度、陀螺儀和磁力計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行四元數(shù)融合算法處理，計(jì)算出瞬間姿態(tài)變化值。同時(shí)，設(shè)置語(yǔ)音播放電路高響度音量等級(jí)為8級(jí)(最大音量)，低響度為4級(jí)。

濕度傳感器輸出的濕度值等效為一個(gè)容值可變的電容器件，經(jīng)外部電路轉(zhuǎn)化成頻率變化的方波信號(hào)，為了實(shí)現(xiàn)脈寬的測(cè)量，本設(shè)計(jì)使用控制器內(nèi)部TIM2定時(shí)器CC1通道進(jìn)行脈沖采集。將通道外設(shè)引腳設(shè)置為輸入，將IC1映射到TI1上，開(kāi)啟捕獲中斷。開(kāi)始測(cè)量時(shí)，將捕獲中斷配置成上升沿觸發(fā)，當(dāng)捕獲到信號(hào)上升沿后，將內(nèi)部計(jì)數(shù)器清零，設(shè)置測(cè)量標(biāo)志。當(dāng)再次上升沿觸發(fā)時(shí)，記錄當(dāng)前計(jì)數(shù)器現(xiàn)態(tài)值，結(jié)合定時(shí)器的工作頻率，即可計(jì)算出脈沖得頻率。為了減少干擾和提高計(jì)算精度，將連續(xù)測(cè)量得5次數(shù)據(jù)相加再取平均值，轉(zhuǎn)換后即可得到濕度值。

圖10 下位機(jī)軟件流程圖

3.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位軟件采用LabVIEW軟件進(jìn)行編寫(xiě)，LabVIEW提供了資源豐富的虛擬儀器的軟件構(gòu)VISA框架庫(kù)[13]，通過(guò)調(diào)用儀器I/O中的SERIAL模塊，可以快速的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)與串口外設(shè)的數(shù)據(jù)收發(fā)功能。本設(shè)計(jì)中，VISA 配置串口接收超時(shí)門(mén)限為1 000 ms，數(shù)據(jù)收發(fā)波特率為115 200，數(shù)據(jù)位選擇8位，1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)。配置參數(shù)要保證與下位測(cè)量端一致，這樣才能有效的接收上傳的數(shù)據(jù)。

LabVIEW平臺(tái)的數(shù)據(jù)接收首先設(shè)置VISA讀取函數(shù)的“讀取字節(jié)數(shù)”，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)最大字節(jié)長(zhǎng)度設(shè)置為50。通過(guò)屬性節(jié)點(diǎn)讀取當(dāng)前串口緩沖區(qū)字節(jié)數(shù)，然后將輸出連接到VISA讀取的 “讀取字節(jié)數(shù)” 這個(gè)輸入端上，對(duì)接收的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行長(zhǎng)度判斷和CRC校驗(yàn)，保證數(shù)據(jù)接收的有效性。因?yàn)閂ISA串口只支持基于ASCII碼的字符型數(shù)據(jù)收發(fā)，因此數(shù)據(jù)收發(fā)前需要進(jìn)行數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換[14-15]。

當(dāng)上位機(jī)ZigBee模塊接收到下位機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)后，通過(guò)串口方式將數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳送至LabVIEW平臺(tái)。平臺(tái)完成數(shù)據(jù)解析后，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在界面上進(jìn)行顯示。測(cè)量值的報(bào)警閾值可以按照要求進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)測(cè)量值超出設(shè)置閾值范圍，對(duì)應(yīng)的指示燈會(huì)變亮。在LabView Web服務(wù)器在對(duì)話(huà)框中啟用Web服務(wù)器，設(shè)置URL訪問(wèn)鏈接地址，通過(guò)Web發(fā)布工具(Web Publishing Too1)發(fā)布設(shè)計(jì)的界面前臺(tái)，外部監(jiān)測(cè)界面訪問(wèn)可通過(guò)地址路徑完成。

初值設(shè)定區(qū)域用于設(shè)置體溫，濕度，脈搏初值，在系統(tǒng)中加入了一般警報(bào)和偷盜警報(bào)，警報(bào)用于嬰兒發(fā)燒，尿床，脈搏異常以及運(yùn)動(dòng)異常等報(bào)警。LabVIEW實(shí)現(xiàn)的Internet遠(yuǎn)程監(jiān)控界面如圖11所示。

圖11 Internet遠(yuǎn)程監(jiān)控界面

3.3 通訊格式

為了規(guī)范通訊數(shù)據(jù)的格式、針對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容制定了下位機(jī)和服務(wù)端的通訊協(xié)議。通訊所用的數(shù)據(jù)幀包括3個(gè)部分：幀頭、數(shù)據(jù)段和幀尾。其中，幀頭和幀尾長(zhǎng)度分別為2字節(jié)，幀頭設(shè)置為0XAA，0XAA，幀尾固定為0X0D,0X0A，通訊所使用的數(shù)據(jù)幀格式如表2所示。

表2 上傳數(shù)據(jù)幀格式說(shuō)明

數(shù)據(jù)段包括數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、命令字、實(shí)時(shí)測(cè)量的溫度、濕度、脈搏、預(yù)留字節(jié)和校驗(yàn)數(shù)據(jù)，為了便于后續(xù)功能擴(kuò)展，預(yù)留了N字節(jié)的空白段，N的值為0～6之間。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為數(shù)據(jù)段內(nèi)所有字節(jié)數(shù)的總和，根據(jù)數(shù)據(jù)段格式排列規(guī)律，其值為6+N。為了保證數(shù)據(jù)的正確發(fā)送接收，數(shù)據(jù)段采用CRC-8循環(huán)冗余校驗(yàn)對(duì)發(fā)送內(nèi)容進(jìn)行校驗(yàn)編碼，校驗(yàn)范圍為數(shù)據(jù)段中除校驗(yàn)字節(jié)外的所有數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)段CRC-8算法的校驗(yàn)程序如下：

Research on Education Talent Cultivation Model under the Background of Resource Integration in Higher Vocational Colleges______________________________HU Yuhang 67

unsigned char Calc_CRC8_Code(unsigned char *ucdataPtr, unsigned char ucdataLen)

{

unsigned char i;

unsigned char ucCrcData=0；

while(ucdataLen --)

{

ucCrcData ^=* ucdataPtr ++;

for (i=8; i>0; --i)

{

if (ucCrcData & 0x80)

ucCrcData = (ucCrcData << 1)^0x31;

else

ucCrcData = (ucCrcData << 1);

}

}

return (ucCrcData);

}

其中，命令字的取值為0～2，0表示正常數(shù)據(jù)發(fā)送，1表示防盜報(bào)警，2表示一般報(bào)警。下位機(jī)按照表1數(shù)據(jù)幀格式，以1秒心跳包時(shí)間間隔通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)向上位機(jī)平臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)幀交互采取重發(fā)機(jī)制，數(shù)據(jù)采集端在200 ms內(nèi)未接收到平臺(tái)的接收應(yīng)答信號(hào)，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)重發(fā)，最大重發(fā)次數(shù)為3次。

4 測(cè)試結(jié)果分析

本設(shè)計(jì)在一所婦幼保健醫(yī)院進(jìn)行實(shí)際場(chǎng)景下的測(cè)試，兒科區(qū)分布在3個(gè)樓層。在嬰幼兒不同的活動(dòng)狀態(tài)下，每半分鐘記錄一次測(cè)量的數(shù)據(jù)，每次統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)為20組，最后保留計(jì)算的平均值，測(cè)試數(shù)據(jù)如表3所示。測(cè)量中，嬰幼兒體溫正常時(shí)候穩(wěn)定在37 ℃左右，脈搏范圍在110～127之間。當(dāng)發(fā)生尿床時(shí)，體溫略有升高，但是脈搏有較大的增幅，濕度值接近測(cè)量的上限。同時(shí)，使用醫(yī)院的心電監(jiān)護(hù)儀SPR9000A、YHW-2體溫計(jì)等儀器來(lái)進(jìn)行脈搏、體溫和濕度的測(cè)量，并進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。通過(guò)與儀器測(cè)量對(duì)比，本設(shè)計(jì)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)量誤差在2.1%以?xún)?nèi)，達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。

表3 測(cè)試數(shù)據(jù)

考慮嬰兒護(hù)理場(chǎng)所大都在室內(nèi)，實(shí)際應(yīng)用的環(huán)境有各種因素變化，因此需要對(duì)無(wú)線(xiàn)信號(hào)的室內(nèi)傳輸效果進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｑb置測(cè)試了不同環(huán)境中測(cè)量的參數(shù)，數(shù)據(jù)發(fā)送端通過(guò)配置內(nèi)部定時(shí)器，以3秒的時(shí)間周期重復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送測(cè)試，接收端統(tǒng)計(jì)有效數(shù)據(jù)的接收次數(shù)，每組測(cè)試重復(fù)2 000次。測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表4 通信距離測(cè)試比較

由測(cè)試結(jié)果可以看出，當(dāng)障礙物為玻璃門(mén)和木門(mén)時(shí)，信號(hào)傳輸性能較好。金屬門(mén)對(duì)信號(hào)的衰減有很大影響，導(dǎo)致傳輸距離減少，數(shù)據(jù)丟失率較高。因?yàn)獒t(yī)院和嬰兒護(hù)理場(chǎng)所多為木門(mén)和玻璃門(mén)結(jié)構(gòu)，從測(cè)試采集的數(shù)據(jù)分析，在一般的護(hù)理室內(nèi)場(chǎng)所，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)有效性傳輸能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括用戶(hù)端與監(jiān)測(cè)平臺(tái)兩部分，用戶(hù)端以STM32微處理器為控制核心，通過(guò)實(shí)時(shí)采集外圍傳感器數(shù)據(jù)，基于無(wú)線(xiàn)ZigBee技術(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了嬰兒終端裝置顯示顯示各生理狀態(tài)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與顯示，并能進(jìn)行防盜報(bào)警。在監(jiān)測(cè)端，通過(guò)LabVIEW設(shè)計(jì)的PC機(jī)的上位機(jī)平臺(tái)，讀取ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，在界面上顯示用戶(hù)生理狀態(tài)信息，發(fā)生異常時(shí)候及時(shí)提醒和報(bào)警。本設(shè)計(jì)對(duì)嬰兒安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了一種可行性的方案。

LabVIEW圖形化平臺(tái)開(kāi)發(fā)便捷，但是系統(tǒng)運(yùn)行開(kāi)銷(xiāo)較大，在嵌入式系統(tǒng)上的移植還有難度，后續(xù)可借助面向?qū)ο蟮腉UI平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。所設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)還需要進(jìn)一步小型化和集成化，提高抗干擾能力。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精度雖然達(dá)到要求，但獲取的樣本數(shù)還不充分，需要進(jìn)一步擴(kuò)大測(cè)試面，獲取更多的特征數(shù)據(jù)。該嬰兒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用方便快捷，方案可擴(kuò)展移植到其它需要監(jiān)護(hù)的領(lǐng)域，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。