便攜式健康手環(huán)硬件電路設(shè)計(jì)

張磊　劉海華　孫紅禮　陰斌斌　杜強(qiáng)

【摘 要】通過(guò)設(shè)計(jì)的傳感電路，將用戶的心率、體溫、身體所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、周圍環(huán)境參數(shù)等信息通過(guò)藍(lán)牙傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)再傳輸?shù)皆贫?，使用戶可以?duì)自己的身體、生活環(huán)境和狀態(tài)進(jìn)行分析。利用該裝置可以監(jiān)測(cè)佩戴者的健康狀況，提高佩戴者的生活品質(zhì)。

【關(guān)鍵詞】便攜式；健康手環(huán)；電路設(shè)計(jì)

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及工作原理

隨著科技進(jìn)步發(fā)展，智能設(shè)備迅速普及，智能手環(huán)作為熱門的健康管理設(shè)備在市場(chǎng)上迅速鋪開[1]。本文設(shè)計(jì)的正是具有健康管理功能的便攜式手環(huán)，系統(tǒng)分為兩部分：下位機(jī)：由手環(huán)進(jìn)行信息采集及處理；上位機(jī)：由手機(jī)APP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、顯示及上傳。手環(huán)通過(guò)集成的多種傳感器來(lái)采集佩戴者的心率、步數(shù)、體溫，以及當(dāng)前周圍環(huán)境的溫濕度、PM2.5值、磁場(chǎng)強(qiáng)度、所處方位等數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給主控芯片CC2541，CC2541將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后通過(guò)藍(lán)牙4.0發(fā)送給手機(jī)，結(jié)合手機(jī)端APP和手環(huán)自帶OLED同步顯示佩戴者的當(dāng)前心率、體溫、步數(shù)以及空氣狀況等信息，從而達(dá)到對(duì)使用者的健康狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理的目的。Android端的數(shù)據(jù)可以通過(guò)Wi-Fi或3G網(wǎng)絡(luò)上傳到Web服務(wù)器，記錄用戶每天的身體狀況、周圍環(huán)境與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信息。對(duì)用戶的數(shù)據(jù)信息還可以開展數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)分析等方面的理論研究及應(yīng)用。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 控制中心

選用TI公司的CC2541片載系統(tǒng)作為主控制器，并采用CC2541實(shí)現(xiàn)低能耗的數(shù)據(jù)傳輸[2]。結(jié)合多種傳感器：紅外溫度傳感器、心率傳感器、空氣污染傳感器、加速度傳感器、磁場(chǎng)傳感器等傳感器，采集佩戴者的心率、步數(shù)、體溫、環(huán)境溫濕度、PM2.5值、磁場(chǎng)強(qiáng)度、所處方位等數(shù)據(jù)，MCU將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后通過(guò)藍(lán)牙4.0發(fā)送給手機(jī)。整個(gè)控制中心可分為三個(gè)部分：CC2541最小系統(tǒng)；藍(lán)牙天線；數(shù)據(jù)傳輸接口。

2.2 心率采集電路

根據(jù)光電效應(yīng)，心率傳感器采用紅外發(fā)射管和紅外接收管。醫(yī)學(xué)研究表明，隨著心臟的跳動(dòng)，人體組織的半透明度會(huì)隨之改變。當(dāng)血液送到人體組織時(shí)，組織的半透明度會(huì)減小，當(dāng)血液流回心臟，人體組織的半透明度會(huì)增加。這種現(xiàn)象在手指尖、耳垂等部位最為明顯。因此，可以用紅外發(fā)射管來(lái)照射上述部位，用紅外接收管附在該部位的另一側(cè)，來(lái)檢測(cè)透射光，并把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該電信號(hào)的頻率與人體每分鐘的脈跳次數(shù)成正比，再將該頻率信號(hào)放大、濾波、整形就可以得到單片機(jī)可以識(shí)別的與心率相對(duì)應(yīng)的方波信號(hào)了[3]。本系統(tǒng)采用SON1303心率傳感器進(jìn)行心率信息的采集，主控制器根據(jù)輸出的方波信號(hào)可計(jì)算出每分鐘的心跳數(shù)即心率，從而判斷出使用者的心率狀況。

2.3 紅外測(cè)溫電路

本系統(tǒng)測(cè)溫采用的是非接觸式紅外溫度傳感器SON3818，該傳感器可以通過(guò)檢測(cè)物體發(fā)熱時(shí)散發(fā)的紅外光，對(duì)物體的溫度進(jìn)行測(cè)量，精度可達(dá)到0.1℃，電路簡(jiǎn)單，外圍器件很少，應(yīng)用簡(jiǎn)單方便。

2.4 系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用鋰電池為系統(tǒng)供能。由于鋰電池的額定電壓為3.7V，充電器的輸出電壓為5V，系統(tǒng)最大供電電壓為3.3V，而鋰電池在長(zhǎng)時(shí)間使用后電壓會(huì)下降，結(jié)合這三個(gè)方面，需要設(shè)計(jì)穩(wěn)定的電源管理模塊來(lái)保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行。為此設(shè)計(jì)出了具有雙向穩(wěn)壓功能的電源管理模塊。

模塊分為兩部分。第一部分：降壓充電電路。該部分采用鋰電池恒流充電芯片DH4054將充電器輸入的5V電壓進(jìn)行降壓處理，對(duì)鋰電池以100mA電流進(jìn)行恒流充電。

第二部分：雙向穩(wěn)壓供電電路。鋰電池在充滿電時(shí)，輸出電壓為4.2V，而在長(zhǎng)時(shí)間放電過(guò)后，電壓會(huì)急劇降低。為保護(hù)系統(tǒng)正常工作，設(shè)計(jì)以下雙向穩(wěn)壓電路。當(dāng)電量充足時(shí)，對(duì)電池進(jìn)行降壓穩(wěn)壓；而在電池使用過(guò)程中，當(dāng)電壓低于3.3V時(shí)，對(duì)電池進(jìn)行升壓穩(wěn)壓。通過(guò)這種雙向的穩(wěn)壓方式，為系統(tǒng)提供平穩(wěn)的3.3V電壓，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，延長(zhǎng)了電池的續(xù)航時(shí)間。

3 結(jié)束語(yǔ)

便攜式健康手環(huán)的設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了當(dāng)前智能穿戴設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)，為市場(chǎng)提供了一種低成本、低功耗、多功能、高效率、性能穩(wěn)定的智能手環(huán)硬件電路設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)采用的低功耗設(shè)計(jì)，遵循了當(dāng)前市場(chǎng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的理念和要求，而低成本、低延遲、高效率的Bluetooth4.0通信方案也是當(dāng)前智能穿戴設(shè)備主流的通訊方式，并且該電路增加了磁場(chǎng)、空氣質(zhì)量傳感器用于測(cè)量用戶所處方位以及周圍環(huán)境PM2.5值，用戶不僅可以了解身體信息還可以了解其周圍環(huán)境信息，手環(huán)自帶OLED同步顯示佩戴者的當(dāng)前心率、體溫、步數(shù)以及空氣狀況等信息。整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，功能多樣，借助與手機(jī)APP的信息交互，經(jīng)Wi-Fi或3G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到Web服務(wù)器，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘和對(duì)大數(shù)據(jù)的分析研究，能夠綜合分析判斷出使用者的健康狀況，可廣泛應(yīng)用于智慧醫(yī)療和患者監(jiān)護(hù)領(lǐng)域。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]

【摘 要】魯南地區(qū)大學(xué)生信仰受環(huán)境、傳統(tǒng)、民族等因素的影響，出現(xiàn)了諸多問(wèn)題。而堅(jiān)持主流信仰引導(dǎo)、堅(jiān)持實(shí)踐育人走向、堅(jiān)持新媒體介入，能夠有效催化大學(xué)生政治信仰教育，以此幫助和引導(dǎo)青年大學(xué)生樹立正確的信仰，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)青年學(xué)生思想與意識(shí)、實(shí)踐與行動(dòng)在政治層面與黨中央保持一致，促進(jìn)學(xué)生的精神成長(zhǎng)和全面素質(zhì)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】信仰現(xiàn)狀；信仰教育；青年大學(xué)生

信仰是人們對(duì)其最高價(jià)值對(duì)象始終不移的信賴和執(zhí)著不渝的追求。大學(xué)生作為一個(gè)特殊群體，其信仰選擇、信仰判斷，不僅關(guān)乎著大學(xué)生自身的成長(zhǎng)發(fā)展，還關(guān)系到國(guó)家和民族的未來(lái)。但是，在大學(xué)生群體中，忽視信仰、沒有信仰、道德淡化、崇名拜金、享樂(lè)縱欲并不少見，這些信仰問(wèn)題，鞭打著高校思政教育的研究與實(shí)踐，急需解決，迫切眉睫。

而本文通過(guò)對(duì)魯南地區(qū)青年大學(xué)生信仰問(wèn)題調(diào)查，分析大學(xué)生信仰現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題，并探索如何以馬克思主義信仰引領(lǐng)和整合其他社會(huì)多元信仰，聚焦學(xué)生的意識(shí)形態(tài)、幫助學(xué)生樹立健康向上的思想信仰。

1 調(diào)查對(duì)象和調(diào)查方法

本次調(diào)查主要采取問(wèn)卷調(diào)查和樣本訪談兩種方式。在魯南地區(qū)選取6所高校，涵蓋本科、專科、高職3個(gè)層次，發(fā)放問(wèn)卷1000份，收回977份，其中有效問(wèn)卷953份，問(wèn)卷有效率為95.3%。調(diào)研對(duì)象涵蓋文、理、工、農(nóng)、醫(yī)、師范等專業(yè)、訪談對(duì)象包括思想政治理論課教師、輔導(dǎo)員和學(xué)生共30人，數(shù)據(jù)分析主要運(yùn)用Excel和SPSS軟件，進(jìn)行了描述性統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)相關(guān)性分析等。

2 魯南地區(qū)青年大學(xué)生信仰現(xiàn)狀

2.1 青年大學(xué)生對(duì)信仰的認(rèn)同情況

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，52.9%的大學(xué)生認(rèn)為當(dāng)今時(shí)代缺乏信仰，27.13%的大學(xué)生認(rèn)為當(dāng)今時(shí)代并不缺乏信仰，19.97%的同學(xué)則認(rèn)為信仰無(wú)用；另一項(xiàng)調(diào)查中，認(rèn)為自己有信仰的占比53.02%，認(rèn)為自己沒有信仰的占28.11%，其余同學(xué)選擇折中態(tài)度。并且，認(rèn)為自己有信仰的學(xué)生群體坦陳，認(rèn)為自己非常容易受到非主流信仰影響。

2.2 青年大學(xué)生政治信仰情況

對(duì)于是否堅(jiān)持中國(guó)特色社會(huì)主義理論體系，69.5%的大學(xué)生持贊同態(tài)度，26.5%表示基本贊同；對(duì)于現(xiàn)階段中國(guó)中國(guó)特色社會(huì)主義建設(shè)的態(tài)度，35.2%的大學(xué)生認(rèn)為“對(duì)中國(guó)特色社會(huì)主義充滿希望和信心”；46.6%的學(xué)生表示“堅(jiān)決擁護(hù)黨的改革開放政策”，以上表明大多數(shù)同學(xué)的政治立場(chǎng)是堅(jiān)定的。

2.3 青年大學(xué)生宗教信仰情況

調(diào)查顯示，魯南地區(qū)大學(xué)生僅13.3%有宗教信仰，絕大多數(shù)學(xué)生沒有宗教信仰，且有宗教信仰的學(xué)生中35.2%為“受家庭環(huán)境影響”而信仰的宗教。從絕對(duì)數(shù)量上來(lái)看，農(nóng)村家庭宗教信仰學(xué)生多于城市學(xué)生，女生信仰者多于男生，隨著年級(jí)升高，學(xué)生信仰宗教數(shù)量呈增加趨勢(shì)；從信仰宗派上看，學(xué)生對(duì)基督教、佛教的了解更多，以基督教為主。關(guān)于對(duì)宗教態(tài)度的調(diào)查顯示，55.6%的學(xué)生對(duì)宗教文化比較感興趣，70.1%的同學(xué)認(rèn)為“信仰宗教是個(gè)人的事情，學(xué)生信教應(yīng)持寬容態(tài)度”。

2.4 其他信仰情況分析

調(diào)查顯示，23.1%的大學(xué)生參加過(guò)一些類似跳鐘馗、打秋千等傳統(tǒng)習(xí)俗活動(dòng)，48.4%的大學(xué)生參加過(guò)上墳祭祀祖先的活動(dòng)，14.9%的同學(xué)有祭拜各類神靈，偶爾會(huì)找人算命、占卜風(fēng)水的占13.6%。而參加以上民間傳統(tǒng)活動(dòng)的原因58.2%的是“家鄉(xiāng)的傳統(tǒng)習(xí)慣”，“尋求心理安慰和精神寄托”的占比17.7%；在進(jìn)行“民間信仰對(duì)當(dāng)代中國(guó)傳統(tǒng)文化是否有幫助？”的調(diào)查中，38.5%的大學(xué)生認(rèn)為有“很大的幫助”，52.3%的認(rèn)為“有一點(diǎn)幫助”，1.7%的認(rèn)為“沒有幫助”，其他選擇“不清楚”。

3 魯南地區(qū)大學(xué)生信仰的差異化分析

綜合以上，宗教信仰已在青年大學(xué)生群體中產(chǎn)生深刻的影響，大學(xué)生對(duì)待宗教的態(tài)度更加寬容，思想更加開放。并且，魯南地區(qū)大學(xué)生信仰宗教數(shù)量所占比例不高，但絕對(duì)數(shù)量的并不少，且有些問(wèn)題需要分析澄清。

3.1 信仰的性別差異

男女大學(xué)生在宗教信仰、民間信仰和精神信仰上存在顯著差異。調(diào)查中，有82.1%的女大學(xué)生有宗教信仰，并且有學(xué)者研究，女大學(xué)生比男大學(xué)生在遇到壓力事件時(shí)，更多地求助于宗教[2]；民間信仰的調(diào)查中，有祭祀祖先等行為的男大學(xué)生占62.6%，高于女大學(xué)生，這可能是與中國(guó)的傳統(tǒng)文化有關(guān)；關(guān)于對(duì)金錢的崇拜上男大學(xué)生和女大學(xué)生基本持平，男性的金錢崇拜觀念與其性格相關(guān)，認(rèn)為經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)與社會(huì)地位的關(guān)系更加密切；而女生的金錢崇拜，則和享受思想、體面生活的社會(huì)思潮有關(guān)。

3.2 信仰的專業(yè)差異

文科學(xué)生比理工科學(xué)生在宗教信仰和精神信仰方面有更明顯的傾向性，這可能是因?yàn)槲目茖W(xué)生更注重對(duì)生命和人的價(jià)值的思考，而對(duì)生命神圣性的認(rèn)同和對(duì)人生價(jià)值的思考是產(chǎn)生宗教信仰的基礎(chǔ)。調(diào)查顯示，理工科學(xué)生在政治信仰方面比其他專業(yè)表現(xiàn)明顯，原因可能是理工類學(xué)生以男生居多，對(duì)時(shí)事政治和國(guó)事國(guó)情的關(guān)注更多，以及男性對(duì)于權(quán)力的欲望要高于女性。

3.3 信仰的區(qū)域差異

居住在農(nóng)村的大學(xué)生因受到農(nóng)村習(xí)俗和家族性的影響更多，祭祀祖先等活動(dòng)更多些，更容易產(chǎn)生民間信仰和神靈崇拜。城市大學(xué)生則更易產(chǎn)生拜金主義傾向，原因可能在于城市的孩子受家庭環(huán)境影響，更早的接觸到金錢的價(jià)值。農(nóng)村大學(xué)生由于家庭成員文化程度普遍不高，傳統(tǒng)的思想影響更重，因此農(nóng)村大學(xué)生的傳統(tǒng)信仰更強(qiáng)烈、更牢固[3]。

4 加強(qiáng)和改進(jìn)大學(xué)生信仰教育的思考

依據(jù)調(diào)查，青年學(xué)生信仰多元多類，中外兼有。依據(jù)國(guó)家宗教政策和憲法規(guī)定的信仰政策，魯南高校應(yīng)發(fā)現(xiàn)青年學(xué)生信仰問(wèn)題、統(tǒng)計(jì)信仰信息、尊重信仰選擇、規(guī)范信仰行為，依據(jù)法律法規(guī)幫助青年學(xué)生進(jìn)行規(guī)范化、人性化的信仰管理，堅(jiān)持主流政治信仰導(dǎo)向，以高校思想政治教育為主要形式，強(qiáng)化政治信仰對(duì)其他信仰的引領(lǐng)作用。