基于ARM的人體脈搏遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計

摘 要：傳統(tǒng)的人體脈搏數(shù)據(jù)是依靠“摸脈”，這樣得到的帶來的數(shù)據(jù)不精確而且費時，為了克服這些缺點，文章設計了一種以STM32F103R6T6作為脈搏測量的主控芯片，GRPS模塊、顯示模塊以及其它外圍輔助電路組成。當光線照射到手指組織，根據(jù)手指血液流動導致透光度不同，光電傳感器由此將人的脈搏即脈沖信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過放大、濾波送入到STM32單片機中，單片機通過內(nèi)部定時功能測得一分鐘脈搏跳動次數(shù)。經(jīng)過多次測量取其平均值，最終數(shù)據(jù)將顯示在LCD液晶顯示屏上。系統(tǒng)選擇GRPS作為無線通信方式。該設計具有小型化的特點，便于攜帶，有較好的穩(wěn)定性和實時性，適用于體育運動及日常心臟機能監(jiān)測，對中老年人預防心血管疾病起到重要作用，符合現(xiàn)代醫(yī)療監(jiān)測器的基本要求。

關鍵詞：人體脈博；脈博信號；遠程監(jiān)控

1 概述

文章選擇NJL5303R 作為光電傳感器檢測脈搏信號，通過前端處理電路，最后到達STM32F103R6T6，經(jīng)過處理，將數(shù)據(jù)傳到 LCD顯示屏，STM32 計量脈搏速率，每檢測到一個脈搏信號，液晶顯示器加1，記錄1分鐘被檢測者的脈搏數(shù)，經(jīng)過多次測量取其平均值，并在液晶上顯示出當前數(shù)據(jù)，通過按鍵將數(shù)據(jù)通過GPRS模塊發(fā)送到監(jiān)護人的手機上。系統(tǒng)的方框圖如圖1所示。

該系統(tǒng)共分為三個模塊：

（1）信號轉(zhuǎn)換模塊：選擇光電傳感器作為脈搏傳感器，根據(jù)人體手指部分組織隨血液流動的半透明度的變化，檢測透射光的強度，可以利用光電元件把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。

（2）信號處理模塊：光電傳感器輸出的電信號較微弱，通過電容電阻并聯(lián)電路濾除高頻，再經(jīng)過運放進行放大處理，方便主控模塊進行數(shù)據(jù)的識別、計算。

（3）信號采集及無線發(fā)送模塊：采用STM32F103R6T6作為主控芯片，利用單片機內(nèi)部計數(shù)功能，對電平信號進行計數(shù)，計算結果可顯示在LCD液晶顯示屏上，或者通過GRPS技術利用無線通信方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給手機。

2 硬件設計

2.1 STM32F103R6T6的最小系統(tǒng)

單片機最小系統(tǒng)典型設計方法，包含晶體電路、復位電路、穩(wěn)壓電路、關鍵電路，鍵盤電路等。電路如圖2所示。

2.2 GPRS

GPRS模塊采用低功耗設計，通過GPRS或短消息方式遠程傳輸數(shù)據(jù)，特別適用于太陽能供電的監(jiān)測場合，可大大減少太陽能供電成本并降低施工難度，唐山平升DATA-6123廣泛應用于氣象、水文水利、地質(zhì)等行業(yè)。SIM300是小體積即插即用模組中完善的三頻/四頻 GSM/GPRS解決方案。使用工業(yè)標準界面，使得具備GSM/GPRS 900/1800/1900MHz功能的SIM300C，以小尺寸和低功耗實現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸。[1]SIMCOM公司生產(chǎn)的SIM300A.，它有以下優(yōu)點： 體積小，易于攜帶，穩(wěn)定性強，低功耗， 內(nèi)嵌 TCP/IP 協(xié)議。 通過 STM32 進行數(shù)據(jù)傳輸，GSM和STM32 連接如圖3所示。

2.3 光電傳感器

光電傳感器的設計中使用日本的新開發(fā)的NJL5303R，它是一個綠色的反射式光電傳感器，它是一個綠色的LED發(fā)光波長（570海里）和光電晶體管的組合密封的新產(chǎn)品，最適合檢測脈沖與高性能醫(yī)療設備，和自由靈活的測量部位。真正的產(chǎn)品如圖4所示。

2.4 LCD

因為考慮實際需要，為了便于攜帶、功耗和成本等因素，所以本設計我們選擇12232 LCD液晶顯示器（LCD），這是一個點陣型的液晶顯示模塊，驅(qū)動電壓3V～13.5V，功耗低，有很寬的電壓范圍。液晶驅(qū)動IC基本特性：（1）具有低功耗、供應電壓范圍寬等特點。（2）具有16common和61segment輸出，并可外接驅(qū)動IC擴展驅(qū)動。（3）具有2560位顯示RAM（DD RAM），即80×8×4位。（4）具有與68系列或80系列相適配的MPU接口功能，并有專用的指令集，可完成文本顯示或圖形顯示的功能設置。

2.5 信號調(diào)理電路

因為脈沖信號是小振幅、低頻率，容易受到噪聲干擾。在進入STM32，因此，它必須通過信號調(diào)節(jié)電路，該電路包括基本放大電路，電源頻率的極限波電路，帶通濾波電路和二級放大電路，A / D電路轉(zhuǎn)換電路等。

3 結束語

通過實驗表明，實驗結果和理論值一致，數(shù)據(jù)正確無誤差，無線傳輸距離遠延遲時間短，性能可靠性和穩(wěn)定性好，適用于從青年到老年的所有人群，產(chǎn)品有廣泛的實用價值。