測(cè)體溫及判斷跌倒的可穿戴設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

東莞理工學(xué)院城市學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)系 葛衛(wèi)清 莫庭琛 陳國(guó)軒

測(cè)體溫及判斷跌倒的可穿戴設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

東莞理工學(xué)院城市學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)系 葛衛(wèi)清 莫庭琛 陳國(guó)軒

物聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)和重點(diǎn)。可穿戴設(shè)備是物聯(lián)網(wǎng)在人們生活中的最直接的應(yīng)用之一。在人們?cè)絹?lái)越關(guān)注生活質(zhì)量的今天，健康擺在第一位。多功能可穿戴設(shè)備可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)人體健康參數(shù)，如體溫、脈搏、心率、血壓，從而指導(dǎo)人們生產(chǎn)、生活和運(yùn)動(dòng)，還可以判斷人是否跌倒，出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)得到及時(shí)救治。文章分析了測(cè)溫和判斷跌倒的原理，設(shè)計(jì)了電路，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量體溫、判斷跌倒的功能，體溫的誤差最大±0.1℃，跌倒判斷的正確率超過(guò)80%。

測(cè)體溫；判斷跌倒；可穿戴設(shè)備；設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)正成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)綠色、智能、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)和重要引擎，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。移動(dòng)智能終端的新型感知應(yīng)用為可穿戴設(shè)備提供新的途徑[1]。本文設(shè)計(jì)一款可以測(cè)量體溫及判斷跌倒的可穿戴設(shè)備，也是物聯(lián)網(wǎng)在生活中的具體應(yīng)用。

1 功能模塊劃分

測(cè)量體溫及判斷跌倒的可穿戴設(shè)備可以劃分為溫度測(cè)量模塊（測(cè)量體溫）、加速度測(cè)量模塊（判斷跌倒）等。另外，需要將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和進(jìn)行藍(lán)牙傳送，并在手機(jī)上顯示，因而還有處理器模塊、藍(lán)牙發(fā)送模塊和手機(jī)接收模塊。其中手機(jī)接收主要是軟件開(kāi)發(fā)。功能框圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)功能框圖

圖2 溫度傳感器引腳圖

2 功能實(shí)現(xiàn)

2.1 溫度測(cè)量模塊

正常人體溫度為36-37℃，本著節(jié)約、人體感覺(jué)舒適的原則，選用ROHM公司的微型集成溫度傳感器BD1020HFV，體積小，是負(fù)溫度系數(shù)的線性輸出（約-8.2mV/℃），精度高（見(jiàn)圖2）。

2.2 加速度測(cè)量模塊

MMA7361L是飛思卡爾公司生產(chǎn)高性?xún)r(jià)比的一種超低功耗、微型的電容式加速度傳感器。這款傳感器設(shè)計(jì)穩(wěn)定，防震能力強(qiáng)。具有信號(hào)調(diào)理、單級(jí)低通濾波、溫度補(bǔ)償、自檢、線性自由落體功能，并且提供了-1.5g - +1.5g和-6.0g - +6.0g兩個(gè)靈敏度量程選擇，并已經(jīng)作了0g補(bǔ)償。具有體積小、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，可應(yīng)用汽車(chē)放倒報(bào)、警遙控航模、游戲手柄、人形機(jī)器人跌倒檢測(cè)、硬盤(pán)沖擊保護(hù)、傾斜度測(cè)量，通過(guò)Arduino控制器的編程，是制作傾角、運(yùn)動(dòng)、姿態(tài)相關(guān)的互動(dòng)作品的理想之選[2]。

圖3 加速度傳感器引腳功能圖

圖4 CPU與傳感器接線示意圖

2.3 CPU處理模塊

因?yàn)橛卸嗦沸盘?hào)需要處理，考慮到經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，Arduino選用Atmega328p芯片[3]。該芯片采用先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)， 28個(gè)引腳，體積小，功耗低，便于電池供電，隨身攜帶。該芯片有8路10位的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入，能夠滿(mǎn)足本項(xiàng)目要求。一路溫度輸入信號(hào)接PC5,三路加速度輸入信號(hào)接PC2PC1PC0，如圖4所示。

2.4 藍(lán)牙發(fā)送模塊

DX-BT05 4.0低功耗藍(lán)牙模塊，遵循BLE V4.0藍(lán)牙規(guī)范，并且配備了256KB的空間，支持AT指令修改各種屬性值。本模塊支持UART接口，并支持SPP藍(lán)牙串口協(xié)議，具有成本低、體積小、功耗低、收發(fā)靈敏性高等優(yōu)點(diǎn)，只需配備少許的外圍元件就能實(shí)現(xiàn)其強(qiáng)大功能。其軟件流程圖如圖5所示。

圖5 藍(lán)牙模塊工作流程圖

圖6 手機(jī)工作流程圖

圖7 設(shè)備實(shí)物圖

2.5 手機(jī)接收模塊

用JAVA語(yǔ)言編寫(xiě)，在Andriod工作室的平臺(tái)上開(kāi)發(fā)[4]，工作流程見(jiàn)圖6。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)物如圖7所示。

對(duì)于溫度測(cè)量，采用醫(yī)用玻璃溫度計(jì)與本設(shè)備進(jìn)行比較，見(jiàn)表1：從測(cè)試比較結(jié)果可知，誤差為±0.1℃，符合要求。

表1 溫度測(cè)量比較

對(duì)判斷跌倒，采用人戴著設(shè)備，向前、向后、左側(cè)、右側(cè)等四種姿態(tài)跌倒，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同方向跌倒的測(cè)試結(jié)果

從結(jié)果可以看出，誤判率最大為向左跌倒的20%。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)體溫檢測(cè)系統(tǒng)、跌倒判斷系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，制作了該可穿戴設(shè)備，并進(jìn)行了不同溫度點(diǎn)和跌倒場(chǎng)景的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，分析了測(cè)試的結(jié)果，驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性。

[1]2015年版中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)現(xiàn)狀調(diào)研與發(fā)展趨勢(shì)趨勢(shì)分析報(bào)告(報(bào)告編號(hào):1562336)中國(guó)產(chǎn)業(yè)調(diào)研網(wǎng).

[2]王剛.基于多傳感器的可穿戴跌倒檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京工業(yè)大學(xué),2015.

[3]徐亞龍.基于三軸加速度的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].廣西大學(xué),2015.

[4]程一風(fēng),李達(dá),張翔晨.基于Android 手機(jī)多傳感器的老人跌倒檢測(cè)技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[J].電子設(shè)計(jì)工程,2016.7

東莞理工學(xué)院城市學(xué)院青年教師基金項(xiàng)目；廣東省攀登計(jì)劃項(xiàng)目；東莞理工學(xué)院城市學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃訓(xùn)練項(xiàng)目。