實時心率顯示襯衫的設計與實現(xiàn)

趙子鑫　汪瑛

摘要：該文是基于arduinoNANO開發(fā)板與Pulse Sensor心率傳感器模塊設計的一款具有實時性的便攜式心率顯示功能的襯衫，通過心率傳感器檢測實時心率，并通過HC-05藍牙模塊發(fā)送至同樣搭載HC-05藍牙模塊的arduinoNANO開發(fā)板，并通過計算控制襯衫上的數(shù)碼管或LED燈進行實時的心率效果顯示。

關鍵詞：藍牙模塊；便攜式心率傳感；可視化實時監(jiān)測

中圖分類號：TP338 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）18-0230-01

1背景

隨著智能化時代的到來，人們越來越關注身體的健康信息，醫(yī)院里的心率檢測設備又過于昂貴與笨重，而心臟病又是有突發(fā)性的疾病，目前市面的產(chǎn)品對于心率檢測的結果只能過于單一的顯示數(shù)值且不能實時進行顯示，因此需要用戶不停的發(fā)起檢測來獲取當前心率信息，這就對用戶造成了頻繁操作與重復勞動力。本項目利用單片機通過藍牙無線連接心率傳感器模塊，實時獲取心率結果，并將通過計算得到的數(shù)值轉(zhuǎn)而由數(shù)碼管或點陣LED在襯衫上進行實時顯示，成本低，功耗低，可大面積對醫(yī)院或普通用戶投入使用，達到人人都能實時看到自己健康信息的目的。

2項目開發(fā)模式

本項目主要采用了IDE開發(fā)工具，運用C、C++等語言對ar-duinoNANO開發(fā)板進行編程，由于本項目目前主要基于ardumo平臺進行開發(fā)，所以對于獲取數(shù)據(jù)、對數(shù)據(jù)的處理與計算、以及數(shù)據(jù)的結果顯示推送，皆由arduinoNANO開發(fā)板進行實現(xiàn)。

3項目的總體設計

便攜式心率顯示襯衫的結構如圖1所示，本項目總方案設計主要包括2個部分，一個是可視化便攜心率監(jiān)測設備的整體硬件設計，一個是心率傳感器模塊采集數(shù)據(jù)的無線收發(fā)與數(shù)據(jù)處理的程序編程，使得由心率傳感設備監(jiān)測到的心率數(shù)據(jù)由藍牙傳輸至單片機并最終能夠在襯衫上所配置的數(shù)碼管與LED點陣燈上實時顯示。

4項目的硬件設計

本項目的硬件設計主要包括四個部分，包括開發(fā)平臺，藍牙傳輸模塊，心率傳感器模塊，顯示模塊。

開發(fā)平臺采用了Arduino公司生產(chǎn)的搭載ATMEL-MEGA328P芯片的arduinoNANO開發(fā)板。NANO開發(fā)板的特點是體積小，輕盈便攜且功能強大，采用CH340芯片實現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口，開發(fā)板上含有信號與可控制LED燈，含有可自定義按鍵，供電5V，將藍牙模塊與開發(fā)板的TXD/RXD進行直連，進行數(shù)據(jù)傳輸。

藍牙模塊采用HC-05，功能強大且較為便宜。藍牙版本為藍牙2.0，兼容性較高。

心率傳感器模塊采用了Pulse Sensor。心率傳感器PulseSensor采用光電反射形式采集模擬信號進行心率檢測，同樣通過HC-05藍牙模塊進行數(shù)據(jù)發(fā)送。這款傳感器的優(yōu)點是體積小，功耗低，造價便宜，可工作于3.3V的電壓下，而HC-05藍牙模塊有可供3.3V模塊工作的電源口，所以可如此搭配。

顯示模塊可視化顯示選用四位八段數(shù)碼管與8*8點陣LED。數(shù)碼管顯示心跳數(shù)值，點陣LED顯示心跳波形。

本項目的硬件設計如圖2所示。

5項目工作流程

在本項目中，通過將連接了藍牙模塊的光電反射式心率傳感器佩戴至人體的手指、手腕、或者耳垂等皮膚脂肪較薄且距離血管較近的部位，傳感器通過人體脈搏的跳動規(guī)律不同監(jiān)測光線經(jīng)過不同血氧含量的血液的透光度，經(jīng)過濾波與計算波峰值，從而得出心率值。之后由連接的藍牙模塊將數(shù)據(jù)無線發(fā)送至單片機控制器，通過程序?qū)?shù)據(jù)進行進一步的計算與轉(zhuǎn)換，最后再通過單片機所連接的數(shù)碼管與LED點陣燈進行心率數(shù)值與波形的實時顯示。以此達到實時的對人體心率信息的一個可視化的效果。

6結束語

本文創(chuàng)新點：基于光電反射式的心率傳感器設備與Arduino單片機通過藍牙進行無線的數(shù)據(jù)傳輸，功耗更低，造價更低，相比較于大型醫(yī)療用心率監(jiān)測設備更加便攜、大眾化，并且可以將心率信息實時動態(tài)顯示，彌補了整個市面上的便攜式心率監(jiān)測設備不能實時反饋顯示的不足，真實的達到了實時監(jiān)測的目的。endprint