基于Arduino的遠(yuǎn)程心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

胡凱旋 艾信友 曾研 范兵兵 任澤明

摘 要：文章設(shè)計(jì)了基于Arduino的遠(yuǎn)程心率測(cè)量系統(tǒng)，Arduino接收心率傳感器采集的數(shù)據(jù)并處理分析，通過藍(lán)牙發(fā)送到電腦端，電腦利用Processing軟件顯示脈搏波形和心率數(shù)值，同時(shí)操作者可在安卓端通過teamviewer軟件綁定電腦后查看或控制電腦，從而實(shí)現(xiàn)心率測(cè)量系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞：Arduino；藍(lán)牙；遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）11-0078-02

Abstract： A remote heart rate measurement system based on Arduino is designed in this paper， which receives the data collected by heart rate sensor and processes and analyzes it， and sends it to the computer through Bluetooth. The computer uses Processing software to display pulse waveform and heart rate value. At the same time， the operator can view or control the computer after the Android side binds the computer through the teamviewer software， thus realizes the remote monitoring of the heart rate measurement system.

Keywords： Arduino； Bluetooth； remote monitoring

引言

中國(guó)已步入老齡化社會(huì)，但年輕人忙于工作難以兼顧照顧家中老人，由于心血管的特殊性，發(fā)病后再送醫(yī)院診斷已是回天乏術(shù)。因此，長(zhǎng)期的心率監(jiān)測(cè)對(duì)心血管病的早期診斷有幫助。所以設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單穩(wěn)定，低成本，易于攜帶，可遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，蘊(yùn)藏巨大的市場(chǎng)潛力。

1 系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)以Arduino為核心，Pulsesensor傳感器為數(shù)據(jù)采集端，電腦為顯示端，手機(jī)為遠(yuǎn)程顯示和控制端?？傮w設(shè)計(jì)如圖1所示：

2 硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)由微控制器模塊，電源模塊，傳感器模塊，藍(lán)牙模塊組成。

2.1 微控制器模塊

該模塊直接采用Arduino Uno最小系統(tǒng)即可，接收傳感器采集的數(shù)據(jù)并處理發(fā)送。

2.2 電源模塊

為防止50HZ工頻干擾引入傳感器影響心率測(cè)量，直接使用干凈電源即干電池模塊，或充電寶?？筛鶕?jù)實(shí)際情況選擇合適電源為Arduino最小系統(tǒng)和傳感器供電。

2.3 傳感器模塊

心率傳感器模塊選用Pulsesensor（光電反射式模擬傳感器），佩戴在手指或耳垂處采集生理信號(hào)并輸出電信號(hào)。

2.4 藍(lán)牙模塊

藍(lán)牙模塊選擇XM-15B藍(lán)牙串口模塊，實(shí)現(xiàn)Arduino無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)給電腦的功能。

3 軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件Arduino部分采用C語(yǔ)言編程，電腦顯示端采用processing編程。

3.1 主程序設(shè)計(jì)

傳感器輸出脈搏電壓波形曲線，Arduino將其數(shù)字化后與IBI，BPM值分類發(fā)送到上位機(jī)顯示，同時(shí)計(jì)算相鄰脈搏波的峰值點(diǎn)的時(shí)間差并濾波，得到心跳間隔時(shí)間（IBI），計(jì)算心率（BPM=60/IBI）。主程序流程圖如圖2所示：

3.2 數(shù)據(jù)處理

心率的計(jì)算是根據(jù)相鄰兩個(gè)脈搏波的上升段的中間值所需時(shí)間之差來(lái)確定心跳間隔時(shí)間（IBI），為提高測(cè)量精確度，采用平均值算法確定IBI，進(jìn)而算出心率BPM。

由于脈搏波在動(dòng)脈中的反射，伴隨之出現(xiàn)重搏波，會(huì)影響IBI的計(jì)數(shù)，所以在濾波程序中每隔0.6個(gè)IBI的值才開始追蹤脈搏波形的上升，濾除重搏波。

數(shù)據(jù)傳輸中，采用115200波特率發(fā)送三種數(shù)據(jù)到串口，通過加字母前綴的方式來(lái)區(qū)分三種數(shù)據(jù)的類別。

3.3 processing顯示程序設(shè)計(jì)

該部分程序設(shè)計(jì)通過獲取串口數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)前綴進(jìn)行分類，進(jìn)而同時(shí)顯示脈搏波形曲線，IBI和BPM數(shù)值。

4 安卓軟件

通過電腦端和安卓端的teamviewer app進(jìn)行綁定，手機(jī)可隨時(shí)查看或操作電腦，這里通過使用其遠(yuǎn)程查看電腦功能來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)心率。圖3為安卓端查看心率相關(guān)數(shù)值和脈搏波形。

5 結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了心率的遠(yuǎn)程測(cè)量和查看。軟硬件運(yùn)行穩(wěn)定，價(jià)格低廉，適合普通大眾，具有較高應(yīng)用價(jià)值。

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