蓄水電站水污染環(huán)境下職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)設計

宋緒國 高國慶 蘇叢 夏昊天

摘要：針對傳統(tǒng)的職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)響應時間長的問題，設計了一個蓄水電站水污染環(huán)境下職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)。此次設計的監(jiān)測系統(tǒng)主要設計系統(tǒng)的硬件部分，其中包括主控制器、傳感器和無線通信芯片和電路設計，主控制器主要接收職工的生理參數(shù)和傳感器傳輸?shù)纳頂?shù)據(jù)，傳感器采集職工的溫度信息、脈搏信息和心率信息，無線通信芯片主要對職工的生理參數(shù)信息傳輸。系統(tǒng)的軟件部分，轉換硬件發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并設定閾值，將職工數(shù)據(jù)與正常健康參數(shù)對比，若超出閾值，則報警提醒，提醒工作人員及時對職工檢查，以此完成蓄水電站水污染環(huán)境下職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)的設計。實驗對比結果表明，此次設計的蓄水電站水污染環(huán)境下職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)比傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)響應時間短，能夠及時發(fā)現(xiàn)職工的健康問題，滿足監(jiān)測系統(tǒng)的實時性需求。

關鍵詞：水污染;職工;健康;監(jiān)測;系統(tǒng);實時

中圖分類號：TP311

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）07-0054-05

由于蓄水電站的職工在工作過程中，會受到水污染的影響，從而對職工健康產生一定的影響，因此對職工健康狀況監(jiān)測非常重要。水污染環(huán)境下的造成的健康問題，對于某些健康指標，短期內的變化并不明顯，從而導致病情發(fā)現(xiàn)較晚，影響到職工的治療。同時，傳統(tǒng)的職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)存在響應時間長的問題，影響了職工治療的時間，因此設計一種蓄水電.站水污染環(huán)境下職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)。

此次設計的職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)主要通過主控制器、傳感器和無線通信芯片和電路等的綜合運用，對職工信息實時獲取，并通過軟件部分對監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的信息轉換，設定閾值，將采集到的職工健康信息與正常的健康參數(shù)對比，若超出閾值則報警提醒工作人員，以保證及時對職工檢查，以此完成職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)的設計。實驗對比結果表明，此次設計的職工健康監(jiān)測系統(tǒng)比傳統(tǒng)系統(tǒng)響應時間短，因為此次設計系統(tǒng)能夠依靠系統(tǒng)記錄下職工動態(tài)的日常身體狀況，積累健康數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)職工的健康問題。

1系統(tǒng)總體設計方案

此次設計的職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)重點為系統(tǒng)的硬件部分，具體的系統(tǒng)設計方案如圖1所示。

系統(tǒng)最底層為信息采集部分，主要通過主控制器"和傳感器采集職工體溫、脈搏等人體健康參數(shù)，測量完成后，將數(shù)據(jù)通過無線通信芯片傳輸，傳輸至控制終端，然后由系統(tǒng)軟件對發(fā)送過來的信息進行分析與處理若測量的結果超出設定閾值時，通過系統(tǒng)軟件發(fā)送報警信息，及時對職工檢查;系統(tǒng)中間層主要為應用程序，主要提供職工信息、資源管理等功能;系統(tǒng)最上層為核心庫，具有顯示系統(tǒng)管理、媒體機構等功能。

職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計

2.1主控制器設計

設計系統(tǒng)選用ARM系列的STM32F10345，主控器主要接收傳感器傳輸?shù)纳頂?shù)據(jù)？，主控制器在通過無線通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸至PC監(jiān)控端，主控制器外圍硬件結構框如圖2所示。

該主控制器具有功耗低、可靠性高、運行速度快的特點，因此使用STM32F10345控制芯片吲實時采集人體信息。主控制器芯片具有精簡指令結構，指令周期為125ns，16位寄存器，4種節(jié)電模式，具有60KBFlash存儲器，具有仿真調試、可隨時擴展的功能。

2.2傳感器設計

傳感器選用MASF45核心單片機！，主要包括溫度采集模塊、脈搏采集模塊和心率采集模塊。在MASF45核心單片機統(tǒng)一控制下實現(xiàn)對人體信號的檢測，MASF45單片機的工作過程如圖3所示。

溫度采集模塊：主要檢測職工身體溫度，在人體檢測中最為重要，溫度測量主要由核心單片機舊MASF45和溫度傳感器DS234HG67作為主要的采集器件。DS234HC67無需外接元件，能夠直接測量出人體溫度，并且從溫度傳感器中讀出或寫入的信息只需要一個單線接口就可以實現(xiàn)讀寫，總體系統(tǒng)為溫度傳感器供電，不需另加電源，該溫度傳感器測量范圍廣、測量精度高，供電電壓為3～5.5V。

DS234HG67溫度傳感器與MASF45核心單片機的硬件接口較簡單，在實際使用時，通過數(shù)字I/0引腳？控制DS234HG67溫度傳感器的數(shù)據(jù)線DQ，便可與MASF45核心單片機相連進行數(shù)據(jù)傳輸。

脈搏測量模塊：脈搏作為人體健康檢測的重要內容之一，對職工健康監(jiān)測具有重要意義，脈搏監(jiān)測過程圖如圖4所示。

設計系統(tǒng)采用透光式脈搏傳感器%，原理是發(fā)光二極管可以將電能轉化為紅外光，然后將光信號轉化為電信號，在測量時，手指只需靠近脈搏傳感器，就可以間接測量出職工的脈搏信號。脈搏測量電路主要有采集電路、低通放大電路、信號整形電路三部分組成，在實時監(jiān)測過程中，為避免信號對監(jiān)測結果的干擾，對信號進行放大處理，考慮到氣候、環(huán)境等的影響，采用可調電阻R5，調節(jié)信號的放大倍數(shù)，以保證脈搏測量的準確性。

心率采集模塊主要與MASF45核心單片機接連，實時采集職工心率，采用HRM-2103穿透式心率傳感

器，該傳感器外部有接地引腳、輸出端引腳和電源引腳，輸出端與STM32F10345控制器的管腳相連并進行A/D轉換。心率傳感器及接口電路圖如圖5所示。

2.3無線通信芯片設計

無線通信芯片主要對職工的生理參數(shù)信息傳輸，其為系統(tǒng)的核心控制，通過該模塊控制傳感器狀態(tài)、設置無線通信和簡單數(shù)據(jù)處理等功能。選用KY743嵌人式無線通信芯片，其外圍電路圖如圖6所示。

該芯片串行接口符合網(wǎng)絡標準的嵌人式模塊，主要用于串口、以太網(wǎng)和無線網(wǎng)之間的轉換。該芯片內部集成8051內核，具有性能高和功耗低的特點，并且能夠存儲網(wǎng)格參數(shù)，能夠使系統(tǒng)下次啟動時直接連接網(wǎng)絡。

在無線通信芯片確定網(wǎng)絡地址后，可以允許新的節(jié)點連接到這個網(wǎng)絡，允許加入到一個網(wǎng)絡的流程如圖7所示。

實際使用時，允許新的網(wǎng)絡加人無線通信中，以保證監(jiān)測系統(tǒng)的實時性。

2.4電路電源設計

在此次設計監(jiān)測系統(tǒng)中，電源是整個硬件電路運行的重要保障，上述主控制器、傳感器、無線通信芯片均采用+5V直流電壓供電。供電電路圖如圖8所示。

系統(tǒng)+5V直流電壓使用的穩(wěn)壓器為78M05，接口電路中主要有4個接線口，主要功能是數(shù)據(jù)輸入、模式選擇、數(shù)據(jù)輸出和時鐘。串行通信模塊采用MAXX34，具有電路設計簡單、低成本的優(yōu)點。

3職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

在上述職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計的基礎上，對系統(tǒng)軟件設計，系統(tǒng)軟件主要實現(xiàn)分析與處理發(fā)送過來的硬件數(shù)據(jù)，分析采集的職工數(shù)據(jù)中是否存在異常情況。由于系統(tǒng)硬件采集的職工健康信息格式與軟件查看格式不同，因此對硬件接收到的職工信息轉換，計算公式如下：

公式（1）中，g代表監(jiān)測系統(tǒng)中硬件采集信息，Ea代表數(shù)據(jù)轉換因子，cm為轉換格式，d代表系統(tǒng)系統(tǒng)軟件初始化參數(shù)。

通過上述公式完成職工信息轉換，在此基礎上，分析職工健康信息，并設置閾值，查看職工是否存在健康問題，計算公式如下：

公式（2）中，Qlg|代表轉換完成的職工健康信息，l為設定的閾值，C，為人體健康參數(shù)，va代表職工狀態(tài)判定因子。在實際使用時，若lsl，代表職工身體正常，若l21，代表職工存在一定健康問題。若超出設定閾值，則啟動報警機制，提醒工作人員及時查看，并及時生成相應的職工報告，為工作人員提供基礎檢查依據(jù)。

通過上述硬件以及軟件的設計，完成了蓄水電站水污染環(huán)境下職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)的設計，為驗證上述設計的有效性，將在下一步進行實驗。

4實驗對比

為了驗證上述設計的職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)的有效性，進行實驗對比，并為了保證實驗的嚴謹性，將傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)與此次設計的系統(tǒng)進行對比，對比兩種系統(tǒng)的響應時間。

4.1實驗方案

為減少實驗時間，選取某醫(yī)院內5個發(fā)燒患者作為被測試對象，分別使用兩種系統(tǒng)同時采集被監(jiān)測患者的體溫、血壓、心率、血樣等基本身體數(shù)據(jù)。并搭建實驗環(huán)境，實驗環(huán)境如圖9所示。

實驗環(huán)境中，路由器主要將采集的實驗數(shù)據(jù)傳輸至協(xié)調器，實驗數(shù)據(jù)經協(xié)調器進行下一步信息加工與信息反饋，最后在服務器中顯示實驗數(shù)據(jù)。

4.2實驗結果分析

通過上述得到的實驗數(shù)據(jù)，對兩個監(jiān)測系統(tǒng)的實驗結果對比，實驗對比結果如表1所示。

分析上述對比結果可知，設計的監(jiān)測系統(tǒng)在監(jiān)測患者病情上，監(jiān)測系統(tǒng)的響應時間都不超過2min，最快在0.8s上就能夠監(jiān)測到患者狀況。因為，設計的系統(tǒng)能夠實時采集，人的體溫、心率、血壓等數(shù)據(jù)，通過無線芯片傳輸人的身體健康信息，將被監(jiān)測人的身體健康信息與正常的健康信息對比，若超出設定的閾值，就會進行報警提醒，因此減少了系統(tǒng)的響應時間。而傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)整體的響應時間都相對較長，在第5個患者監(jiān)測上，時間達到5.1min，這種情況下，會嚴重影響患者治療時間。因為傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)處理監(jiān)測數(shù)據(jù)較慢，并且獲取到的信息較慢，導致系統(tǒng)響應時間較長。

通過上述實驗能夠證明，此次設計的職工健康監(jiān)測系統(tǒng)比傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)響應時間短，能夠及時監(jiān)測到職工健康信息的異常情況，保證職工的身體健康，具有一定的實際應用意義。

5結語

針對傳統(tǒng)的職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)響應時間長的問題，對職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)設計，以解決監(jiān)測系統(tǒng)響應時間長的問題。主要設計了系統(tǒng)的硬件部分，主要包括傳感器、控制器、電路電源和無線通信芯片，目的是實時采集職工的生理數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送至控制終端。軟件部分主要轉換硬件采集的數(shù)據(jù)，并將采集的職工健康數(shù)據(jù)與正常生理數(shù)據(jù)對比，若超出設定閾值，則代表職工出現(xiàn)一定的健康問題，則及時報警提醒，以此完成了檢測系統(tǒng)的設計。實驗對比結果表明，此次設計的職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)比傳統(tǒng)系統(tǒng)響應時間短，能夠及時發(fā)現(xiàn)水污染環(huán)境下的職工健康問題，滿足了監(jiān)測系統(tǒng)的實時性需求。

參考文獻

[1]金東勇，陳俊霞，肖文光.基于CAN總線的健康管理系統(tǒng)設計[J].電子設計工程，2019，27（4）：195-199.

[2]高明華，許麗金，柯成成，等.基于Android便攜式人體健康監(jiān)測系統(tǒng)設計J].現(xiàn)代電子技術，2017，40（12）：94-97.

[3]常用根，江帆，陳瀟.礦井提升裝備健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].工礦自動化，2018，44（2）：38-42.

[4]陳衛(wèi)忠，李長俊，曾燦軍，等.大型水下盾構隧道結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的構建與應用[J].巖石力學與工程學報，2018，37（1）：1-13.

[5]武風波，周云如，張會可.智能健康監(jiān)測終端設計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術，2017，40（14）：64-67.

[6]王雪飛，王世朋，彭書緯.CEFR報警輔助監(jiān)測診斷系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]核科學與工程，2018，38（3）：469-476.

[7]張青.接觸式健康監(jiān)測系統(tǒng)資源庫信息交互設計[J].沈陽工業(yè)大學學報，2019，41（3）：66-70.

[8]劉悅，郝舒欣，呂祎然.空氣污染人群健康影響監(jiān)測信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)質量控制的設計與實現(xiàn)[J].衛(wèi)生研究，2018，47（2）：277-280.

[9]賀映候，李秋勝，朱宏平，等.深圳平安金融中心結構健康監(jiān)測系統(tǒng)應用[J].土木工程與管理學報，2017，34（05）：100-107.

[10]閆志剛，岳青，施洲，等.滬通長江大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].橋梁建設，2017，47（4）：7-12.