智能手環(huán)心率監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫皓楠,梁東云

(商洛學(xué)院 電子信息與電氣工程學(xué)院,陜西 商洛 726000)

0 引言

作為當(dāng)代應(yīng)用型的裝備之一,智能手環(huán)心率測量系統(tǒng)能夠預(yù)防各類意外情況的發(fā)生。同時(shí)智能手環(huán)中加入心率測量系統(tǒng),能夠幫助年輕群體實(shí)時(shí)監(jiān)測老年群體的身體狀況。

1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

目前,國內(nèi)外企業(yè)將集優(yōu)質(zhì)功能于一身的穿戴設(shè)備的設(shè)計(jì)作為主要設(shè)計(jì)對象和追捧對象。同時(shí)各大企業(yè)也在致力實(shí)現(xiàn)智能手表的各類功能,心率監(jiān)測功能的加入,讓智能手環(huán)具備基本的健康數(shù)據(jù)庫信息采集功能,能夠?qū)Ξ?dāng)代存在健康隱患的群體和老年人群體起到良好的心率監(jiān)測作用,但是從當(dāng)前智能手環(huán)的整體設(shè)計(jì)系統(tǒng)角度而言,智能手環(huán)在具體的心率監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)和測量過程中,并不具備直接功能延展的普遍性。在個(gè)體的心率變化中很多事故具有突發(fā)性,心率監(jiān)測系統(tǒng)并沒有考慮到個(gè)體需要救助等功能,在心率發(fā)生變化后的主要延伸技術(shù)也未被納入考慮范圍,因此有必要設(shè)計(jì)出一款具有系統(tǒng)延伸和覆蓋性質(zhì)的智能手環(huán)心率測量監(jiān)測系統(tǒng)[1]。

2 技術(shù)簡介

從具有系統(tǒng)性質(zhì)的智能手環(huán)心率測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度出發(fā),應(yīng)當(dāng)讓系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)和技術(shù)實(shí)現(xiàn)具有一定的流程,例如在技術(shù)設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)摔倒報(bào)警技術(shù),通過手環(huán)中的陀螺儀和加速度計(jì)等,感應(yīng)個(gè)體在運(yùn)動過程中的模擬量,并將模擬量轉(zhuǎn)變成能夠被測量可讀的數(shù)字,追蹤個(gè)體在運(yùn)動快慢和速度上的整體改變,同時(shí)能夠準(zhǔn)確地感知用戶的身體變動情況,借助芯片上1 024字節(jié)的F1F0,降低整個(gè)系統(tǒng)的功能損耗,同時(shí)將相應(yīng)的摔倒報(bào)警技術(shù)追蹤器放置在400 Hz的接口上,以便保障通信情況被實(shí)時(shí)感知,而對于部分需要高速傳輸?shù)膽?yīng)用而言,就可以采用寄讀器對相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行感知和讀取。

同時(shí),該系統(tǒng)還需要設(shè)計(jì)報(bào)警系統(tǒng),在技術(shù)設(shè)計(jì)過程中通過模擬量的監(jiān)測變動,及時(shí)判斷個(gè)體情況的異常,并能夠第一時(shí)間借助智能手環(huán)和手機(jī)的無線連接,及時(shí)撥打緊急聯(lián)系電話,實(shí)現(xiàn)報(bào)警技術(shù)的應(yīng)用[2]。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

心率監(jiān)測手環(huán)的系統(tǒng)組成主要由手環(huán)端、手機(jī)端以及后臺服務(wù)端組成。智能手環(huán)對佩戴者的具體生命體征數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測,其中包括重要的心率數(shù)據(jù)。監(jiān)測心率數(shù)據(jù)能夠及時(shí)在手環(huán)屏幕中顯示,手環(huán)將采集到的數(shù)據(jù)與手機(jī)端的藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配,通過手機(jī)后臺的算法軟件處理后,將信息上傳至服務(wù)器,服務(wù)器會收集個(gè)體在運(yùn)動過程中各項(xiàng)生命特征的變化數(shù)據(jù),并及時(shí)收錄個(gè)體在運(yùn)動過程中監(jiān)測的異常數(shù)據(jù),直接發(fā)送到個(gè)體的家人手機(jī)中。重視宏觀的手環(huán)心率監(jiān)測智能應(yīng)用設(shè)計(jì)的核心功能,手環(huán)心率監(jiān)測是為了佩戴者的身體健康和生命安全,并將其功能進(jìn)行延展,通過報(bào)警以及其他相關(guān)技術(shù)的實(shí)現(xiàn),能夠讓個(gè)體及時(shí)知曉自己的心率情況,也能夠讓緊急聯(lián)系人了解佩戴者的心率異常情況,幫助佩戴者監(jiān)測身體狀況[3]。

4 硬件和軟件設(shè)計(jì)

智能心率監(jiān)測手環(huán)的設(shè)計(jì)主要包括手環(huán)的硬件部分和軟件部分。智能心率監(jiān)測手環(huán)硬件部分由主控芯片、心率傳感器、溫度傳感器、六軸加速傳感器、振動馬達(dá)、顯示屏幕、NFC、藍(lán)牙通信模塊以及電源數(shù)據(jù)管理模塊等構(gòu)成。

軟件部分主要由各個(gè)用于主程序調(diào)配的軟件組成,此程序在模塊初始化功能實(shí)現(xiàn)過程中通過收集佩戴者的各項(xiàng)身體健康指標(biāo),完成相應(yīng)的功能。在軟件設(shè)計(jì)過程中,如果相關(guān)佩戴者的心率數(shù)據(jù)處于正常波動水平,數(shù)據(jù)將只在手環(huán)和佩戴者的手機(jī)應(yīng)用App上顯示;如果佩戴者的心率指標(biāo)或數(shù)據(jù)呈現(xiàn)異常狀態(tài),那么手環(huán)就會立刻振動,并借助藍(lán)牙等功能,將相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到佩戴者的手機(jī)應(yīng)用端上,手機(jī)應(yīng)用端會再次將相應(yīng)的信息發(fā)送到緊急聯(lián)系人手中,以達(dá)到相關(guān)的預(yù)警目的,保障佩戴者的生命安全。

智能手環(huán)通過軟件和硬件的協(xié)調(diào)使用,能夠借助軟件驅(qū)動硬件設(shè)備進(jìn)行正常工作。而軟件也是以硬件設(shè)備作為載體,才能夠發(fā)揮其功用。而在此設(shè)計(jì)過程中必須加入的其他小部分模塊,是因?yàn)樾穆试谧兓^程中,不單單是心率單項(xiàng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生變化,心率所關(guān)聯(lián)的健康指標(biāo)較為復(fù)雜,因此要通過系統(tǒng)性的監(jiān)測達(dá)到相應(yīng)的心率監(jiān)測目的,其他例如體溫監(jiān)測、睡眠質(zhì)量監(jiān)測等功能是為了輔助心率監(jiān)測而提供的功能。

5 基本功能

從系統(tǒng)的完備性角度出發(fā),智能手環(huán)的心率監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要具備以下基本功能:

(1)實(shí)現(xiàn)基本的定位功能。在具體的智能手環(huán)心率測量系統(tǒng)中,必須加入相應(yīng)的定位功能,讓心臟病突發(fā)或者因心率問題驟然摔倒的病人被及時(shí)定位。

(2)實(shí)現(xiàn)心率的基本監(jiān)測功能。佩戴者的基本心率能夠被及時(shí)地監(jiān)測,心率數(shù)據(jù)要及時(shí)呈現(xiàn)在相應(yīng)的手環(huán)屏幕和手機(jī)App中,并轉(zhuǎn)換成可讀的信息,不能將心率數(shù)據(jù)直接放入相應(yīng)的App,令人無法判斷佩戴者心率是否正常,因此需要對心率數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的解讀和分析,以便讓個(gè)體了解自身的心率情況。

(3)基本生命體征的監(jiān)測。在該項(xiàng)生命體征的監(jiān)測過程中,僅僅是輔助監(jiān)測心率而產(chǎn)生的其他健康數(shù)據(jù)和指標(biāo)的監(jiān)測,主要包括佩戴者個(gè)體的脈搏監(jiān)測、體溫監(jiān)測以及血液壓力的監(jiān)測,通過各項(xiàng)數(shù)據(jù)的綜合指標(biāo)判斷個(gè)體的心臟是否處于健康水平,能夠及時(shí)分析個(gè)體的心率健康程度,并及時(shí)報(bào)警,或者給予其他相應(yīng)的警告。心率相關(guān)的病因、病理以及病程極其復(fù)雜,智能心率監(jiān)測系統(tǒng)能夠綜合個(gè)體的體溫變化、脈搏變化、血壓變化等及時(shí)監(jiān)測和預(yù)警心率的變化,所有最終結(jié)果和預(yù)警研判都是在綜合監(jiān)測之下產(chǎn)生的結(jié)果,單一心率檢測并不具備醫(yī)學(xué)上預(yù)警的意義。

(4)NFC功能的實(shí)現(xiàn)。NFC功能能夠借助智能手環(huán)心率監(jiān)測系統(tǒng)及時(shí)接受醫(yī)療服務(wù),讓醫(yī)生通過智能心率手環(huán)發(fā)送的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)和信息,觀測到患者身體數(shù)據(jù)信息的變化,并能夠幫助醫(yī)生快速確診患者所患的疾病,起到醫(yī)療數(shù)據(jù)效應(yīng)最大化的作用。

(5)相關(guān)語音求助功能。手環(huán)的最終目的是對個(gè)體的心率進(jìn)行監(jiān)測,并且能夠起到一定的預(yù)警作用。在智能手環(huán)心率系統(tǒng)中,還需要添加個(gè)性化的語音識別功能,當(dāng)個(gè)體出現(xiàn)語音語義含糊不清的求助性詞匯或求助性語言后,要及時(shí)進(jìn)行報(bào)警,這一功能的實(shí)現(xiàn)在目前而言較為困難,仍需多項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行合力攻堅(jiān)。

6 結(jié)語

綜上所述,對于當(dāng)前的技術(shù)而言,一種智能手環(huán)的心率系統(tǒng)設(shè)計(jì)并不困難,但在智能手環(huán)心率測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中,如何使功能更加完善和人性化,并且能夠真正在個(gè)體心率監(jiān)測中發(fā)揮作用并不簡單。具體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程需要考慮到設(shè)計(jì)系統(tǒng)的初衷,并促使智能手環(huán)心率監(jiān)測系統(tǒng)的功能最大化,能夠幫助個(gè)體最大限度地消除健康隱患。