一种基于传感器技术的监测系统的设计与实现.docx

一种基于传感器技术的监测系统的设计 与实现 刘晟豪 西安高新唐南中学 摘要： 众所周知，老年人和幼儿的身体免疫和抵御能力不及成年人，常常会受到疾病 的侵害，也更加容易受伤，所以，对其身体健康状况的监测显得尤为重要。某些 特殊情况下如果未及时发现其身体状况的不良反应，可能会对他们的身体健康 造成极大影响。木系统正是基于上述背景，考虑老年人及幼儿抵抗力弱，无法及 时发现身体不适，而心跳和体温等特征最能反映人的生理状况，设计了实时人 体健康监测装置。利用该装置监测老年幼年身体活动情况，可以在保证他们白由 活动、不受束缚的前提下，智能远程和实时有效地反映他们的身体健康状况。本 项目设计的装置由心率传感器和体温传感器分别采样人的心跳和体温特征，将 收集到的数据信号传输给MSP430F149低功耗单片机处理，既保证了数据的精确 采集和处理，又进-步实现了智能设备的低功耗化，增加了装置的续航时间， 更加便利;采用无线串口和电脑或手机进行实时数据传输交流，并在电脑上将其 转化为函数图像或详细数据，并设立有超过阈值报警系统，及时监测人体体征； 采用先进的无线充电技术，配备密封式防水外壳，使其可以适应更多环境，甚 至可以携带进行洗澡、游泳等活动，进一步减少对使用者活动的影响。该设计不 仅仅适用于老年人和幼儿的突发情况报警，还能用于一般人的生活当中，实现 人体健康数据的长期监测和统计，为专业医护人员提高更多个体参考。 关键词： 心率传感器;体温传感器;实时监测;无线充电; 0引言 我国老年人与幼儿占全部人口比例的约百分之三十五，老年人体弱多病，而婴 幼儿身体机能不够完善，都很容易受伤。由于社会压力较大，中年人往往没有太 多时间看护老年人和幼儿，大多数一直对老年人采用保姆监护、养老院监护、摄 像头监护等方案，这些方案往往只能顾及到大多数时候老人和幼儿的身体状况， 而忽视了洗澡、唾眠、外出活动等特殊情况吋对于他们的看护。在这些时候他们 的身体一旦受到伤害，难以被及时发现。而对于上述几种方案，均存在以下不 足： 监护方式原始，难以直观地展现岀身体状况，无法量化以便护理。 存在监视时间和空间死角，无法全面地进行看护。 1需求分析 1心率监测功能 作为人体主要健康体征之一，心率能够最快的反应身体的不良反应，在过快或 者过慢时提供报警参考，并且长时间数据也能反应身体健康情况，所以心率的 监测是必须的。 2温度监测功能 温度也是重要体征2—，是人体生理状况发生改变时也会出现明显的改变，通 过监测这项指标，我们可以在各种各样的时间段，随时了解老人幼儿身体状况 趋势，并向他们发出相关提醒、警告，防范更多的侵害。 3无线传输功能 在实吋测量过程中，不能让使用者身后拖着一根长线，对其自由造成束缚，也 需要能够实时将数据传到远端存储分析，供人查看等，我们就需要无线数据传 输功能来满足这个需求。 1.4无线充电功能 考虑到人体活动时可能遇到有水的环境，比如碰到下雨、洗澡和游泳等，为了保 护装置不受水的影响，需要做密封防水处理。而装置是需要给电池充电的，此时 需要无线充电技术在密封无接头的情况下实现充电。 1. 5低功耗处理器 由于整个装置是随身携带，希望体积小重量轻，乂是全天24小时连续监测，希 望续航时间长。那么装置的电池不能太大，就只能采用低功耗的电路和元件，尤 其是低功耗处理器。 综上所述，本项目通过心率传感器、体温传感器、无线传输功能、无线充电功能 和低功耗处理器，就能实现了一个可全天候测量人体体征，及时反馈并监护使 用者身体健康的智能健康装置。 2总体设计方案 针对具体分析结果，本设计以430MSP149F单片机为主控制器，利用心率传感器 和体温传感器采样信息，通过无线串口和主机进行数据传输，并采用无线充电 技术进行充电。 1 430单片机模块 TI公司的超低功耗单片机MSP430系列，工作电压为1.8V-3.6V,具有高达60KB 的闪存和各种高性能模拟及智能数字外设。本设计最终选取了 430MSP149F单片 机为主控芯片，就是由于其超低功耗低至:0.1uARAM （保持模式）、0.7uA （实 时时钟模式）、200 uA/MIPS（工作模式），并能够在6us之内快速从待机模式 唤醒，非常适合本设计的应用。 2心率传感模块 心率传感器可采用光电式容积描记（PPG）的方式感应人体的心跳信息并加以提 取，最后输出心率波形。本设计采用的新一代SON7015心率传感器的最低功耗为 0. 2m A,是尺寸最小的心率模块，只有12mmX 5mm的大小，并且是价格最低的心 率测试解决方案，比其他方案便宜50%以上，非常适合本设计需求。其可以选择 2种波形输出，方波或者心率波，而且反应灵敏，非常准确，稳定性高。只有配 上电源和简单外围电路就能够正常工作，如图1所示。 图1