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基于TRIZ理论的多功能心率仪系统的改进

心率仪在现代社会不仅广泛应用于医疗系统,也成为一种普遍的家用仪器,

为了解决现有家用测量仪器的单一性、使用繁杂的问题,笔者在此运用TRIZ创

新理论方法,改变原有的系统,使用51单片机系统,增加了心率仪的功能。最

终证明了运用TRIZ理论的特性传递分析能够快速建立基础系统,有效组成系统,

并解决关键问题。

标签:TRIZ理论;心率仪;特性传递

一、初始问题描述

(一)工作原理

现有的电子心率观测功能是利用臂式血压压迫法,实现心率的测量;温度计

和湿度计由红外线传感器或者内部的感温元件膨胀进行工作测量;PM2.5的观

测仪采用重量/微量振荡/β射线法进行PM2.5浓度的检测。其原理如图1。

(二)问题的提出

现有的电子传感类仪器受制于传感器的类型,无法拥有更多的功能,并且售

价昂贵。人们的日常生活往往需要更多功能的检测器来测量数据,因此在观测数

据时需要使用的仪器多,不利于操作,并且购置仪器需要花费高。

所以笔者希望开发制作一种多功能心率仪系统,其应该具备的主要优点有:

(1)造价低廉,结构简单,系统组件容易获得。(2)测量精度高,功能齐全。

二、装置的技术系统分析

(一)特性传递

(1)识别体统的主要功能:观测仪的主要功能是观测环境数据及人体数据。

(2)系统的优点、缺点:系统的优点是观测的数据准确,缺点是收集到的数据

信息不完善,操作有一定限制。(3)确定竞争系统:可以观测数据的系统有心率

计、温度计、湿度计、pm2.5检测器等,它们的功能都是可观测数据。如表1所

示。(4)寻找备选系统:温度计、湿度计、电子心率仪。(5)确定基础系统:由

于多功能心率观测仪是我们的目标,而且需要该系统的成本低,所以将测心率的

功能作为基础系统的主要功能,因此心率计成为基础系统。(6)识别特性来源工

程系统中造成优点的特性或者组件:由于我们选择了心率计作为基础系统,经过

分析发现,温度计、湿度计中的DHT11/红外线传感器中的传感器组件是两系统

的数据收集端口,而PM2.5的光学空气质量传感器可以实时检测空气中的PM2.5

浓度,因此我们可以将温度计、湿度计中的DHT11传感器,PM2.5检测仪中的

光学空气质量传感器接入心率计的控制器,在相应的程序下可以获得一个拥有多

种功能的心率观测仪。

三、基于TRIZ原理的解决方法

(一)运用物理矛盾找出解决方案

通过上述分析可知,存在待解决的问题:如何在保证系统造价便宜的同时使

系统收集的数据完善。

经过分析,我们在分离矛盾需求“基于系统级别分离”中找到突破方向,也即

可以不通过解决“系统的数据收集组件多少和成本高低”这个问题来尝试解决这

个矛盾,最终确定原理5:组合c。

根据“组合c”原理的提示,将原本的红外线传感器组件进行检测启动和观测

心率组合即可实现一个双功能的传感器,所以“系统的数据收集数据的多少和成

本高低”这个矛盾就不存在了。

(二)多功能心率仪的设计方案

将原本的电子心率计用相对廉价的单片机系统代替,降低成本;而电子溫度

计、电子湿度计更替为DHT11传感器系统;PM2.5监测器也相应更替为单片机

系统。为了携带方便和加强安全性能,供能电源可为干电池或者5V的电源输入,

与常规仪器相比,该系统成本低廉,操作简单,效果直观,可广泛用于日常生活

的环境及人体检测。

四、结语

(1)运用TRIZ理论的特性传递分析,找到了改进后系统的基础系统,通

过矛盾的解决方法找到了改进原有系统的最理想系统。(2)改进后系统不仅具有

原有系统的测量心率的功能,也因为增加了传感器的原因具有新的功能,给人们

的生活带了便利。

参考文献

[1]兰羽.基于AT89C51单片机的心率体温测量仪设计[J].国外电子测量技术,

2013(03):63.

[2]徐瑞雄,杨博,王篧飞,李香坪,肖芳菲,郭建强.基于51单片机的心率

测量及预警系统设计[J].电子制作,2016(12):15.

作者简介:刘春兰(1989.03—),女,汉族,四川人,硕士,助理实验师,

研究方向:光纤传感;姚胜钦(1997.05—),女,汉族,重庆人;魏勇(1987.06—),

男,汉族,内蒙包头人,博士,讲师,研究方向:光纤传

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