摘 要：心率、血氧和體溫都是人體重要的生理信息，設(shè)計出體積小和便攜式的系統(tǒng)測量裝置，將會有較大的社會和臨床經(jīng)濟效益。嘗試以STM32F103C8T6為控制器，設(shè)計一種便攜監(jiān)測設(shè)備。通過MAX30102、GY-MCU90615模塊采集心率血氧及體溫數(shù)據(jù)，經(jīng)藍牙模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到Android智能機解析顯示，實現(xiàn)了基于Android系統(tǒng)的心率、血氧、體溫監(jiān)測系統(tǒng)。經(jīng)測試驗證，該采集系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。

　　關(guān)鍵詞：心率血氧檢測; 體溫檢測; STM32F103C8T6; Android;藍牙通訊

　　心率和血氧飽和度是人體重要的生理指標[1]，反映了人體的健康狀況。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，智能健康佩戴設(shè)備普及度大幅提升[2-5]。薛俊偉等人設(shè)計了一種基于藍牙低功耗技術(shù)的可穿戴血氧飽和度監(jiān)測設(shè)備，能夠連續(xù)檢測人體血氧飽和度和脈率[6]，具有低功耗和可穿戴等特點，但是當模擬儀輸出血氧飽和度低于75%時，設(shè)備的檢測精度受到影響。張政豐等人針對現(xiàn)有可穿戴設(shè)備的心率檢測方法進行了研究，發(fā)現(xiàn)不同活動狀態(tài)下人體的心率變化很大，但是沒有給出相應的App程序進行實時的檢測[7]。

　　徐盼盼等人介紹了一種基于TI公司 AFE4400集成芯片的血氧模擬采集電路，他們的研究主要是簡化了電路設(shè)計、降低了系統(tǒng)功耗和減小了電路尺寸，提高硬件的便攜性，但在整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作開發(fā)方面略顯不足[8]。隨著網(wǎng)絡(luò)云平臺技術(shù)的發(fā)展，一些具有檢測人體生理參數(shù)功能的產(chǎn)品也在向可穿戴和網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)測等方向發(fā)展。如小米公司的可穿戴產(chǎn)品“小米手環(huán)”，可以提供高精準的心率、睡眠質(zhì)量監(jiān)測;國內(nèi)一些廠家生產(chǎn)的低成本指夾儀，可以進行血氧飽和度和心率的檢測，并通過OLED屏顯示數(shù)據(jù)。

　　筆者設(shè)計的基于Android系統(tǒng)的心率、血氧、體溫監(jiān)測系統(tǒng)具有便攜、低功耗、無線傳輸?shù)忍攸c。該系統(tǒng)由硬件端和軟件端兩部分組成。硬件端由傳感器模塊，藍牙通信模塊，STM32核心電路以及電源穩(wěn)壓電路組成。傳感器模塊由MAX30102心率血氧模塊和GY-MCU90615紅外測溫模塊組成，它將采集完成的數(shù)據(jù)，通過藍牙模塊發(fā)送至安卓端，解析數(shù)據(jù)并顯示在界面上。具體系統(tǒng)設(shè)計如圖1所示。

　　設(shè)備成品可以幫助用戶隨時隨地較為準確地測量其身體的血氧飽和度、心率等生理指標，從而更好地掌握自己的身體狀況。從醫(yī)學上分析，血氧飽和度和心率兩項生理指標作為醫(yī)院診治的重要數(shù)據(jù)，血氧飽和度在95及以上為正常指標，心率在每分鐘60～100之間為正常指標。當用戶在不同時間段多次測量結(jié)果均不符合上述兩項指標時，表明身體有異樣，建議就醫(yī)詳查。

　　1 檢測原理

　　1.1 心率血氧檢測原理

　　光電容積法作為監(jiān)護測量中最常見的手段，具有方法簡單、佩戴方便、可靠性高等特點，其基本原理是利用人體組織在血管搏動時產(chǎn)生的透光率差異來進行心率和血氧飽和度的測量，所使用的傳感器由光源和光電變換器[9-11]兩部分組成，通過綁帶或夾子固定在病人的手指、手腕或耳垂上。光源一般采用對動脈血中氧合血紅蛋白(HbO2)和血紅蛋白(Hb)有選擇性的特定波長的發(fā)光二極管(一般選用660 nm附近的紅光和940 nm附近的紅外光)[12]。當光束透過人體外周血管，由于動脈搏動造成血容積變化致使透光率發(fā)生改變，此時由光電變換器接收經(jīng)人體組織反射的光線，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌⑵浞糯蠛洼敵?。由于脈搏是隨心臟的搏動而周期性變化的信號，動脈血管容積也周期性變化，因此，光電變換器的電信號變化周期就是脈搏率。同時，根據(jù)血氧飽和度(SaO2)的定義，其表達為：

　　1.2 體溫檢測原理

　　紅外測溫廣泛應用于非接觸式溫度測量設(shè)備[13]，其原理是將物體發(fā)射的紅外線具有的輻射能轉(zhuǎn)變成電信號，紅外線輻射能的大小與物體自身的溫度相對應，根據(jù)所轉(zhuǎn)變的電信號值來確定被測體溫度。

　　2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

　　2.1 信號采集模塊

　　如圖3(a)，Maxim公司生產(chǎn)的MAX30102是一種高靈敏度血氧和心率生物傳感器[14]。其集成了LED及驅(qū)動，光感應及AD轉(zhuǎn)換，環(huán)境光干擾消除及數(shù)字濾波部分，只留有數(shù)字接口，極大地減輕了開發(fā)者的設(shè)計負擔。

　　如圖3(b)，GY-MCU90615是一種低成本紅外溫度模塊，具有低功耗、體積小等優(yōu)點。其工作原理是通過單片機讀取紅外溫度數(shù)據(jù)，串口通信方式輸出。采集模塊的電路連接如圖4所示。

　　2.2 藍牙模塊

　　HC-05是一款高性能主從一體的藍牙模塊，可直接作串口使用。實物與電路連接見圖5。

　　2.3 電源電路

　　在后續(xù)電路設(shè)計中，考慮到供電電池的電壓在3.7 V附近，選用TPS7333芯片穩(wěn)壓，該芯片壓差在0.3～0.4 V內(nèi)，較為穩(wěn)定。電源電路見圖6 。

　　2.4 主控芯片電路

　　STM32核心電路主要包括4個部分：(1) 復位電路;(2) 晶振電路;(3) 串口下載;(4) I/O口。

　　STM32外接了兩個晶振為其內(nèi)部系統(tǒng)提供時鐘源。一個8 M的高速外部時鐘(HSE)，為系統(tǒng)提供較精確的主頻;另一個是32.768 M的低速外部時鐘(LSE)，用于提供精準的時鐘功能。系統(tǒng)核心板具體原理圖如圖7所示。

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