便攜式健康手環(huán)硬件電路設計

張磊　劉海華　孫紅禮　陰斌斌　杜強

【摘 要】通過設計的傳感電路，將用戶的心率、體溫、身體所處的運動狀態(tài)、周圍環(huán)境參數(shù)等信息通過藍牙傳輸?shù)街悄苁謾C再傳輸?shù)皆贫耍褂脩艨梢詫ψ约旱纳眢w、生活環(huán)境和狀態(tài)進行分析。利用該裝置可以監(jiān)測佩戴者的健康狀況，提高佩戴者的生活品質。

【關鍵詞】便攜式；健康手環(huán)；電路設計

1 系統(tǒng)整體結構及工作原理

隨著科技進步發(fā)展，智能設備迅速普及，智能手環(huán)作為熱門的健康管理設備在市場上迅速鋪開[1]。本文設計的正是具有健康管理功能的便攜式手環(huán)，系統(tǒng)分為兩部分：下位機：由手環(huán)進行信息采集及處理；上位機：由手機APP進行數(shù)據(jù)處理、顯示及上傳。手環(huán)通過集成的多種傳感器來采集佩戴者的心率、步數(shù)、體溫，以及當前周圍環(huán)境的溫濕度、PM2.5值、磁場強度、所處方位等數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給主控芯片CC2541，CC2541將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后通過藍牙4.0發(fā)送給手機，結合手機端APP和手環(huán)自帶OLED同步顯示佩戴者的當前心率、體溫、步數(shù)以及空氣狀況等信息，從而達到對使用者的健康狀況進行監(jiān)測和管理的目的。Android端的數(shù)據(jù)可以通過Wi-Fi或3G網(wǎng)絡上傳到Web服務器，記錄用戶每天的身體狀況、周圍環(huán)境與運動狀態(tài)等信息。對用戶的數(shù)據(jù)信息還可以開展數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)分析等方面的理論研究及應用。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 控制中心

選用TI公司的CC2541片載系統(tǒng)作為主控制器，并采用CC2541實現(xiàn)低能耗的數(shù)據(jù)傳輸[2]。結合多種傳感器：紅外溫度傳感器、心率傳感器、空氣污染傳感器、加速度傳感器、磁場傳感器等傳感器，采集佩戴者的心率、步數(shù)、體溫、環(huán)境溫濕度、PM2.5值、磁場強度、所處方位等數(shù)據(jù)，MCU將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后通過藍牙4.0發(fā)送給手機。整個控制中心可分為三個部分：CC2541最小系統(tǒng)；藍牙天線；數(shù)據(jù)傳輸接口。

2.2 心率采集電路

根據(jù)光電效應，心率傳感器采用紅外發(fā)射管和紅外接收管。醫(yī)學研究表明，隨著心臟的跳動，人體組織的半透明度會隨之改變。當血液送到人體組織時，組織的半透明度會減小，當血液流回心臟，人體組織的半透明度會增加。這種現(xiàn)象在手指尖、耳垂等部位最為明顯。因此，可以用紅外發(fā)射管來照射上述部位，用紅外接收管附在該部位的另一側，來檢測透射光，并把光信號轉換為電信號，該電信號的頻率與人體每分鐘的脈跳次數(shù)成正比，再將該頻率信號放大、濾波、整形就可以得到單片機可以識別的與心率相對應的方波信號了[3]。本系統(tǒng)采用SON1303心率傳感器進行心率信息的采集，主控制器根據(jù)輸出的方波信號可計算出每分鐘的心跳數(shù)即心率，從而判斷出使用者的心率狀況。

2.3 紅外測溫電路

本系統(tǒng)測溫采用的是非接觸式紅外溫度傳感器SON3818，該傳感器可以通過檢測物體發(fā)熱時散發(fā)的紅外光，對物體的溫度進行測量，精度可達到0.1℃，電路簡單，外圍器件很少，應用簡單方便。

2.4 系統(tǒng)電源電路設計

本系統(tǒng)采用鋰電池為系統(tǒng)供能。由于鋰電池的額定電壓為3.7V，充電器的輸出電壓為5V，系統(tǒng)最大供電電壓為3.3V，而鋰電池在長時間使用后電壓會下降，結合這三個方面，需要設計穩(wěn)定的電源管理模塊來保護系統(tǒng)正常運行。為此設計出了具有雙向穩(wěn)壓功能的電源管理模塊。

模塊分為兩部分。第一部分：降壓充電電路。該部分采用鋰電池恒流充電芯片DH4054將充電器輸入的5V電壓進行降壓處理，對鋰電池以100mA電流進行恒流充電。

第二部分：雙向穩(wěn)壓供電電路。鋰電池在充滿電時，輸出電壓為4.2V，而在長時間放電過后，電壓會急劇降低。為保護系統(tǒng)正常工作，設計以下雙向穩(wěn)壓電路。當電量充足時，對電池進行降壓穩(wěn)壓；而在電池使用過程中，當電壓低于3.3V時，對電池進行升壓穩(wěn)壓。通過這種雙向的穩(wěn)壓方式，為系統(tǒng)提供平穩(wěn)的3.3V電壓，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的同時，延長了電池的續(xù)航時間。

3 結束語

便攜式健康手環(huán)的設計，體現(xiàn)了當前智能穿戴設備的發(fā)展趨勢，為市場提供了一種低成本、低功耗、多功能、高效率、性能穩(wěn)定的智能手環(huán)硬件電路設計方案。系統(tǒng)采用的低功耗設計，遵循了當前市場產(chǎn)品設計的理念和要求，而低成本、低延遲、高效率的Bluetooth4.0通信方案也是當前智能穿戴設備主流的通訊方式，并且該電路增加了磁場、空氣質量傳感器用于測量用戶所處方位以及周圍環(huán)境PM2.5值，用戶不僅可以了解身體信息還可以了解其周圍環(huán)境信息，手環(huán)自帶OLED同步顯示佩戴者的當前心率、體溫、步數(shù)以及空氣狀況等信息。整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，功能多樣，借助與手機APP的信息交互，經(jīng)Wi-Fi或3G網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳到Web服務器，通過數(shù)據(jù)挖掘和對大數(shù)據(jù)的分析研究，能夠綜合分析判斷出使用者的健康狀況，可廣泛應用于智慧醫(yī)療和患者監(jiān)護領域。

【參考文獻】

[1]陳念昭，謝敏.從智能手環(huán)的熱潮看現(xiàn)代信息化健康管理[J].醫(yī)療衛(wèi)生科學，2014.

[2]陳銀溢.基于CC2541和LIS3DSH的計步器設計[J].機械工程與自動化，2014.

[3]何偉城，陳進軍.基于紅外方式的嵌入式人體心率檢測系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代計算機，2011.

[4]丁祥青.新一代智能終端創(chuàng)意設計發(fā)展思考[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2015.

[5]耿怡，安暉，李揚，江華.可穿戴設備發(fā)展現(xiàn)狀和前景探析[J].電子科學技術，2014.

[責任編輯：楊玉潔]

【摘 要】魯南地區(qū)大學生信仰受環(huán)境、傳統(tǒng)、民族等因素的影響，出現(xiàn)了諸多問題。而堅持主流信仰引導、堅持實踐育人走向、堅持新媒體介入，能夠有效催化大學生政治信仰教育，以此幫助和引導青年大學生樹立正確的信仰，進而實現(xiàn)青年學生思想與意識、實踐與行動在政治層面與黨中央保持一致，促進學生的精神成長和全面素質發(fā)展。

【關鍵詞】信仰現(xiàn)狀；信仰教育；青年大學生

信仰是人們對其最高價值對象始終不移的信賴和執(zhí)著不渝的追求。大學生作為一個特殊群體，其信仰選擇、信仰判斷，不僅關乎著大學生自身的成長發(fā)展，還關系到國家和民族的未來。但是，在大學生群體中，忽視信仰、沒有信仰、道德淡化、崇名拜金、享樂縱欲并不少見，這些信仰問題，鞭打著高校思政教育的研究與實踐，急需解決，迫切眉睫。

而本文通過對魯南地區(qū)青年大學生信仰問題調查，分析大學生信仰現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)存在的問題，并探索如何以馬克思主義信仰引領和整合其他社會多元信仰，聚焦學生的意識形態(tài)、幫助學生樹立健康向上的思想信仰。

1 調查對象和調查方法

本次調查主要采取問卷調查和樣本訪談兩種方式。在魯南地區(qū)選取6所高校，涵蓋本科、專科、高職3個層次，發(fā)放問卷1000份，收回977份，其中有效問卷953份，問卷有效率為95.3%。調研對象涵蓋文、理、工、農(nóng)、醫(yī)、師范等專業(yè)、訪談對象包括思想政治理論課教師、輔導員和學生共30人，數(shù)據(jù)分析主要運用Excel和SPSS軟件，進行了描述性統(tǒng)計和數(shù)據(jù)相關性分析等。

2 魯南地區(qū)青年大學生信仰現(xiàn)狀

2.1 青年大學生對信仰的認同情況

調查發(fā)現(xiàn)，52.9%的大學生認為當今時代缺乏信仰，27.13%的大學生認為當今時代并不缺乏信仰，19.97%的同學則認為信仰無用；另一項調查中，認為自己有信仰的占比53.02%，認為自己沒有信仰的占28.11%，其余同學選擇折中態(tài)度。并且，認為自己有信仰的學生群體坦陳，認為自己非常容易受到非主流信仰影響。

2.2 青年大學生政治信仰情況

對于是否堅持中國特色社會主義理論體系，69.5%的大學生持贊同態(tài)度，26.5%表示基本贊同；對于現(xiàn)階段中國中國特色社會主義建設的態(tài)度，35.2%的大學生認為“對中國特色社會主義充滿希望和信心”；46.6%的學生表示“堅決擁護黨的改革開放政策”，以上表明大多數(shù)同學的政治立場是堅定的。

2.3 青年大學生宗教信仰情況

調查顯示，魯南地區(qū)大學生僅13.3%有宗教信仰，絕大多數(shù)學生沒有宗教信仰，且有宗教信仰的學生中35.2%為“受家庭環(huán)境影響”而信仰的宗教。從絕對數(shù)量上來看，農(nóng)村家庭宗教信仰學生多于城市學生，女生信仰者多于男生，隨著年級升高，學生信仰宗教數(shù)量呈增加趨勢；從信仰宗派上看，學生對基督教、佛教的了解更多，以基督教為主。關于對宗教態(tài)度的調查顯示，55.6%的學生對宗教文化比較感興趣，70.1%的同學認為“信仰宗教是個人的事情，學生信教應持寬容態(tài)度”。

2.4 其他信仰情況分析

調查顯示，23.1%的大學生參加過一些類似跳鐘馗、打秋千等傳統(tǒng)習俗活動，48.4%的大學生參加過上墳祭祀祖先的活動，14.9%的同學有祭拜各類神靈，偶爾會找人算命、占卜風水的占13.6%。而參加以上民間傳統(tǒng)活動的原因58.2%的是“家鄉(xiāng)的傳統(tǒng)習慣”，“尋求心理安慰和精神寄托”的占比17.7%；在進行“民間信仰對當代中國傳統(tǒng)文化是否有幫助？”的調查中，38.5%的大學生認為有“很大的幫助”，52.3%的認為“有一點幫助”，1.7%的認為“沒有幫助”，其他選擇“不清楚”。

3 魯南地區(qū)大學生信仰的差異化分析

綜合以上，宗教信仰已在青年大學生群體中產(chǎn)生深刻的影響，大學生對待宗教的態(tài)度更加寬容，思想更加開放。并且，魯南地區(qū)大學生信仰宗教數(shù)量所占比例不高，但絕對數(shù)量的并不少，且有些問題需要分析澄清。

3.1 信仰的性別差異

男女大學生在宗教信仰、民間信仰和精神信仰上存在顯著差異。調查中，有82.1%的女大學生有宗教信仰，并且有學者研究，女大學生比男大學生在遇到壓力事件時，更多地求助于宗教[2]；民間信仰的調查中，有祭祀祖先等行為的男大學生占62.6%，高于女大學生，這可能是與中國的傳統(tǒng)文化有關；關于對金錢的崇拜上男大學生和女大學生基本持平，男性的金錢崇拜觀念與其性格相關，認為經(jīng)濟基礎與社會地位的關系更加密切；而女生的金錢崇拜，則和享受思想、體面生活的社會思潮有關。

3.2 信仰的專業(yè)差異

文科學生比理工科學生在宗教信仰和精神信仰方面有更明顯的傾向性，這可能是因為文科學生更注重對生命和人的價值的思考，而對生命神圣性的認同和對人生價值的思考是產(chǎn)生宗教信仰的基礎。調查顯示，理工科學生在政治信仰方面比其他專業(yè)表現(xiàn)明顯，原因可能是理工類學生以男生居多，對時事政治和國事國情的關注更多，以及男性對于權力的欲望要高于女性。

3.3 信仰的區(qū)域差異

居住在農(nóng)村的大學生因受到農(nóng)村習俗和家族性的影響更多，祭祀祖先等活動更多些，更容易產(chǎn)生民間信仰和神靈崇拜。城市大學生則更易產(chǎn)生拜金主義傾向，原因可能在于城市的孩子受家庭環(huán)境影響，更早的接觸到金錢的價值。農(nóng)村大學生由于家庭成員文化程度普遍不高，傳統(tǒng)的思想影響更重，因此農(nóng)村大學生的傳統(tǒng)信仰更強烈、更牢固[3]。

4 加強和改進大學生信仰教育的思考

依據(jù)調查，青年學生信仰多元多類，中外兼有。依據(jù)國家宗教政策和憲法規(guī)定的信仰政策，魯南高校應發(fā)現(xiàn)青年學生信仰問題、統(tǒng)計信仰信息、尊重信仰選擇、規(guī)范信仰行為，依據(jù)法律法規(guī)幫助青年學生進行規(guī)范化、人性化的信仰管理，堅持主流政治信仰導向，以高校思想政治教育為主要形式，強化政治信仰對其他信仰的引領作用。