生理數據移動監測系統

溫川雪張冠營

生理數據移動監測系統

溫川雪張冠營

（廣州醫科大學信息技術教研室廣州510182）

論文提出一個基于智能手機，具有監測患者體溫與脈搏和自動報警功能的系統。該系統由多生理傳感器獲取人體的生理參數，使用藍牙傳送到被測者的智能手機終端進行數據存儲和處理。當人體的生理參數異常時，會自動給預設電話發送短信、撥打電話或者直接報警處理。被測者的家人或醫生也可以遠程發送命令，調取被測者的生理參數，隨時了解被測者的生理狀況。該系統不但能實時遠程監控被測者的生理參數，當被測者處于危險狀態無法自救時，系統的自動化處理還可以為挽救患者贏得珍貴的時間，對空巢老人、養老院以及無法自主處理的殘疾人士具有很好的應用價值。

生理參數；自動報警；智能手機；遠程監測

Class NumberTP309

1引言

隨著中國社會老齡化程度的加劇以及外出務工子女越來越多，“空巢老人”日益增多。這些獨居老人在出現緊急情況而不能自主打電話救助時，就會出現生命危險。這對不在老人身邊的家人而言，是非常擔心的。因此研制一個能夠隨時隨地查詢被測者身體健康狀況、在危急情況下能夠自動報警的系統，對“空巢老人”的家庭來說具有重要的意義。目前對生命體征測量國內普遍使用帶有CRT或LCD顯示屏的便攜式監護儀，可是監護儀體積龐大，而且價格昂貴，不便于被監測人員的攜帶，對于那些需要實時監護的老人就很難實現［1～3］。

本系統通過手機終端實現多方同時實時監控，即被測者的家屬和醫生都可以遠程監控被測者的重要生理參數，因此在被測者出現危機時能多方營救［4～5］。本系統可以采集脈搏、體溫等生理參數，存儲到數據庫供醫生等隨時調用參考。

2系統簡介

本系統由生理傳感器、數據采集、藍牙通信、電話及短信報警、數據網絡存儲、智能手機終端監控等六個功能模塊組成，對反映人體機能的生理參數進行間斷或實時動態監測［6］。能夠遠程控制監測被測者的生理參數，當生理參數出現異常時，被測者的手機能自動撥打預存的電話或者發送信息報警［7］。

圖1 整體設計框圖

3系統硬件設計

硬件實驗主要包括單片機AT89C51控制模塊、體溫檢測、脈搏檢測、藍牙傳輸和LCD顯示五個功能模塊。

控制模塊采用的STC89C51RC是采用8051核的ISP（In System Programming）在系統可編程芯片，最高工作時鐘頻率為80MHz，片內含8K Bytes的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，具有在系統可編程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載到單片ROM。

體溫檢測模塊選用美國DALLAS公司生產的DS18B20溫度傳感器。DS18B20工作溫度范圍是-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范圍內溫度測量精度為±0.5℃，用戶可以設置最高和最低報警溫度，設置值掉電不丟失。與傳統的熱敏電阻相比，它可把溫度信號直接轉換成串行數字信號供微機處理，且DS18B20與MCU單元接口采用單總線接口，僅需一根線讀寫，總線本身可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。因而使用DS18B20可使系統結構更趨簡單，可靠性更高。體溫檢測模塊的接口電路如圖2所示，DQ為數字信號輸入/輸出端。

圖2 硬件設計框圖

脈搏傳感器模塊采用合肥華科電子研究所研制的HK2000-A，該產品采用高度集成化工藝將力敏元件（PVDF壓電膜）、靈敏度溫度補償元件、感溫元件、信號調理電路集成在傳感器模塊中，其靈敏度高、抗干擾性能強、過載能力大、一致性好，電源電壓范圍為3～12V DC，壓力量程為-50～+ 300mmHg。輸出高電平大于VCC-1.5V，輸出低電平小于0.2V。HK2000-A的輸出經CD4001緩沖輸出直接送入80C51處理。脈搏檢測模塊的接口電路如圖3所示。

圖3 溫度、脈搏傳感器與80C51接口電路

藍牙模塊采用廣州匯承信息科技有限公司的藍牙串口模塊HC-05-D。單片機80C51接藍牙模塊，使藍牙模塊處于從機工作狀態，從而在單片機和智能手機之間虛擬了一根串口線，就可以將傳感器采集的數據通過串口與智能手機的藍牙適配器配對通信。藍牙與單片機接口如圖4所示。

圖4 藍牙模塊與單片機接口

4系統軟件設計

系統軟件主要包括數據采集模塊、數據傳輸模塊、數據網絡存儲及報警模塊、智能手機終端監控模塊［8～9］。

數據采集模塊主要是通過單片機控制溫度傳感器啟動溫度轉換，對脈搏傳感器產生的正脈沖進行計數。程序流程見圖5。

圖5 溫度采集模塊流程圖

數據網絡存儲及報警模塊主要是將智能手機端接收的數據通過手機網絡將數據存儲在服務器端，并判斷數據是否正常。當體溫高于38℃或低于36℃都視為不正常，當體溫高于39℃視為高熱。成年人的脈搏在安靜狀態下每分鐘是60～80次。老年人脈搏若少于40次或超過140次，視為心率異常。若連續2次數據異常，則撥打預設的電話，發送預設的短信。數據網絡存儲及報警模塊流程圖如圖8所示。

圖6 脈搏采集模塊流程圖

圖7 數據傳輸模塊流程

圖8 數據網絡存儲及報警模塊流程

智能手機終端監控模塊的主要功能是從互聯網上的服務器中讀取生理參數數據，并以圖表的形式顯示在智能手機的屏幕上，手機運行的操作系統支持Android系統。

5系統測試

5.1體溫測量測試

實驗分別使用DS18B20和水銀溫度計對5名志愿者的掌心溫度進行測量，分別記錄了如表1所示。

表1 體溫測量數據

從表1可見，DS18B20溫度傳感器溫測得數據較穩定，與用水銀溫度計測得的數據基本差0.1℃以內。

5.2脈搏測量測試

在正常情況下，使用HK2000A脈搏傳感器對人體的脈搏進行測試，并記錄脈搏數，同時人工對脈搏進行一分鐘計數。連續多次進行測量，得到表2。

表2 脈搏測量數據

從表2可知，HK2000A脈搏傳感器對脈搏的測量基本滿足要求，測量誤差控制在5%以內［10］。

5.3智能手機終端測試

在Android系統的手機終端設計了一款名為“生命衛視”的APP，用于接收和處理藍牙傳輸過來的溫度和脈搏數據［11］。

當軟件運行時會提示是否連接藍牙，選擇“是”連接藍牙模塊。由單片機控制體溫、脈搏的測量和藍牙的發送。當生命衛士接收到數據后，判斷體溫和脈搏的數據是否在正常數值。若連續兩次接收到的生理參數異常，生命衛士會自動給預設的電話號碼發送信息或撥打電話。

實驗時，當接收到的體溫為37.5℃、脈搏為75次時，自動給預設電話發送信息提示：生命衛士提醒您，被測者體溫異常，為37.5℃，脈搏正常為75次；當溫度和脈搏正常時，不做處理；當體溫高于38.5℃時，自動撥打預設電話。生命衛士根據時間來記錄溫度和脈搏的數據，并且有隨時查看溫度、查看溫度圖表、查看脈搏和查看脈搏圖表的功能。

6結語

本系統實現了對體溫、脈搏等生理機能指標進行實時監測，并通過手機終端對監測的數據進行分析。實驗表明兩種傳感器都能準確獲取生理參數，數據通過藍牙模塊能流暢地傳輸到手機端。當生理參數出現異常時，手機端能對預設電話發信息、撥打電話以及撥打120報警等處理方式。手機終端存儲的生理參數也可以為醫生的診斷提供依據。這對于空巢老人的健康關注、緊急自救和救援具有重要意義。

下一步，將會對遠程服務器設計與搭建做進一步的討論，以便于遠程查看和管理數據。同時，也會對硬件采集模塊進行擴充，增加更多的傳感器獲取更多重要的生理參數。

［1］Bourouis A，Feham M，Bouchachia A.A New Architecture of a Ubiquitous Health Monitoring System：A Prototype of Cloud Mobile Health Monitoring System［J］.International Journalof Computer Science Issues，2012，9（2）.

［2］趙瑞斌，孟燕軍，張瑋，等.腕佩式心率遠程報警器研制［J］.生物醫學工程學雜志，2013，30（2）：292-295.

ZHAO Ruibin，MENG Yanjun，ZHANG Wei，et al.Devel?opmentofa Wearing and Remote Heart Rate Alarm Appa?ratu［J］.Journalof Biomedical Engineering，2013，30（2）：292-295.

［3］張智超，張遠，金偉.利用智能手機感知的移動醫療檢測研究綜述［J］.濟南大學學報（自然科學版），2016（5）：378-381.

ZHANG Zhichao，ZHANG Yuan，JIN Wei.A survey：smartphone-based mobile medical diagnosis［J］.Journal of University of Jinan（Sci.&Tech.），2016（5）：378-381.

［4］楊云峰.基于Wi-Fi與Web的生命監護系統的設計與實現［J］.計算機測量與控制，2013，21（4）：1027-1032.

YANG Yunfeng.Design and Implementation of the Moni?toring System Based on the Wi-Fiand the Web of Life［J］. Computer Measurement&Control，2013，21（4）：1027-1032.

［5］鐘艷雯，郭海峰，夏正龍，等.基于Android的移動氣象信息傳輸監控軟件開發［J］.氣象科技，2015，43（6）：1065-1069.

ZHONG Yanwen，GUO Haifeng，XIA Zhenglong，et al.An Android-Based Mobile Meteorological Information Trans?mission and Monitoring Software［J］.Meteorological sci?ence and technology，2015，43（6）：1065-1069.

［6］Chandrasekaran V，Dantu R，Jonnada S，etal.Cuffless dif?ferential blood pressure estimation using smart phones.［J］.IEEE transactions on bio-medicalengineering，2013，60（4）：1080-9.

［7］孟濬，朱天宇.一種基于智能手機的新移動醫療系統模式［J］.計算機應用研究，2013，30（7）：2055-2060.

MENG Jun，ZHU Tianyu.New mobile medical system mode based on smart phone［J］.Application Research of Computers，2013，30（7）：2055-2060.

［8］溫川雪，周洪建，張俊飛.基于智能手機與移動網絡的遠程生命體征檢測系統的設計［J］.生物醫學工程雜志，2015，32（1）：86-92.

WEN Chuanxue，ZHOU Hongjian，ZHANG Junfei.Design of the Remote Monitoring System of Vital Sign Based on Smartphone and Mobile Internet［J］.Journalof Biomedical Engineering，2015，32（1）：86-92.

［9］杜欣，曾偉杰，李承煒，等.基于移動醫療的孕產婦健康監護系統［J］.生物醫學工程學雜志，2016（1）：2-7.

DU Xin，ZENG Weijie，LI Chengwei，et al.A Maternal Health Care System Based on Mobile Heath Care［J］.Jour?nalof Biomedical Engineering，2016（1）：2-7.

［10］Bourouis A，Feham M，Bouchachia A.A New Architec?ture of a Ubiquitous Health Monitoring System：A Proto?type of Cloud Mobile Health Monitoring System［J］.Inter?national Journal of Computer Science Issues，2012，9（2）.

［11］Sung W T，Chiang Y C.Improved particle swarm optimi?zation algorithm for android medicalcare IOT using modi?fied parameters［J］.Journal of Medical Systems，2012，36（6）：3755-3763.

PhysiologicalData Mobile Monitoring System

WEN Chuanxue ZHANG Guanying
（Information Technology Teaching and Research Section，Guangzhou Medical University，Guangzhou 510182）

A system based on smartphone which can monitor the patient's temperature and pulse as wellas alarm automatical?ly is proposed in this paper.System will obtain physiological parameters by the multi physiological sensors and transfer to patients' mobile phone for further process by Bluetooth.When patients'physiological parameters are abnormal，their phone will dialthe pre?setphone number or send message to alarm.Patients'family or doctor could also make order to obtain patients'parameters remotely. People can access patients'condition any time.Besides real-time monitor patient's parameters，system automatically alarm willwin precious time to save the patients.Ithas importantpracticalvalue to those elderly who live alone and disabled who can'ttake care of themselves.

physiologicalparameters，auto alarm，smartphone，monitorremotely

TP309

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.08.025

2017年2月7日，

2017年3月13日

國家自然科學青年基金項目（編號：61603106）；廣州市教育科學“十二五”規劃2013年度課題（編號：2013A142）；廣州市屬高校科研項目（編號：1201630320）資助。

溫川雪，女，碩士研究生，講師，研究方向：物聯網、移動通信、教育技術。張冠營，男，工程師，研究方向：單片機開發、醫療儀器研發。