基于TRIZ理論的多功能心率儀系統的改進

劉春蘭 姚勝欽 魏勇 趙嫦欣

【摘要】心率儀在現代社會不僅廣泛應用于醫療系統，也成為一種普遍的家用儀器，為了解決現有家用測量儀器的單一性、使用繁雜的問題，筆者在此運用TRIZ創新理論方法，改變原有的系統，使用51單片機系統，增加了心率儀的功能。最終證明了運用TRIZ理論的特性傳遞分析能夠快速建立基礎系統，有效組成系統，并解決關鍵問題。

【關鍵詞】TRIZ理論；心率儀；特性傳遞

一、初始問題描述

（一）工作原理

現有的電子心率觀測功能是利用臂式血壓壓迫法，實現心率的測量；溫度計和濕度計由紅外線傳感器或者內部的感溫元件膨脹進行工作測量；PM2. 5的觀測儀采用重量/微量振蕩/β射線法進行PM2.5濃度的檢測。其原理如圖1。

（二）問題的提出

現有的電子傳感類儀器受制于傳感器的類型，無法擁有更多的功能，并且售價昂貴。人們的日常生活往往需要更多功能的檢測器來測量數據，因此在觀測數據時需要使用的儀器多，不利于操作，并且購置儀器需要花費高。

所以筆者希望開發制作一種多功能心率儀系統，其應該具備的主要優點有：（1）造價低廉，結構簡單，系統組件容易獲得。（2）測量精度高，功能齊全。

二、裝置的技術系統分析

（一）特性傳遞

（1）識別體統的主要功能：觀測儀的主要功能是觀測環境數據及人體數據。（2）系統的優點、缺點：系統的優點是觀測的數據準確，缺點是收集到的數據信息不完善，操作有一定限制。（3）確定競爭系統：可以觀測數據的系統有心率計、溫度計、濕度計、pm2.5檢測器等，它們的功能都是可觀測數據。如表1所示。（4）尋找備選系統：溫度計、濕度計、電子心率儀。（5）確定基礎系統：由于多功能心率觀測儀是我們的目標，而且需要該系統的成本低，所以將測心率的功能作為基礎系統的主要功能，因此心率計成為基礎系統。（6）識別特性來源工程系統中造成優點的特性或者組件：由于我們選擇了心率計作為基礎系統，經過分析發現，溫度計、濕度計中的DHT11/紅外線傳感器中的傳感器組件是兩系統的數據收集端口，而PM2.5的光學空氣質量傳感器可以實時檢測空氣中的PM2.5濃度，因此我們可以將溫度計、濕度計中的DHT11傳感器，PM2.5檢測儀中的光學空氣質量傳感器接入心率計的控制器，在相應的程序下可以獲得一個擁有多種功能的心率觀測儀。

三、基于TRIZ原理的解決方法

（一）運用物理矛盾找出解決方案

通過上述分析可知，存在待解決的問題：如何在保證系統造價便宜的同時使系統收集的數據完善。

經過分析，我們在分離矛盾需求“基于系統級別分離”中找到突破方向，也即可以不通過解決“系統的數據收集組件多少和成本高低”這個問題來嘗試解決這個矛盾，最終確定原理5：組合c。

根據“組合c”原理的提示，將原本的紅外線傳感器組件進行檢測啟動和觀測心率組合即可實現一個雙功能的傳感器，所以“系統的數據收集數據的多少和成本高低”這個矛盾就不存在了。

（二）多功能心率儀的設計方案

將原本的電子心率計用相對廉價的單片機系統代替，降低成本；而電子溫度計、電子濕度計更替為DHT11傳感器系統；PM2.5監測器也相應更替為單片機系統。為了攜帶方便和加強安全性能，供能電源可為干電池或者5V的電源輸入，與常規儀器相比，該系統成本低廉，操作簡單，效果直觀，可廣泛用于日常生活的環境及人體檢測。

四、結語

（1）運用TRIZ理論的特性傳遞分析，找到了改進后系統的基礎系統，通過矛盾的解決方法找到了改進原有系統的最理想系統。（2）改進后系統不僅具有原有系統的測量心率的功能，也因為增加了傳感器的原因具有新的功能，給人們的生活帶了便利。

參考文獻

[1]蘭羽.基于AT89C51單片機的心率體溫測量儀設計[J].國外電子測量技術，2013（03）：63.

[2]徐瑞雄，楊博，王篧飛，李香坪，肖芳菲，郭建強.基于51單片機的心率測量及預警系統設計[J].電子制作，2016（12）：15.

作者簡介：劉春蘭（1989.03—），女，漢族，四川人，碩士，助理實驗師，研究方向：光纖傳感；姚勝欽（1997.05—），女，漢族，重慶人；魏勇（1987.06—），男，漢族，內蒙包頭人，博士，講師，研究方向：光纖傳感、大學生創新教育；趙嫦欣（1991.03—），女，漢族，黑龍江齊齊哈爾人，碩士，助理實驗員，研究方向：光纖傳感。