基于物聯網的老年人及嬰兒健康監控系統的設計與實現

陳飛龍 蔡春曉 周劍榮 溫悅 劉子豪

【摘 要】針對人口老齡化以及國家開放二胎政策帶來的問題，系統采用嵌入式ARM處理器，能夠對老年人和嬰兒的生理參數體溫、心率進行實時的檢測和異常報警以及進行健康預測。實現對老年人和嬰兒的健康監控，為下一代移動醫療的發展做出有益的探討。

【關鍵詞】ARM處理器；生理參數檢測；健康預測

中圖分類號：TP273 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）18-0050-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.18.022

【Abstract】In view of the ageing of the population and the problems brought by the national policy of opening the second child， the embedded ARM processor is used to detect the body temperature and heart rate of the elderly and the infant in real time， to alarm and to predict the health. To realize health monitoring for the elderly and infants， and to make a beneficial exploration for the development of the next generation of mobile medical care.

【Key words】ARM Processor； Physiological Parameter Detection； Health Prediction

雖然現代科技在不斷進步與發展，但是在老年人和嬰兒比重日益增大的情況下，健康監控的問題越來越來受社會各界人士的關注。老年人對新型的高科技產品的使用的不靈活，加之在病發嚴重的狀況下，不能得到及時監控報警，錯過最佳的搶救機會，最終會釀成悲劇而后悔莫及。 本文提出設計一套適合老年人和嬰兒使用的，簡單方便，全面測量生理參數的功能，并且基于ARM技術的老年人嬰兒遠程健康監控服務系統。

1 系統總體設計

系統的整體流程分為四個部分，分別為生理參數采集、生理信號轉化、系統處理、結果輸出。生理參數的采集通過各個模塊的傳感器綜合收集到的被監控的心率，體溫等生理的數據信號，信號轉化部分把相關的模擬生理信號經STM32F103C8處理器處理成能識別到的數字信號，系統處理部分讓STM32F103C8微型處理器對上一步所得的信號進行了下一步轉化，最后的所得到被監控人的生理參數的數據在LCD顯示屏上顯示出來，并且當溫度或心率超過設定值時或者參數的變化率較大時，進行自動報警，通過鳴笛告警通知等讓監護人知道情況。整個系統設計的框圖，如圖1。

2 系統硬件設計

2.1 核心處理器

采用的STM32F103C8芯片是迷你板，所有IO端口都可被導出，其網絡模塊可以通過杜邦線接，可以很方便地使用以太網。主要是由于CPU價格低、RAM大、頻率高的特點，其性能遠遠高于51系列單片機，但是開發過程與51系列單片機一樣簡單，因此可以代替51系列單片機在許多應用中。因為STM32可以在許多的功能上可以使用，具有強大的處理復雜任務的能力，所以STM32F103C8是ARM市場上流行的ARM微控制器。

2.2 溫度采集模塊

溫度采集模塊采用DS18B20溫度傳感器它能測量的溫度所涉及到的范圍對相對來是非常的寬的，再加之它的成本格外的低廉價，它的使用性是很受歡迎的。其分辨率為9-19位是相對來說非常的高了，它可以分辨非常低的溫度值，并且使用時間長，基于調試部分可以便捷使用以及轉換的速度也特別的快，它的工作電壓的工作范圍為3V-5.5V，工作在狹小的空間具有強大適應性。然后它的連接方式只要一條線就可以能和核心處理器連接，并且還能將數據信號進行雙向通信，其實物如圖2所示。

2.3 心率采集模塊

采用Pulsesensor心率傳感器，它是一種光電式脈搏心率測量模擬傳感器，主要優點能在老年人的中指和耳朵上穿戴著使用，它是通過身體組織細胞部分的透光率和心率的跳動具有一定的聯系，透光概率所變化的波形圖是通過心率跳動來決定的，所以可以通過所產生的波形在每分鐘變化的次數來間接測量心率，是非常受歡迎的一款基于光學理論具有多功能的心率脈搏傳感器，所顯示出測出來的心率的線性圖可以基于所添加的APP程序來實現完成，非常適合用于本次開發，其實物如圖3所示。

2.4 顯示模塊

采用LCD1602顯示屏，LCD1602 顯示器具備著使用率高的特點，并且價格低廉，有工業字符性意義的液晶顯示屏，具有多點字符的功能。它的模塊部分字模存儲器CGROM （Character Generator ROM）中固有的192個字模是使用率較高的，其中集合了八個自定義的字符，它的存儲器的英文代碼叫做CGRAM它具備有背光驅動電路功能和數據控制總線的功能來控制它的核心系統，數據在液晶顯示屏幕上的時間的控制可以在連接核心芯片基礎上，并且可以在關閉開關下得以實現。LCD1602的參數信息如表1所示，其模塊電路如圖4所示。

2.5 報警模塊

使用蜂鳴器作為報警功能。蜂鳴器的重要特性是通過根據極性要求增加適當的直流電壓來產生自然頻率的聲音，這比揚聲器簡單。用芯片控制，用喇叭，轉化閃光，防盜警報的功能，具有安全便捷的可靠性，也可以防水，還能防止灰塵進入。

蜂鳴器與一個型號8550的三級放大器相連從而達到對電流控制的功能，外加一個2.7K的電阻R3，然后連入到STM32F103C8的PA11引腳，如圖5所示。

2.6 按鍵模塊

按鍵模塊選擇獨立按鍵，獨立按鍵通過I/0口線方式組成每個部分的按鍵電路，每一條I/0口線占據各一個獨立按鍵，它的I/0口的線上的按鍵的工作情況影響不到另外的I/O口線的執行情況，每個端口接口都有著一個按鍵部分接入，通過各個的按鍵電路情況來判斷接入的狀況，當將電阻下拉時候，并且的它的按鍵會彈起來，它的接口有著高電平的狀況，內部口線接上電阻外圍的電路，這樣就可以不適用拉口電路，讀取獨立按鍵的方法分別為查詢和中斷的方式。

按鍵模塊分有四個按鍵，分別控制的溫度與心率的預設值的增減值，它們都各自加入10K的電阻作為上拉的功能，分別接入STM32F103C8的PB12，PB13，PB14，PB15引腳。

3 系統軟件流程

通過調用每個模塊的子程序來完成程序功能運行，本系統實現目的是對人體溫度數據讀取以及心率讀取，并且通過在LCD1602顯示屏顯示數據，按鍵模塊設置溫度與心率的預置，若超過預置會發生警報聲從而達到設計的目的，流程如圖7所示。

4 結論

本次設計出的系統是基于ARM技術，使用STM32F103C8作為微型處理核心芯片，通過連接溫度模塊（DS18B20），心率模塊（Pulsesensor），報警模塊（蜂鳴器），LCD顯示模塊（1602），按鍵模塊的幾個部分共同構建適用于大眾老年人和嬰兒的健康預測與監控系統，根據選擇的硬件方面為基準，對相應要求的軟件程序進行了編寫控制。通過自己的不斷努力地調試系統，從而完成基于ARM老年人和嬰兒健康預測與監控的功能任務，具有一定的實用性，為下一代移動醫療的發展做出有益的探討。

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