蓄水電站水污染環(huán)境下職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)設計

宋緒國 高國慶 蘇叢 夏昊天

摘要：針對傳統(tǒng)的職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)響應時間長的問題，設計了一個蓄水電站水污染環(huán)境下職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)。此次設計的監(jiān)測系統(tǒng)主要設計系統(tǒng)的硬件部分，其中包括主控制器、傳感器和無線通信芯片和電路設計，主控制器主要接收職工的生理參數(shù)和傳感器傳輸?shù)纳頂?shù)據(jù)，傳感器采集職工的溫度信息、脈搏信息和心率信息，無線通信芯片主要對職工的生理參數(shù)信息傳輸。系統(tǒng)的軟件部分，轉(zhuǎn)換硬件發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并設定閾值，將職工數(shù)據(jù)與正常健康參數(shù)對比，若超出閾值，則報警提醒，提醒工作人員及時對職工檢查，以此完成蓄水電站水污染環(huán)境下職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)的設計。實驗對比結果表明，此次設計的蓄水電站水污染環(huán)境下職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)比傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)響應時間短，能夠及時發(fā)現(xiàn)職工的健康問題，滿足監(jiān)測系統(tǒng)的實時性需求。

關鍵詞：水污染;職工;健康;監(jiān)測;系統(tǒng);實時

中圖分類號：TP311

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）07-0054-05

由于蓄水電站的職工在工作過程中，會受到水污染的影響，從而對職工健康產(chǎn)生一定的影響，因此對職工健康狀況監(jiān)測非常重要。水污染環(huán)境下的造成的健康問題，對于某些健康指標，短期內(nèi)的變化并不明顯，從而導致病情發(fā)現(xiàn)較晚，影響到職工的治療。同時，傳統(tǒng)的職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)存在響應時間長的問題，影響了職工治療的時間，因此設計一種蓄水電.站水污染環(huán)境下職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)。

此次設計的職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)主要通過主控制器、傳感器和無線通信芯片和電路等的綜合運用，對職工信息實時獲取，并通過軟件部分對監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的信息轉(zhuǎn)換，設定閾值，將采集到的職工健康信息與正常的健康參數(shù)對比，若超出閾值則報警提醒工作人員，以保證及時對職工檢查，以此完成職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)的設計。實驗對比結果表明，此次設計的職工健康監(jiān)測系統(tǒng)比傳統(tǒng)系統(tǒng)響應時間短，因為此次設計系統(tǒng)能夠依靠系統(tǒng)記錄下職工動態(tài)的日常身體狀況，積累健康數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)職工的健康問題。

1系統(tǒng)總體設計方案

此次設計的職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)重點為系統(tǒng)的硬件部分，具體的系統(tǒng)設計方案如圖1所示。

系統(tǒng)最底層為信息采集部分，主要通過主控制器"和傳感器采集職工體溫、脈搏等人體健康參數(shù)，測量完成后，將數(shù)據(jù)通過無線通信芯片傳輸，傳輸至控制終端，然后由系統(tǒng)軟件對發(fā)送過來的信息進行分析與處理若測量的結果超出設定閾值時，通過系統(tǒng)軟件發(fā)送報警信息，及時對職工檢查;系統(tǒng)中間層主要為應用程序，主要提供職工信息、資源管理等功能;系統(tǒng)最上層為核心庫，具有顯示系統(tǒng)管理、媒體機構等功能。

職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計

2.1主控制器設計

設計系統(tǒng)選用ARM系列的STM32F10345，主控器主要接收傳感器傳輸?shù)纳頂?shù)據(jù)？，主控制器在通過無線通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸至PC監(jiān)控端，主控制器外圍硬件結構框如圖2所示。

該主控制器具有功耗低、可靠性高、運行速度快的特點，因此使用STM32F10345控制芯片吲實時采集人體信息。主控制器芯片具有精簡指令結構，指令周期為125ns，16位寄存器，4種節(jié)電模式，具有60KBFlash存儲器，具有仿真調(diào)試、可隨時擴展的功能。

2.2傳感器設計

傳感器選用MASF45核心單片機！，主要包括溫度采集模塊、脈搏采集模塊和心率采集模塊。在MASF45核心單片機統(tǒng)一控制下實現(xiàn)對人體信號的檢測，MASF45單片機的工作過程如圖3所示。

溫度采集模塊：主要檢測職工身體溫度，在人體檢測中最為重要，溫度測量主要由核心單片機舊MASF45和溫度傳感器DS234HG67作為主要的采集器件。DS234HC67無需外接元件，能夠直接測量出人體溫度，并且從溫度傳感器中讀出或?qū)懭氲男畔⒅恍枰粋€單線接口就可以實現(xiàn)讀寫，總體系統(tǒng)為溫度傳感器供電，不需另加電源，該溫度傳感器測量范圍廣、測量精度高，供電電壓為3～5.5V。

DS234HG67溫度傳感器與MASF45核心單片機的硬件接口較簡單，在實際使用時，通過數(shù)字I/0引腳？控制DS234HG67溫度傳感器的數(shù)據(jù)線DQ，便可與MASF45核心單片機相連進行數(shù)據(jù)傳輸。

脈搏測量模塊：脈搏作為人體健康檢測的重要內(nèi)容之一，對職工健康監(jiān)測具有重要意義，脈搏監(jiān)測過程圖如圖4所示。

設計系統(tǒng)采用透光式脈搏傳感器%，原理是發(fā)光二極管可以將電能轉(zhuǎn)化為紅外光，然后將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，在測量時，手指只需靠近脈搏傳感器，就可以間接測量出職工的脈搏信號。脈搏測量電路主要有采集電路、低通放大電路、信號整形電路三部分組成，在實時監(jiān)測過程中，為避免信號對監(jiān)測結果的干擾，對信號進行放大處理，考慮到氣候、環(huán)境等的影響，采用可調(diào)電阻R5，調(diào)節(jié)信號的放大倍數(shù)，以保證脈搏測量的準確性。

心率采集模塊主要與MASF45核心單片機接連，實時采集職工心率，采用HRM-2103穿透式心率傳感

器，該傳感器外部有接地引腳、輸出端引腳和電源引腳，輸出端與STM32F10345控制器的管腳相連并進行A/D轉(zhuǎn)換。心率傳感器及接口電路圖如圖5所示。

2.3無線通信芯片設計

無線通信芯片主要對職工的生理參數(shù)信息傳輸，其為系統(tǒng)的核心控制，通過該模塊控制傳感器狀態(tài)、設置無線通信和簡單數(shù)據(jù)處理等功能。選用KY743嵌人式無線通信芯片，其外圍電路圖如圖6所示。

該芯片串行接口符合網(wǎng)絡標準的嵌人式模塊，主要用于串口、以太網(wǎng)和無線網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換。該芯片內(nèi)部集成8051內(nèi)核，具有性能高和功耗低的特點，并且能夠存儲網(wǎng)格參數(shù)，能夠使系統(tǒng)下次啟動時直接連接網(wǎng)絡。

在無線通信芯片確定網(wǎng)絡地址后，可以允許新的節(jié)點連接到這個網(wǎng)絡，允許加入到一個網(wǎng)絡的流程如圖7所示。

實際使用時，允許新的網(wǎng)絡加人無線通信中，以保證監(jiān)測系統(tǒng)的實時性。

2.4電路電源設計

在此次設計監(jiān)測系統(tǒng)中，電源是整個硬件電路運行的重要保障，上述主控制器、傳感器、無線通信芯片均采用+5V直流電壓供電。供電電路圖如圖8所示。

系統(tǒng)+5V直流電壓使用的穩(wěn)壓器為78M05，接口電路中主要有4個接線口，主要功能是數(shù)據(jù)輸入、模式選擇、數(shù)據(jù)輸出和時鐘。串行通信模塊采用MAXX34，具有電路設計簡單、低成本的優(yōu)點。

3職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

在上述職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計的基礎上，對系統(tǒng)軟件設計，系統(tǒng)軟件主要實現(xiàn)分析與處理發(fā)送過來的硬件數(shù)據(jù)，分析采集的職工數(shù)據(jù)中是否存在異常情況。由于系統(tǒng)硬件采集的職工健康信息格式與軟件查看格式不同，因此對硬件接收到的職工信息轉(zhuǎn)換，計算公式如下：

公式（1）中，g代表監(jiān)測系統(tǒng)中硬件采集信息，Ea代表數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換因子，cm為轉(zhuǎn)換格式，d代表系統(tǒng)系統(tǒng)軟件初始化參數(shù)。

通過上述公式完成職工信息轉(zhuǎn)換，在此基礎上，分析職工健康信息，并設置閾值，查看職工是否存在健康問題，計算公式如下：

公式（2）中，Qlg|代表轉(zhuǎn)換完成的職工健康信息，l為設定的閾值，C，為人體健康參數(shù)，va代表職工狀態(tài)判定因子。在實際使用時，若lsl，代表職工身體正常，若l21，代表職工存在一定健康問題。若超出設定閾值，則啟動報警機制，提醒工作人員及時查看，并及時生成相應的職工報告，為工作人員提供基礎檢查依據(jù)。

通過上述硬件以及軟件的設計，完成了蓄水電站水污染環(huán)境下職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)的設計，為驗證上述設計的有效性，將在下一步進行實驗。

4實驗對比

為了驗證上述設計的職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)的有效性，進行實驗對比，并為了保證實驗的嚴謹性，將傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)與此次設計的系統(tǒng)進行對比，對比兩種系統(tǒng)的響應時間。

4.1實驗方案

為減少實驗時間，選取某醫(yī)院內(nèi)5個發(fā)燒患者作為被測試對象，分別使用兩種系統(tǒng)同時采集被監(jiān)測患者的體溫、血壓、心率、血樣等基本身體數(shù)據(jù)。并搭建實驗環(huán)境，實驗環(huán)境如圖9所示。

實驗環(huán)境中，路由器主要將采集的實驗數(shù)據(jù)傳輸至協(xié)調(diào)器，實驗數(shù)據(jù)經(jīng)協(xié)調(diào)器進行下一步信息加工與信息反饋，最后在服務器中顯示實驗數(shù)據(jù)。

4.2實驗結果分析

通過上述得到的實驗數(shù)據(jù)，對兩個監(jiān)測系統(tǒng)的實驗結果對比，實驗對比結果如表1所示。

分析上述對比結果可知，設計的監(jiān)測系統(tǒng)在監(jiān)測患者病情上，監(jiān)測系統(tǒng)的響應時間都不超過2min，最快在0.8s上就能夠監(jiān)測到患者狀況。因為，設計的系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集，人的體溫、心率、血壓等數(shù)據(jù)，通過無線芯片傳輸人的身體健康信息，將被監(jiān)測人的身體健康信息與正常的健康信息對比，若超出設定的閾值，就會進行報警提醒，因此減少了系統(tǒng)的響應時間。而傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)整體的響應時間都相對較長，在第5個患者監(jiān)測上，時間達到5.1min，這種情況下，會嚴重影響患者治療時間。因為傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)處理監(jiān)測數(shù)據(jù)較慢，并且獲取到的信息較慢，導致系統(tǒng)響應時間較長。

通過上述實驗能夠證明，此次設計的職工健康監(jiān)測系統(tǒng)比傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)響應時間短，能夠及時監(jiān)測到職工健康信息的異常情況，保證職工的身體健康，具有一定的實際應用意義。

5結語

針對傳統(tǒng)的職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)響應時間長的問題，對職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)設計，以解決監(jiān)測系統(tǒng)響應時間長的問題。主要設計了系統(tǒng)的硬件部分，主要包括傳感器、控制器、電路電源和無線通信芯片，目的是實時采集職工的生理數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送至控制終端。軟件部分主要轉(zhuǎn)換硬件采集的數(shù)據(jù)，并將采集的職工健康數(shù)據(jù)與正常生理數(shù)據(jù)對比，若超出設定閾值，則代表職工出現(xiàn)一定的健康問題，則及時報警提醒，以此完成了檢測系統(tǒng)的設計。實驗對比結果表明，此次設計的職工健康狀況監(jiān)測系統(tǒng)比傳統(tǒng)系統(tǒng)響應時間短，能夠及時發(fā)現(xiàn)水污染環(huán)境下的職工健康問題，滿足了監(jiān)測系統(tǒng)的實時性需求。

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