基于Wifi的智能腕式血壓計(jì)的設(shè)計(jì)

劉 雅 陶曾杰 唐 培 瞿雨秋

(湖南信息學(xué)院電子信息學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410151)

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該電子血壓計(jì)主要由控制器、傳感器、按鍵輸入、顯示輸出、聲光報(bào)警、語(yǔ)音模塊、通信模塊等構(gòu)成。其中控制器為核心，一方面對(duì)采集到的血壓信號(hào)通過(guò)Wifi或藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送，另一方面對(duì)采集到的血壓信號(hào)進(jìn)行顯示和通過(guò)語(yǔ)音模塊進(jìn)行播報(bào)，另與自先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，若超過(guò)了則將進(jìn)行聲光報(bào)警。其系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控制器設(shè)計(jì)

主控制器選用STC15W4K32S4單片機(jī)，電源電壓范圍寬，可直接與PC機(jī)USB接口進(jìn)行通信，無(wú)須轉(zhuǎn)換芯片；具有大容量的程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及EEPROM，集成有A/D、PCA、比較器、專用PWM模塊、SPI等高功能接口部件，簡(jiǎn)化單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的外圍電路，使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)捷，系統(tǒng)性能更加高效、可靠[2]。其工作的最小系統(tǒng)電路圖如圖2所示。

圖2 最小系統(tǒng)電路圖

2.2 語(yǔ)音設(shè)計(jì)

語(yǔ)音選用XY-V17B，一款智能語(yǔ)音模塊，支持MP3、WAV解碼格式，最大支持32G TF卡存儲(chǔ)，可通過(guò)USB數(shù)據(jù)線連接電腦更新TF卡存儲(chǔ)音頻文件。將預(yù)先錄制好并存放于TF卡文件夾中的語(yǔ)音，單片機(jī)通過(guò)控制線IO進(jìn)行錄音及播放控制[3]。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到按鍵被按下2次，提示語(yǔ)音如：親愛(ài)的主人，您好！您的高血壓為***，低血壓為***，血壓正常，永保健康(若不正常，請(qǐng)注意)。對(duì)于一些老年用戶，語(yǔ)音的方式播報(bào)血壓比通過(guò)顯示屏觀看更直觀。XY-V17B語(yǔ)音模塊接口電路如圖3所示。

圖3 XY-V17B語(yǔ)音模塊接口電路

2.3 通信設(shè)計(jì)

2.3.1 Wifi通信設(shè)計(jì)

Wifi無(wú)線通信電路選用 ESP8266，具有非常低的功耗。其與控制器STC15W4K32S4之間通過(guò)串口通信完成，接口電路如圖4所示。

圖4 Wifi接口電路

2.3.2 藍(lán)牙通信設(shè)計(jì)

當(dāng)無(wú)Wifi時(shí)可以采用藍(lán)牙模塊傳輸數(shù)據(jù)，此設(shè)計(jì)中選用BLK-MD-HC-05，它是專為智能無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸而打造，藍(lán)牙的核心特點(diǎn)是：短距離、低成本、高速、使用方便、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)。低功率，便于電池供電設(shè)備工作，可以同時(shí)管理數(shù)據(jù)和聲音傳輸、低延時(shí)[4]。每臺(tái)智能手機(jī)都有藍(lán)牙，相比于WIFI、ZIGBEE、移動(dòng)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)成本更低、更方便。藍(lán)牙接口電路如圖5所示。

圖5 藍(lán)牙接口電路

2.4 其他硬件設(shè)計(jì)

2.4.1 壓力傳感器設(shè)計(jì)

壓力傳感器選用US9116-006-N，所測(cè)得到的電壓信號(hào)，要經(jīng)過(guò)濾波放大模數(shù)轉(zhuǎn)換等措施，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)里，由于所選的單片機(jī)內(nèi)部具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，所以將放大后的信號(hào)直接輸入到單片機(jī)里。

2.4.2 按鍵設(shè)計(jì)

按鍵采用自復(fù)式按鈕，用戶按下按鈕后，松手立即復(fù)位。用戶套好袖帶，做好測(cè)試準(zhǔn)備，按下按鈕，系統(tǒng)初始化完，開(kāi)始測(cè)量血壓；若再按一次則播報(bào)血壓值；測(cè)試完，取下袖帶再按一次按鈕，關(guān)掉電源。

2.4.3 顯示設(shè)計(jì)

顯示采用OLED屏，主要顯示內(nèi)容為時(shí)間、高血壓及其值、低血壓及其值、脈搏及其值。

2.4.4 報(bào)警設(shè)計(jì)

當(dāng)測(cè)量的血壓值超出設(shè)定的閾值時(shí)，將通過(guò)光線提示用戶，設(shè)置了2個(gè)指示燈，一個(gè)針對(duì)高血壓值的報(bào)警，另一個(gè)針對(duì)低血壓值的報(bào)警。

3 軟件設(shè)計(jì)

圖6 系統(tǒng)主流程

軟件設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)初始化程序、按鍵檢測(cè)程序、袖帶充放氣驅(qū)動(dòng)程序和信號(hào)采集、信號(hào)處理、血壓分析和OLED顯示程序、通信程序、語(yǔ)音播放和報(bào)警程序等。主程序流程如圖6所示。

4 App設(shè)計(jì)

通過(guò)WiFi和藍(lán)牙無(wú)線傳輸?shù)姆绞剑瑢纹瑱C(jī)測(cè)量的數(shù)據(jù)傳送至手機(jī)APP或微信公眾號(hào)上，進(jìn)行顯示分析，克服了傳統(tǒng)血壓計(jì)繁瑣、無(wú)法及時(shí)地反饋數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)[5]。能夠?yàn)槔先嘶蛘哒谶M(jìn)行血壓測(cè)量的用戶在第一時(shí)間就能夠得到較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)(語(yǔ)音播報(bào)、屏幕、顯示器)，同時(shí)備份一份數(shù)據(jù)發(fā)送到醫(yī)院終端，并且基于大數(shù)據(jù)的分析功能，然后對(duì)病人進(jìn)行預(yù)診療，快速使突發(fā)病人及時(shí)得到治療。與此同時(shí)，根據(jù)這個(gè)大數(shù)據(jù)初步地給出：在血壓值不正常的情況下，給予相對(duì)應(yīng)的看法和見(jiàn)解及解決方案(飲食、藥物、運(yùn)動(dòng)方案)。

5 結(jié)論

基于WiFi的智能腕式血壓計(jì)是利用目前最為流行的示波電子血壓計(jì)，以性價(jià)最優(yōu)且低功耗的STC15W4K32S4為核心微處理器，通過(guò)Wifi傳輸數(shù)據(jù)至終端，使自己、親人、醫(yī)療人員了解血壓情況，同時(shí)又能在測(cè)得血壓的情況給予一定處理措施，設(shè)計(jì)的血壓計(jì)具有簡(jiǎn)潔、直觀、物聯(lián)化的特點(diǎn)。