基于Lora的脈搏采集設計與實現

金佩芬 董麗

摘要：隨物聯網時代大數據時代的到來，傳統單一的脈搏測量方式已經不滿足時代的進步性，為此本文設計了一套以stm32單片機為控制核心，通過控制esp8266模塊接入onenet物聯網平臺的人體脈搏實時監測系統，系統采用MAX30102心率模塊對人體脈搏進行檢測，并通過lora搭建多節點網絡傳輸，實現了云平臺遠端實時監測多節點脈搏值的功能，經測試性能穩定可靠，電路簡單且成本低廉。

關鍵詞： 單片機; 血壓脈搏測量; 物聯網;

1引言

脈搏信息包含了很多人身體健康的信息，能反映出人的心血管機能。中醫醫生可以通過對患者脈搏來診測來了解患者的基本身體狀況，并且在西方醫療體系中脈搏仍然是一項身體狀況的重要指標。隨著時代和科技的發展，醫院中汞柱式脈搏血壓儀的一些弊端越來越明顯，繁瑣的操作步驟，橡皮材料的部件易老化，冬季衣著繁多操作更加不便，并且對于急性病患來講，時間就是生命。隨著現代生活節奏的加快和社會壓力的加重，絕大數人也都處于亞健康的狀況。所以迫切地需要一種全新的可實時檢測、多點監測的脈搏檢測儀，價格適宜、功能可靠、易操作且維護方便，適用于大范圍人群集體檢測的系統。本文以STM32 單片機為硬件處理核心，結合MAX30102檢測模塊和Lora物聯網模塊，實現了對人體脈搏的集中監控。

2系統總體結構

該設計以單片機為控制核心。其功能是對多點位的人體脈搏信息進行監控，并將信息實時傳輸到物聯網云平臺onenet。系統分為發射機與接收機。發射機可批量布置，發射機部分通過IIC通信協議加載MAX30102測量的數據信息，利用程序對數據進行計算和優化，把優化后的數據通過自身串口控制lora模塊將其傳輸至接收機。接收機向esp8266模塊發送AT指令，使系統接入局域網連接onenet物聯網平臺，將自身接收的數據傳輸至物聯網平臺，系統框圖如圖 1 所示。

3硬件設計

3.1單片機控制模塊

本設計選擇采用STM32f103c8t6單片機為核心，其復位電路、晶振電路為主要核心電路，該單片機的cpu是Cortex-M3增強型MCU。cpu處理速度最高可達72 MHz，具有高達1MB的Flash、電機控制、USB和CAN。其FLASH（KB）大小為64RAM（KB），具有16位定時器數4個，工作電壓為2～3.6V。其電路設計如下圖。

3.2 esp8266 Wifi模塊

該系統是通過局域網接入onenet物聯網平臺，采用的esp8266是一款高性能的wifi模塊，且支持uart串口通信，ESP8266的應用模式分為三種，AP模式、單STA模式和混合模式：

AP模式：可以將ESP8266作為熱點，可以讓其他的設備連接上它;

STA模式：可以連接上當前環境下的WIFI熱點。

在本設計中采用單片機串口1與其進行通信，通過發送AT指令，將esp8266設置成STA模式連接局域網，利用MQTT協議將數據傳輸至局域網下pc端上的onenet云平臺。其接線圖如下圖。

3.3 脈搏檢測模塊

脈搏數據檢測使用MAX30102模塊，它是一個集成的脈搏血氧儀和心率監測儀生物傳感器模塊，它主要由紅外光LED、光電檢測器、光器件以及帶環境光抑制的低噪聲電子電路等組成。該模塊利用光電容積法測量心率，基本原理是利用人體組織在血管搏動時造成透光率不同來進行脈搏和血氧飽和度測量，該模塊采用標準I2C接口與STM32微處理器進行信息傳輸，便于后續對信息的處理，同時它具有體積小，安裝簡單的特點，可以快速高效的采集數據，其與單片機連接圖如圖4。

3.4 Lora通信模塊

本系統采用的 lora 模塊型號是 sx1278 是一種串口 lora 無線模塊，工作頻段默認是在 433MHZ，模塊具有數據的壓縮和加密功能。Lora 模塊具有三種傳輸功能分別是：透明傳輸、定點傳輸、廣播傳輸，通過控制M0、M1高低電平選擇模式。該系統發射端接收端都采用廣播模式進行設置，廣播模式下要求通信的信道和空率必須相同。否則將接受不到數據，廣播模式下發送時候信道相同的都可以收到廣播發送的數據，當廣播監聽的時候信道相同的所有模塊都可以監聽可以收集各個節點的數據。該模塊通過和單片機串口2進行通信將接收到的數據發送給單片機，其接線圖如下

4軟件設計

系統設計運用Keil5為開發環境，使用 C 語言進行軟件設計。系統開始運行后各點位對自身各模塊進行初始化，初始化成功后各發射端進入脈搏循環檢測模式，并通過IIC通信協議將MAX30102脈搏檢測模塊中的數據讀取出，通過Lora模塊以廣播狀態將數據實時發送給接收端，接收端通過esp8266將數據上傳至物聯網平臺，程序流程圖如下。

6結語

本文所介紹的基于Lora的脈搏采集設計，主要實現了多點位脈搏采集集中監控的功能，在實際應用環境中，可根據實際應用場景，增加采集點;例如醫院中可實現病人集體監控，醫護人員可通過平臺查看病人現狀，該物聯網平臺還兼具閾值報警功能，可實現自動監控報警的功能。在系統中采集器和平臺屬于雙向傳輸，可對平臺進行進一步優化，實現定時檢測，點時進行測量，進一步降低能耗，但仍然存在不足，不能單點定位測量，設計仍然需要進行逐步的完善和優化。

參考文獻

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