檢測病人身體狀況的智能手環設計

許萍萍，劉紅梅，姜琰，王寧

（安徽三聯學院電子電氣工程學院， 安徽合肥，230601）

0 引言

那個只求溫飽的年代早已不在，隨著生活水平的不斷提高，健康才是硬道理。人們追求高質量生活的同時，也不忘強調健康生活。健康的確十分重要。因此檢測人身體健康的智能手環便由此誕生，智能手環可適用于絕大多數群體，尤其是病患。它不僅是一款智能設備，更是健康管家。我們都知道，辦公室工作者每天面對著各類文件，工作壓力大，缺乏鍛煉，長久下去，身體素質自然是會變差的，戴上這款智能手環，可以實時監測到自己的健康狀況，同時智能手環和自己的手機設備連接[1]，可供佩戴者查看。

1 智能手環的研究現狀及前景

研究此課題是想讓我國在醫學方面可以得到更大的提升[2]。智能手環應用在醫療方面，不僅可以節省人力物力還可為醫學者節省了大量時間。病患戴上手環可通過手環檢測身體狀況，免去了醫生每天查房的繁瑣[3]。同時，一般病患可不用住院，回家也可以保障身體安全。離開醫院壓抑的環境，不僅利于病人病情的恢復還為家人減輕經濟負擔。

智能手環行業對中國人的生活產生了較為深刻的影響，從市場情況、行業服務、服務情況、市場規模切入到了生活的方方面面[4]，將智能手環加入到醫學應用市場不僅可以大大節約人力物力還可以開拓更廣的醫學市場[5]。

縱觀目前智能手環的市場，作為一個較新興的產品，智能手環在可穿戴領域的關注度非常高，并且銷量也在逐步上漲，但由于該類產品還處于起步時期且并不是生活必需品，其不可能像智能手機一樣改變我們的生活習慣，不過隨著整個行業的高速發展，智能手環終將會出現革命性產品來改變整個行業[6-7]，尤其是醫學領域。

2 檢測病人身體狀況的智能手環的設計框架

2.1 檢測病人身體狀況智能手環的硬件設計框架

如圖1所示，檢測病人身體狀況的智能手環不同于市面上普通的智能手環[8]。這款智能手環可以實時檢測病人的各項身體指標[9]，一旦指標超出正常指標范圍，便可通過揚聲器發出警報[10],提醒佩戴者查閱相應指標數值，并根據相應警告信息采取對應的措施[11-12]。此手環由單片機STM32F103C8T6主控芯片[13]、傳感器（Pulse sensor脈搏心率傳感器采集心率變化）[14]、振動器、藍牙、LED1062顯示屏、蜂鳴器、電源等組成[15]。手環佩戴在手腕上會有一個金屬傳感器與皮膚直接接觸，通過傳感器與皮膚的接觸將人的各項指標傳到主控芯片[16]，主控芯片傳輸給顯示屏顯示，同時主控芯片還會進行判斷，一旦超過正常范圍就會出發蜂鳴器發出警告，及時提醒用戶自己的身體狀況，方便與用戶及時采取相應措施，避免危險發生。手環也可通過藍牙連接到手機。又或病人在醫院直連主治醫師的電腦，方便醫生實時了解病人身體狀況。

圖1 檢測病人身體狀況的智能手環的硬件設計框架

2.2 檢測病人身體狀況智能手環的工作原理

非住院病人佩戴時，手環中的傳感器會每隔十分鐘檢測一次心率、血壓、血糖等一旦測量值超出正常值范圍就會立即發出警報。如果警報沒有被佩戴者關閉，就說明佩戴者可能處于危險狀態，此時智能手環就會通過藍牙上傳至云平臺聯系到之前設置的緊急聯系人。若系統監測穿戴者處于運動狀態，因運動導致檢測值偏高，同樣會發出警報提醒，穿戴者只需在五分鐘內關閉即可，此種狀態不會觸發聯系緊急聯系人模式[17]。若穿戴者超過五分鐘沒有動作，主控芯片會立即發出指令，傳感器接收后進行感應測量，一旦檢測到身體指標偏高或者偏低，系統會判斷穿戴者是否處于昏迷狀態，隨即發出警報，若五分鐘內警報被穿戴者關閉那么指令就自動解除，否則就會被認為處于昏迷狀態，持續發出昏迷警報。由于睡眠狀態下血壓、心率等會比清醒狀態下的指標偏低，系統會根據時間判斷是否處于睡眠狀態。同時穿戴者可在睡覺前將手環調成睡眠模式，排除因睡眠引起的錯誤警報。

住院病人在住院期間，醫生可根據病人的不同體征設置各項指標，一旦檢測指標與所設指標有差別時，主控芯片會第一時間將數據傳輸給主治醫師，并發出警報來提醒醫生，方便醫生接收到數據后了解病人病情。醫生可直接在電腦上查看手環檢測到的數據，若數據正常，醫生可關閉警報，病人處于正常狀態；若數據不在正常范圍內，醫生需立即到病房對病人進行全面檢查。

2.3 檢測病人身體狀況智能手環的設計難點

目前我國在創新和醫療設備的核心技術上與發達國家有一定的距離，只有不斷的創新去彌補不足，在醫療設備上實現醫療器械的核心技術逐步成熟。檢測病人身體狀況的智能手環在設計上同樣是具有一定難度的，比如如何將單片機STM32F103C8T6主控芯片與傳感器（Pulse sensor脈搏心率傳感器采集心率變化）連接才能最高效的將數據整合并傳輸至云平臺[18]。內部電路圖結構以及單片機各端口的連接方式是需要通過查閱大量資料和實驗才能確定的。

3 檢測病人智能手環的創新之處

3.1 人性化報警提示安全性

佩戴上智能手環之后，一旦傳感器與皮膚接觸便可檢測到使用者的各項身體指標，如心率、血壓、血糖、血脂、血尿酸等，一旦有異常，便會立即發出警報提示用戶，引起用戶注意。

3.2 節能與環保性

此手環摒棄傳統，不用鋰電池，不用數據線，采用無線充電模式，只需將表面放在充電臺上，20分鐘即可充滿，充滿一次可使用半年。無線充電避免了數據線纏繞的繁瑣也防止了鋰電池對環境造成不可逆的污染。這對目前的環境來說是十分友好的，不僅沒有污染環境還有助于人們更好的了解自己的身體狀況，更好的管理自己身體的各個方面。

3.3 實時監測性

市面上普通手環只有計時和檢測心跳的功能，但此款手環一旦戴上就可以實時監測佩戴者的身體各項指標，這對佩戴者來說是十分人性化的，只要戴上手環，就不用為身體健康過多的擔憂，想要了解自身身體狀況時只需要通過藍牙連接到手機進行查看，極其方便。

4 總結

檢測病人身體狀況的智能手環醫學市場價值將會更大，各個醫院都會采購智能手環將其作為一種醫療機械來使用，這不僅大大節約了人力，還為醫務人員減輕了工作量，同時也為醫院空出床鋪，為更急切需要床位的病人也提供了幫助。智能手環還可聽音樂，減緩因身體不適而帶來的負面情緒，有助于恢復身體健康。