智能手環心率監測系統設計

孫皓楠,梁東云

(商洛學院 電子信息與電氣工程學院,陜西 商洛 726000)

0 引言

作為當代應用型的裝備之一,智能手環心率測量系統能夠預防各類意外情況的發生。同時智能手環中加入心率測量系統,能夠幫助年輕群體實時監測老年群體的身體狀況。

1 國內外發展現狀

目前,國內外企業將集優質功能于一身的穿戴設備的設計作為主要設計對象和追捧對象。同時各大企業也在致力實現智能手表的各類功能,心率監測功能的加入,讓智能手環具備基本的健康數據庫信息采集功能,能夠對當代存在健康隱患的群體和老年人群體起到良好的心率監測作用,但是從當前智能手環的整體設計系統角度而言,智能手環在具體的心率監測系統設計和測量過程中,并不具備直接功能延展的普遍性。在個體的心率變化中很多事故具有突發性,心率監測系統并沒有考慮到個體需要救助等功能,在心率發生變化后的主要延伸技術也未被納入考慮范圍,因此有必要設計出一款具有系統延伸和覆蓋性質的智能手環心率測量監測系統[1]。

2 技術簡介

從具有系統性質的智能手環心率測量系統設計的角度出發,應當讓系統的功能實現和技術實現具有一定的流程,例如在技術設計過程中設計摔倒報警技術,通過手環中的陀螺儀和加速度計等,感應個體在運動過程中的模擬量,并將模擬量轉變成能夠被測量可讀的數字,追蹤個體在運動快慢和速度上的整體改變,同時能夠準確地感知用戶的身體變動情況,借助芯片上1 024字節的F1F0,降低整個系統的功能損耗,同時將相應的摔倒報警技術追蹤器放置在400 Hz的接口上,以便保障通信情況被實時感知,而對于部分需要高速傳輸的應用而言,就可以采用寄讀器對相關的數據進行感知和讀取。

同時,該系統還需要設計報警系統,在技術設計過程中通過模擬量的監測變動,及時判斷個體情況的異常,并能夠第一時間借助智能手環和手機的無線連接,及時撥打緊急聯系電話,實現報警技術的應用[2]。

3 系統構成

心率監測手環的系統組成主要由手環端、手機端以及后臺服務端組成。智能手環對佩戴者的具體生命體征數據進行監測,其中包括重要的心率數據。監測心率數據能夠及時在手環屏幕中顯示,手環將采集到的數據與手機端的藍牙進行數據匹配,通過手機后臺的算法軟件處理后,將信息上傳至服務器,服務器會收集個體在運動過程中各項生命特征的變化數據,并及時收錄個體在運動過程中監測的異常數據,直接發送到個體的家人手機中。重視宏觀的手環心率監測智能應用設計的核心功能,手環心率監測是為了佩戴者的身體健康和生命安全,并將其功能進行延展,通過報警以及其他相關技術的實現,能夠讓個體及時知曉自己的心率情況,也能夠讓緊急聯系人了解佩戴者的心率異常情況,幫助佩戴者監測身體狀況[3]。

4 硬件和軟件設計

智能心率監測手環的設計主要包括手環的硬件部分和軟件部分。智能心率監測手環硬件部分由主控芯片、心率傳感器、溫度傳感器、六軸加速傳感器、振動馬達、顯示屏幕、NFC、藍牙通信模塊以及電源數據管理模塊等構成。

軟件部分主要由各個用于主程序調配的軟件組成,此程序在模塊初始化功能實現過程中通過收集佩戴者的各項身體健康指標,完成相應的功能。在軟件設計過程中,如果相關佩戴者的心率數據處于正常波動水平,數據將只在手環和佩戴者的手機應用App上顯示;如果佩戴者的心率指標或數據呈現異常狀態,那么手環就會立刻振動,并借助藍牙等功能,將相應的數據信息發送到佩戴者的手機應用端上,手機應用端會再次將相應的信息發送到緊急聯系人手中,以達到相關的預警目的,保障佩戴者的生命安全。

智能手環通過軟件和硬件的協調使用,能夠借助軟件驅動硬件設備進行正常工作。而軟件也是以硬件設備作為載體,才能夠發揮其功用。而在此設計過程中必須加入的其他小部分模塊,是因為心率在變化過程中,不單單是心率單項數據產生變化,心率所關聯的健康指標較為復雜,因此要通過系統性的監測達到相應的心率監測目的,其他例如體溫監測、睡眠質量監測等功能是為了輔助心率監測而提供的功能。

5 基本功能

從系統的完備性角度出發,智能手環的心率監測系統設計需要具備以下基本功能:

(1)實現基本的定位功能。在具體的智能手環心率測量系統中,必須加入相應的定位功能,讓心臟病突發或者因心率問題驟然摔倒的病人被及時定位。

(2)實現心率的基本監測功能。佩戴者的基本心率能夠被及時地監測,心率數據要及時呈現在相應的手環屏幕和手機App中,并轉換成可讀的信息,不能將心率數據直接放入相應的App,令人無法判斷佩戴者心率是否正常,因此需要對心率數據進行一定的解讀和分析,以便讓個體了解自身的心率情況。

(3)基本生命體征的監測。在該項生命體征的監測過程中,僅僅是輔助監測心率而產生的其他健康數據和指標的監測,主要包括佩戴者個體的脈搏監測、體溫監測以及血液壓力的監測,通過各項數據的綜合指標判斷個體的心臟是否處于健康水平,能夠及時分析個體的心率健康程度,并及時報警,或者給予其他相應的警告。心率相關的病因、病理以及病程極其復雜,智能心率監測系統能夠綜合個體的體溫變化、脈搏變化、血壓變化等及時監測和預警心率的變化,所有最終結果和預警研判都是在綜合監測之下產生的結果,單一心率檢測并不具備醫學上預警的意義。

(4)NFC功能的實現。NFC功能能夠借助智能手環心率監測系統及時接受醫療服務,讓醫生通過智能心率手環發送的各項數據指標和信息,觀測到患者身體數據信息的變化,并能夠幫助醫生快速確診患者所患的疾病,起到醫療數據效應最大化的作用。

(5)相關語音求助功能。手環的最終目的是對個體的心率進行監測,并且能夠起到一定的預警作用。在智能手環心率系統中,還需要添加個性化的語音識別功能,當個體出現語音語義含糊不清的求助性詞匯或求助性語言后,要及時進行報警,這一功能的實現在目前而言較為困難,仍需多項技術進行合力攻堅。

6 結語

綜上所述,對于當前的技術而言,一種智能手環的心率系統設計并不困難,但在智能手環心率測量系統的設計過程中,如何使功能更加完善和人性化,并且能夠真正在個體心率監測中發揮作用并不簡單。具體系統的設計過程需要考慮到設計系統的初衷,并促使智能手環心率監測系統的功能最大化,能夠幫助個體最大限度地消除健康隱患。