本参数采集系统的检测对象是人体三个生命体征参数,考虑到个体的特殊性以及数据的时效性和有效性等因素,需要注重考虑以下几个方面:
(1)根据个体的特殊性以及数据的时效性和有效性。由于病人一般为非专业人员,对于安装方式和安装位置要尽可能方便,容易操作,经过简单培训可以自行实施。
(2)根据人体参数范围的限制,本装置所选用的传感器要达到医疗级别的要求,准确性要高,能够适用于这与普通运动休闲设备有很大的区别。在实现操作简单、安装方便等优点的条件下,迅速精确的采集到相关数据。
(2)考虑到系统的体积、功耗以及稳定性等问题,根据通信方式以及传输协议选择合适的主控芯片。
(3)考虑到系统的便携性,将数据传输设计为无线数据传输,实现数据透传,并能根据无线模块及其相关协议开发手机App,实现数据的传输与显示。确定的技术性能指标为:体温采集精度控制在±0.2℃内,心率采集精度控制到2次以内,血压采集精度控制在±5mmHg以内。
2.2 系统组成及工作原理
本参数采集系统主要组成包括体温、心率和血压传感器模块、微处理器主控芯片、无线传输模块、程序下载模块以及App移动客户端。其中每个部分的功能如下:
(1)传感器模块能够对体温、心率、血压三个参数进行信号采集,通过简单的电路处理获得所需要的数字输出,最终通过I2C串口与主控芯片进行通行。
(2)微处理器主控单元能够对各传感器的输出信号进行转换处理,完成与手机移动端之间的数据传输。
(3)无线模块的主要功能就是实现微处理器与App之间的无线通信。
(4)手机App主要完成了数据的接收、显示,需要时发送给上位机。本课题的参数采集系统整体框架图如图2.1所示:通过绑带将红外传感器安装在腋下,
采集到人体辐射出来的红外线,将之转换为温度信号;通过绑带将光电传感器安装在手腕处,采集到波长被吸收的绿光,转换为数字波形信号;将袖带绑在上臂,通过气压传感器检测袖带内部气压变化,转换为电压信号,三个传感器通过串行口将信号传输到微处理器,由主控芯片对信号进行处理,然后以打包的形式被无线模块发出,最后显示在移动终端App。
图2.1参数采集系统整体框架图
3 常规检测参数测量助手系统的硬件设计
3.1 传感器的选型
3.1.1 MLX90614红外温度计
人体的正常体温范围在36.5℃~37.2℃,而在生病的状态下,体温范围将会扩大到41℃,个别情况严重者可能会达到41℃以上[14]。市面上可选的体温传感器有接触式DS18B20和非接触式TS118-1、MLX90614等。其中DS18B20是采用热敏电阻的数字温度传感器,固有误差为1℃,通过单总线通信,分辨率可以到达12位(0.0625℃)。TS118-1无接触测量传感器,超过5cm吸收率会很快的降低,精确度80V/W。因为需要短时间内在非接触的条件下准确的测量出体温,本设计选择MLX90614这一款非接触式红外温度计。MLX90614采用TO-39封装,芯片包括了红外感应热电堆探测器和专用信号处理部分。红外传感器本身集成了低噪声放大器、模数转换器(17位)和数字信号处理模块,能够获得高精度、高分辨率的温度数值[15]。其中,数字信号处理芯片MLX90302作为温度存储的RAM单元,温度分辨率可达到0.01℃,并且可通过I2C总线输出数据,具体的引脚情况如图3.1所示。 基于手机APP的人体常规检测参数测量助手(3):http://www.chuibin.com/zidonghua/lunwen_206123.html