孫超 王游司 陳洪燕 盧宇

【摘 要】 隨著社會的不斷進(jìn)步，人們生活水平的不斷提高，人們對健康越來越重視，對智能醫(yī)療檢測設(shè)備提出了更高的要求。對此，論文提出了一種基于son1303的智能手環(huán)的監(jiān)測系統(tǒng)，主要是監(jiān)測心率。

【Abstract】With the continuous progress of society and the improvement of people's living standard， people are paying more and more attention to health， and put forward higher requirements for intelligent medical testing equipment. In view of this， a monitoring system of intelligent bracelet based on son1303 is proposed， which is mainly used to monitor heart rate.

【關(guān)鍵詞】心率 ； 光電容積法； 濾波

【Keywords】heart rate； optical capacitance method； filtering

【中圖分類號】TP3 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）08-0149-02

1 發(fā)展背景

在社會老齡化日趨嚴(yán)重的時代，心腦血管疾病成了老年人的隱形殺手。所以，對于老年人來說，有一款實(shí)時測量心率的智能手環(huán)可以幫助老年人隨時了解自己的健康狀況，對疾病的及時預(yù)防和治療意義重大。年輕的用戶可以通過自己的心率來設(shè)定自己的運(yùn)動強(qiáng)度，制定自己的健康鍛煉計劃。智能手環(huán)體積小，節(jié)能，方便，環(huán)保，價格相對較低[1]，已經(jīng)受到越來越多人們的青睞。但大多智能手環(huán)對心率監(jiān)測存在誤差，且準(zhǔn)確測量的條件比較苛刻，在靜止測量時對心律的監(jiān)測誤差最小，動態(tài)測量心率誤差太大。對此本文提出一種智能手環(huán)的檢測系統(tǒng)，采用光電容積法準(zhǔn)確地監(jiān)測心率。

1.1 國外發(fā)展?fàn)顩r

在2014年蘋果推出一款利用電容積脈搏波描計法，也是本系統(tǒng)所采用的方法的智能手環(huán)Apple Watch[2]。它利用綠色LED向手腕發(fā)射出可見光，再用光電感應(yīng)器 感應(yīng)反射光，根據(jù)脈搏會使動脈、靜脈和毛細(xì)血管產(chǎn)生容積發(fā)生周期性變化，使反射光的強(qiáng)度大小發(fā)生變化來測量心率。但是在實(shí)際的使用中發(fā)現(xiàn)設(shè)備的測量并不精準(zhǔn)，尤其是在運(yùn)動的時候誤差大的可以忽略不看 ，而且人的膚質(zhì)以及毛發(fā)密度也會影響心率測量精度，只有在靜止測量時測量的數(shù)據(jù)較為精確，誤差通常在10%左右。

1.2 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r

在國外智能手環(huán)蓬勃發(fā)展時，國內(nèi)的智能手環(huán)也不甘落后。國內(nèi)的廠商們紛紛投身于智能手環(huán)的研發(fā)和制作。由于人們的需求不同，手環(huán)發(fā)展呈現(xiàn)差異化，以滿足用戶們的個性化需求。

ZDC（互聯(lián)網(wǎng)消費(fèi)調(diào)研中心）統(tǒng)計的數(shù)據(jù)顯示，2015年1-6月中國智能手環(huán)市場參與競爭的廠商數(shù)量持續(xù)增長，從1月的37家增長到6月的44家，有7家新晉加入。而在售的智能手環(huán)產(chǎn)品也從1月的54款上升至69款，增加了15款之多，用戶的關(guān)注度也隨之水漲船高。

其中市場銷售量在前額的生產(chǎn)廠家如：小米、華為、咕咚等公司設(shè)計的手環(huán)功能不但有計步、睡眠分析、運(yùn)動追蹤等功能還包括監(jiān)測心率的功能。

但是相比之下有心率監(jiān)測的手環(huán)種類數(shù)量還是相對較少。而且測量的精度比較差，從市場分析和用戶的需求來看，心率監(jiān)測將會普及在各類智能手環(huán)中。

2 技術(shù)簡介

本文采用光電容積法和濾波。

2.1 光電容積法

這種方法是通過可見光在人體組織的反射，通常是利用兩個綠色LED向手腕發(fā)射出可見光，再利用光電感應(yīng)器 感應(yīng)反射光，得到光信號。人體的皮膚、骨骼、肉、脂肪等對光的反射為固定數(shù)值，一般不發(fā)生改變。而人體中毛細(xì)血管、動脈和靜脈隨著脈搏跳動而發(fā)生容積的變化。當(dāng)心臟收縮時外周血容量達(dá)到最大數(shù)值，此時血管容積開始擴(kuò)張，其吸收光的能力增強(qiáng)，所以檢測到光的強(qiáng)度最小。當(dāng)心臟擴(kuò)張時，外周血容量少，光吸收量少，檢測到光的強(qiáng)度最大。因此對光的檢測是變化的，這個變化的頻率就是脈搏，再將光強(qiáng)度的變化通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號，再對信號進(jìn)行處理、加工、完善，得到心率。

因?yàn)榫G光對外界環(huán)境溫度變化造成的信號漂移數(shù)值最小，故采用綠光，使之測得的數(shù)值誤差更小，結(jié)果更加精確，更易于后期數(shù)據(jù)處理和分析。

2.2 檢測系統(tǒng)的設(shè)計

外圍電路的設(shè)計：

心率數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)采集基于松恩電子有限公司研發(fā)的 son1303心率傳感器完成。芯片采用了光電容積脈搏波描記法，使用發(fā)光波長為570nm的綠光，與紅外光相比反射率更高 ，測量感度更高，綠光對外界溫度變化照成的信號漂移最小。在經(jīng)過電路濾波后，配合son3130四運(yùn)放能直接輸出方波信號。

2.2.1 軟件設(shè)計

單片機(jī)與放大電路的IO口連接后，對單片機(jī)定時器清零，并設(shè)置中斷，每接收一次脈沖單片機(jī)就計數(shù)一次，計夠60s時中斷計數(shù)。

2.2.2 數(shù)據(jù)采集

3 結(jié)語

監(jiān)測系統(tǒng)作為智能手環(huán)框架的一部分，也是評價一款手環(huán)好壞的標(biāo)準(zhǔn)，在未來智能醫(yī)療中有著廣泛的應(yīng)用。對于病人的病情診斷和康復(fù)有著重大的意義。隨著生活水平的不斷提高，以后私人醫(yī)療將會越來越普及。雖然傳統(tǒng)的醫(yī)療設(shè)備能夠準(zhǔn)確地檢測出人體各種生理數(shù)據(jù)，但是傳統(tǒng)的醫(yī)療檢測設(shè)備笨重而且價格昂貴，不能滿足人們對實(shí)時測量的需求。在未來的發(fā)展中此系統(tǒng)不僅可用于智能手環(huán)，也可用于其他需要監(jiān)測心律的小型化設(shè)備中。

【參考文獻(xiàn)】

【1】馬旭平.智能手環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計及實(shí)現(xiàn)[J].中小企業(yè)管理與科技，2009（2）：97-99.

【2】蘇泳銘.適用于智能穿戴的心率模塊的設(shè)計[J].中國科技博覽，2012（11）：24-25.