測體溫及判斷跌倒的可穿戴設(shè)備的設(shè)計與實現(xiàn)

東莞理工學(xué)院城市學(xué)院計算機與信息科學(xué)系 葛衛(wèi)清 莫庭琛 陳國軒

測體溫及判斷跌倒的可穿戴設(shè)備的設(shè)計與實現(xiàn)

東莞理工學(xué)院城市學(xué)院計算機與信息科學(xué)系 葛衛(wèi)清 莫庭琛 陳國軒

物聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)前研究的一個熱點和重點。可穿戴設(shè)備是物聯(lián)網(wǎng)在人們生活中的最直接的應(yīng)用之一。在人們越來越關(guān)注生活質(zhì)量的今天，健康擺在第一位。多功能可穿戴設(shè)備可實現(xiàn)監(jiān)測人體健康參數(shù)，如體溫、脈搏、心率、血壓，從而指導(dǎo)人們生產(chǎn)、生活和運動，還可以判斷人是否跌倒，出現(xiàn)險情時得到及時救治。文章分析了測溫和判斷跌倒的原理，設(shè)計了電路，實現(xiàn)了測量體溫、判斷跌倒的功能，體溫的誤差最大±0.1℃，跌倒判斷的正確率超過80%。

測體溫；判斷跌倒；可穿戴設(shè)備；設(shè)計與實現(xiàn)

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)正成為經(jīng)濟社會綠色、智能、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)和重要引擎，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是當(dāng)前研究的熱點和重點。移動智能終端的新型感知應(yīng)用為可穿戴設(shè)備提供新的途徑[1]。本文設(shè)計一款可以測量體溫及判斷跌倒的可穿戴設(shè)備，也是物聯(lián)網(wǎng)在生活中的具體應(yīng)用。

1 功能模塊劃分

測量體溫及判斷跌倒的可穿戴設(shè)備可以劃分為溫度測量模塊（測量體溫）、加速度測量模塊（判斷跌倒）等。另外，需要將這些數(shù)據(jù)進行處理和進行藍牙傳送，并在手機上顯示，因而還有處理器模塊、藍牙發(fā)送模塊和手機接收模塊。其中手機接收主要是軟件開發(fā)。功能框圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)功能框圖

圖2 溫度傳感器引腳圖

2 功能實現(xiàn)

2.1 溫度測量模塊

正常人體溫度為36-37℃，本著節(jié)約、人體感覺舒適的原則，選用ROHM公司的微型集成溫度傳感器BD1020HFV，體積小，是負溫度系數(shù)的線性輸出（約-8.2mV/℃），精度高（見圖2）。

2.2 加速度測量模塊

MMA7361L是飛思卡爾公司生產(chǎn)高性價比的一種超低功耗、微型的電容式加速度傳感器。這款傳感器設(shè)計穩(wěn)定，防震能力強。具有信號調(diào)理、單級低通濾波、溫度補償、自檢、線性自由落體功能，并且提供了-1.5g - +1.5g和-6.0g - +6.0g兩個靈敏度量程選擇，并已經(jīng)作了0g補償。具有體積小、質(zhì)量輕等特點，可應(yīng)用汽車放倒報、警遙控航模、游戲手柄、人形機器人跌倒檢測、硬盤沖擊保護、傾斜度測量，通過Arduino控制器的編程，是制作傾角、運動、姿態(tài)相關(guān)的互動作品的理想之選[2]。

圖3 加速度傳感器引腳功能圖

圖4 CPU與傳感器接線示意圖

2.3 CPU處理模塊

因為有多路信號需要處理，考慮到經(jīng)濟性和實用性，Arduino選用Atmega328p芯片[3]。該芯片采用先進的RISC結(jié)構(gòu)， 28個引腳，體積小，功耗低，便于電池供電，隨身攜帶。該芯片有8路10位的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入，能夠滿足本項目要求。一路溫度輸入信號接PC5,三路加速度輸入信號接PC2PC1PC0，如圖4所示。

2.4 藍牙發(fā)送模塊

DX-BT05 4.0低功耗藍牙模塊，遵循BLE V4.0藍牙規(guī)范，并且配備了256KB的空間，支持AT指令修改各種屬性值。本模塊支持UART接口，并支持SPP藍牙串口協(xié)議，具有成本低、體積小、功耗低、收發(fā)靈敏性高等優(yōu)點，只需配備少許的外圍元件就能實現(xiàn)其強大功能。其軟件流程圖如圖5所示。

圖5 藍牙模塊工作流程圖

圖6 手機工作流程圖

圖7 設(shè)備實物圖

2.5 手機接收模塊

用JAVA語言編寫，在Andriod工作室的平臺上開發(fā)[4]，工作流程見圖6。

3 實驗結(jié)果

實物如圖7所示。

對于溫度測量，采用醫(yī)用玻璃溫度計與本設(shè)備進行比較，見表1：從測試比較結(jié)果可知，誤差為±0.1℃，符合要求。

表1 溫度測量比較

對判斷跌倒，采用人戴著設(shè)備，向前、向后、左側(cè)、右側(cè)等四種姿態(tài)跌倒，測量結(jié)果見表2。

表2 不同方向跌倒的測試結(jié)果

從結(jié)果可以看出，誤判率最大為向左跌倒的20%。

4 結(jié)束語

對體溫檢測系統(tǒng)、跌倒判斷系統(tǒng)進行了設(shè)計，制作了該可穿戴設(shè)備，并進行了不同溫度點和跌倒場景的實驗測試，分析了測試的結(jié)果，驗證了系統(tǒng)的有效性。

[1]2015年版中國物聯(lián)網(wǎng)市場現(xiàn)狀調(diào)研與發(fā)展趨勢趨勢分析報告(報告編號:1562336)中國產(chǎn)業(yè)調(diào)研網(wǎng).

[2]王剛.基于多傳感器的可穿戴跌倒檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].北京工業(yè)大學(xué),2015.

[3]徐亞龍.基于三軸加速度的跌倒檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].廣西大學(xué),2015.

[4]程一風(fēng),李達,張翔晨.基于Android 手機多傳感器的老人跌倒檢測技術(shù)研究與實現(xiàn)[J].電子設(shè)計工程,2016.7

東莞理工學(xué)院城市學(xué)院青年教師基金項目；廣東省攀登計劃項目；東莞理工學(xué)院城市學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃訓(xùn)練項目。