基于Arduino的遠程心率監(jiān)測系統(tǒng)的設計

胡凱旋 艾信友 曾研 范兵兵 任澤明

摘 要：文章設計了基于Arduino的遠程心率測量系統(tǒng)，Arduino接收心率傳感器采集的數(shù)據(jù)并處理分析，通過藍牙發(fā)送到電腦端，電腦利用Processing軟件顯示脈搏波形和心率數(shù)值，同時操作者可在安卓端通過teamviewer軟件綁定電腦后查看或控制電腦，從而實現(xiàn)心率測量系統(tǒng)的遠程監(jiān)測。

關鍵詞：Arduino；藍牙；遠程監(jiān)測

中圖分類號：TP274 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）11-0078-02

Abstract： A remote heart rate measurement system based on Arduino is designed in this paper， which receives the data collected by heart rate sensor and processes and analyzes it， and sends it to the computer through Bluetooth. The computer uses Processing software to display pulse waveform and heart rate value. At the same time， the operator can view or control the computer after the Android side binds the computer through the teamviewer software， thus realizes the remote monitoring of the heart rate measurement system.

Keywords： Arduino； Bluetooth； remote monitoring

引言

中國已步入老齡化社會，但年輕人忙于工作難以兼顧照顧家中老人，由于心血管的特殊性，發(fā)病后再送醫(yī)院診斷已是回天乏術。因此，長期的心率監(jiān)測對心血管病的早期診斷有幫助。所以設計出簡單穩(wěn)定，低成本，易于攜帶，可遠程監(jiān)測的心率監(jiān)測系統(tǒng)，蘊藏巨大的市場潛力。

1 系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)以Arduino為核心，Pulsesensor傳感器為數(shù)據(jù)采集端，電腦為顯示端，手機為遠程顯示和控制端。總體設計如圖1所示：

2 硬件設計

該系統(tǒng)硬件設計由微控制器模塊，電源模塊，傳感器模塊，藍牙模塊組成。

2.1 微控制器模塊

該模塊直接采用Arduino Uno最小系統(tǒng)即可，接收傳感器采集的數(shù)據(jù)并處理發(fā)送。

2.2 電源模塊

為防止50HZ工頻干擾引入傳感器影響心率測量，直接使用干凈電源即干電池模塊，或充電寶。可根據(jù)實際情況選擇合適電源為Arduino最小系統(tǒng)和傳感器供電。

2.3 傳感器模塊

心率傳感器模塊選用Pulsesensor（光電反射式模擬傳感器），佩戴在手指或耳垂處采集生理信號并輸出電信號。

2.4 藍牙模塊

藍牙模塊選擇XM-15B藍牙串口模塊，實現(xiàn)Arduino無線傳輸數(shù)據(jù)給電腦的功能。

3 軟件設計

該系統(tǒng)軟件Arduino部分采用C語言編程，電腦顯示端采用processing編程。

3.1 主程序設計

傳感器輸出脈搏電壓波形曲線，Arduino將其數(shù)字化后與IBI，BPM值分類發(fā)送到上位機顯示，同時計算相鄰脈搏波的峰值點的時間差并濾波，得到心跳間隔時間（IBI），計算心率（BPM=60/IBI）。主程序流程圖如圖2所示：

3.2 數(shù)據(jù)處理

心率的計算是根據(jù)相鄰兩個脈搏波的上升段的中間值所需時間之差來確定心跳間隔時間（IBI），為提高測量精確度，采用平均值算法確定IBI，進而算出心率BPM。

由于脈搏波在動脈中的反射，伴隨之出現(xiàn)重搏波，會影響IBI的計數(shù)，所以在濾波程序中每隔0.6個IBI的值才開始追蹤脈搏波形的上升，濾除重搏波。

數(shù)據(jù)傳輸中，采用115200波特率發(fā)送三種數(shù)據(jù)到串口，通過加字母前綴的方式來區(qū)分三種數(shù)據(jù)的類別。

3.3 processing顯示程序設計

該部分程序設計通過獲取串口數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)前綴進行分類，進而同時顯示脈搏波形曲線，IBI和BPM數(shù)值。

4 安卓軟件

通過電腦端和安卓端的teamviewer app進行綁定，手機可隨時查看或操作電腦，這里通過使用其遠程查看電腦功能來實現(xiàn)遠程監(jiān)測心率。圖3為安卓端查看心率相關數(shù)值和脈搏波形。

5 結束語

該系統(tǒng)實現(xiàn)了心率的遠程測量和查看。軟硬件運行穩(wěn)定，價格低廉，適合普通大眾，具有較高應用價值。

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