基于物聯網的智能心率檢測與情緒監控系統研究

張超

【摘 要】文章結合CC3200單片機、Wi-Fi的通用性、云平臺豐富的擴展性等特點，提出了一種基于物聯網的智能心率檢測與情緒監控系統。項目通過移動互聯、云服務、智能傳感器、物聯網等技術，開發一套智能心率檢測與情緒監控監控系統，用戶可以在手機、平板等智能設備上，使用相應的APP，實時查看本人及家中老人、小孩的心率變化情況并能及時提醒，對醫院或個人做到實時觀測、實時提醒、實時救治的心率遠程檢測、情緒變化監控體驗。

【關鍵詞】物聯網；CC3200；Wi-Fi；云服務；遠程控制；數據實時采集和分析

【中圖分類號】TN925 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）01-0060-03

0 引言

因生活質量的提高及現代生活節奏的變快，生存壓力大等因素，心臟病的發病率越來越高，使人們特別是中老年人對自己的身體健康狀況越來越重視。心率是否正常是判斷個體情緒和心臟有無病變最直接的方法，現有的檢測設備由于不好攜帶或者無法實時數據采集和分析，就無法及時做出判斷和采取措施，人們迫切需求一種新型的、智能的、可穿戴的心率和情緒監測系統來對身體狀況做出及時的判斷和調整，避免危險情況的發生。利用該系統來實時監測中老年人的心率情況，第一時間對其身體異常情況做出反應，并能長期跟蹤分析，以及時準確地掌握中老年人情緒和心率變化規律。本項目基于物聯網、數據云、智能傳感器、APP移動互聯等技術研究建立一個中老年人心率情緒監控系統。

1 智能心率檢測與情緒監控系統設計原理

智能心率檢測與情緒監控系統的設計原理如圖1所示。

智能硬件部分采用了MiCOKit3200開發套件，MiCOKit3200與TI CC3200 LaunchPad連接后，使得CC3200能夠連接各類傳感器并進行數據傳輸。利用此開發套件的擴展性，我們在主板增加了心率傳感器檢測模塊、溫濕度傳感器模塊和三軸加速度傳感器檢測模塊。

（1）利用三軸加速度傳感器檢測模塊配以相關算法，可以實現物體的加速度信息的實時檢測、監控，判斷人體的運動狀態。

（2）利用心率傳感器檢測模塊配以相關算法，可以實現對人體心率的實時檢測、監控，對人體狀態做出判斷。

（3）利用溫濕度傳感器檢測模塊配以相關算法，可以實現對人體溫濕度的實時檢測、監控，對人體狀態做出判斷。

利用心率、情緒變化檢測數據對照表1進行數據分析。

當系統檢測人體的加速度發生變化時，同時檢測身體的溫濕度和心率的變化情況，系統將相關信息通過無線路由器轉發至云服務器，云服務器對接收到的數據配合算法做出相應的分析判斷，最終由云服務器將判斷結果信息發送到已綁定的用戶手機，來進行相關的報警和提醒操作。

2 智能心率檢測與情緒監控系統的設計與實現

整個心率、情緒檢測系統的設計可分為三部分：智能穿戴檢測裝置（嵌入式設備客戶端）、云服務器端設計、手機APP設計。三部分運行機制和體系結構設計如圖2所示。

3 智能硬件的選擇和功能實現

3.1 CC3200

CC3200是TI無線連接SimpleLink Wi-Fi和物聯網（IoT）解決方案最新推出的一款單片機，具有內置Wi-Fi，客戶借助片上Wi-Fi、互聯網和強大的安全協議，無需Wi-Fi經驗即可實現快速的開發。

3.2 心率傳感器

本模塊使用SON1303光電式心率傳感器，可放置于人體各部位測試人體心率和脈搏。其采用的反射式光電傳感器使測量方式更加自由，應用范圍遍及可佩戴式電子產品及新式測試方法的脈搏測量儀器，能擴大脈搏測量配套設備的應用范圍。

3.3 加速度傳感器

加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設備。主要感應方式是對微小物理量的變化進行測量，再通過電壓信號來表示這些變化量。加速度傳感器主要用作人體跌倒檢測，利用人體跌倒時加速度的變化結合一定的識別方式，就可以判斷出人體是否跌倒。

3.4 溫濕度傳感器

MiCOKit-3200套件的主板上配置了一個溫濕度傳感器SHT20。SHT20是一款工業級的數字溫度傳感器，其工作功耗僅為3.2 ？滋W，因此配合MCU能夠實現低功耗的IoT應用。

智能檢測設備嵌入式軟件設計的主程序流程如圖3所示。

3.5 云服務器的設計與實現

云服務平臺是專為嵌入式設備提供指定服務的遠程服務器。服務器通過為用戶提供相應的API接口，實現與嵌入式終端設備的數據通信。同時，用戶可以隨時隨地通過手機、PC機等智能終端來訪問服務器，并獲取嵌入式設備的傳感數據及檢測設備的工作狀態等。目前比較成熟的有阿里云、百度云、慶科云等。

云服務器主要承擔心率檢測系統終端設備的管理和信息分析處理及轉發功能，并且能夠及時響應并處理終端（檢測設備、智能手機等）的請求。其功能主要包括以下兩個部分。

（1）嵌入式設備客戶端與云服務器的數據交互。云服務器接收檢測設備的檢測數據信息并分析處理。

（2）Android手機客戶端與云服務器的數據交互。云服務器將檢測設備的檢測信息分析處理的結果轉發給手機客戶端。

檢測設備客戶端與云服務器、手機客戶端與云服務器的數據交互方式都采用C/S（客戶端/服務器）點對點的架構模型。它將服務請求功能（客戶端）和服務提供功能（服務器）分開。其中，客戶端通過向云服務器發送請求信息，服務器接收到請求后將請求內容返回給客戶端實現兩者的數據交互，兩者分別發揮各自優勢，相互配合，緊密合作。圖4為客戶端與云服務器數據交互的結構圖。

3.6 APP的設計與實現

將Android移動終端作為此次報警系統的控制終端，具有操作簡單、可移動性和便于擴展等優點。

手機客戶端主要實現以下功能：手機客戶端直接與云服務器進行通信，接收云服務器發送過來的檢測處理結果信息；手機客戶端接收到結果信息后，進行相關的報警操作；同時管理多個檢測設備（傳感節點）。

4 結語

本研究提出并設計完成一種基于智能物聯網的心率、情緒監測系統，分別從系統工作原理、系統硬件選擇嵌入設計、數據云端架構實現與數據分析和APP設計等方面，分析智能物理網在人體健康監測系統中的應用。將無線智能CC3200設備、手機終端、數據云等應用于健康監測中，實現低成本、低功耗、智能化的無線網絡通信。通過本系統用戶可以實時獲知人體健康狀況，并可以遠程檢測、監控。利用物聯網云端強大的計算分析能力，為用戶、醫院提供一種及時、有效、便捷的提醒救治的實時健康檢測系統。

參 考 文 獻

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[責任編輯：鐘聲賢]