基于Wifi的智能腕式血壓計的設計

劉 雅 陶曾杰 唐 培 瞿雨秋

(湖南信息學院電子信息學院，湖南 長沙 410151)

1 系統總體設計

該電子血壓計主要由控制器、傳感器、按鍵輸入、顯示輸出、聲光報警、語音模塊、通信模塊等構成。其中控制器為核心，一方面對采集到的血壓信號通過Wifi或藍牙進行數據的實時傳送，另一方面對采集到的血壓信號進行顯示和通過語音模塊進行播報，另與自先設定的閾值進行比較，若超過了則將進行聲光報警。其系統總體框圖如圖1所示。

圖1 系統總體框圖

2 硬件設計

2.1 主控制器設計

主控制器選用STC15W4K32S4單片機，電源電壓范圍寬，可直接與PC機USB接口進行通信，無須轉換芯片；具有大容量的程序存儲器、數據存儲器以及EEPROM，集成有A/D、PCA、比較器、專用PWM模塊、SPI等高功能接口部件，簡化單片機應用系統的外圍電路，使單片機應用系統的設計更加簡捷，系統性能更加高效、可靠[2]。其工作的最小系統電路圖如圖2所示。

圖2 最小系統電路圖

2.2 語音設計

語音選用XY-V17B，一款智能語音模塊，支持MP3、WAV解碼格式，最大支持32G TF卡存儲，可通過USB數據線連接電腦更新TF卡存儲音頻文件。將預先錄制好并存放于TF卡文件夾中的語音，單片機通過控制線IO進行錄音及播放控制[3]。當單片機檢測到按鍵被按下2次，提示語音如：親愛的主人，您好！您的高血壓為***，低血壓為***，血壓正常，永保健康(若不正常，請注意)。對于一些老年用戶，語音的方式播報血壓比通過顯示屏觀看更直觀。XY-V17B語音模塊接口電路如圖3所示。

圖3 XY-V17B語音模塊接口電路

2.3 通信設計

2.3.1 Wifi通信設計

Wifi無線通信電路選用 ESP8266，具有非常低的功耗。其與控制器STC15W4K32S4之間通過串口通信完成，接口電路如圖4所示。

圖4 Wifi接口電路

2.3.2 藍牙通信設計

當無Wifi時可以采用藍牙模塊傳輸數據，此設計中選用BLK-MD-HC-05，它是專為智能無線數據傳輸而打造，藍牙的核心特點是：短距離、低成本、高速、使用方便、點對點。低功率，便于電池供電設備工作，可以同時管理數據和聲音傳輸、低延時[4]。每臺智能手機都有藍牙，相比于WIFI、ZIGBEE、移動通信技術實現成本更低、更方便。藍牙接口電路如圖5所示。

圖5 藍牙接口電路

2.4 其他硬件設計

2.4.1 壓力傳感器設計

壓力傳感器選用US9116-006-N，所測得到的電壓信號，要經過濾波放大模數轉換等措施，傳輸到單片機里，由于所選的單片機內部具有模數轉換功能，所以將放大后的信號直接輸入到單片機里。

2.4.2 按鍵設計

按鍵采用自復式按鈕，用戶按下按鈕后，松手立即復位。用戶套好袖帶，做好測試準備，按下按鈕，系統初始化完，開始測量血壓；若再按一次則播報血壓值；測試完，取下袖帶再按一次按鈕，關掉電源。

2.4.3 顯示設計

顯示采用OLED屏，主要顯示內容為時間、高血壓及其值、低血壓及其值、脈搏及其值。

2.4.4 報警設計

當測量的血壓值超出設定的閾值時，將通過光線提示用戶，設置了2個指示燈，一個針對高血壓值的報警，另一個針對低血壓值的報警。

3 軟件設計

圖6 系統主流程

軟件設計主要包括系統初始化程序、按鍵檢測程序、袖帶充放氣驅動程序和信號采集、信號處理、血壓分析和OLED顯示程序、通信程序、語音播放和報警程序等。主程序流程如圖6所示。

4 App設計

通過WiFi和藍牙無線傳輸的方式，將單片機測量的數據傳送至手機APP或微信公眾號上，進行顯示分析，克服了傳統血壓計繁瑣、無法及時地反饋數據的缺點[5]。能夠為老人或者正在進行血壓測量的用戶在第一時間就能夠得到較準確的數據(語音播報、屏幕、顯示器)，同時備份一份數據發送到醫院終端，并且基于大數據的分析功能，然后對病人進行預診療，快速使突發病人及時得到治療。與此同時，根據這個大數據初步地給出：在血壓值不正常的情況下，給予相對應的看法和見解及解決方案(飲食、藥物、運動方案)。

5 結論

基于WiFi的智能腕式血壓計是利用目前最為流行的示波電子血壓計，以性價最優且低功耗的STC15W4K32S4為核心微處理器，通過Wifi傳輸數據至終端，使自己、親人、醫療人員了解血壓情況，同時又能在測得血壓的情況給予一定處理措施，設計的血壓計具有簡潔、直觀、物聯化的特點。