基于互联网的可穿戴脉搏监测系统设计

引言

随着互联网技术、无线通信技术以及生物传感器技术的进一步发展，可供病人在医院、家庭等环境中使用的可穿戴健康监测预警系统已成为国内外研究人员关注的热点。

本文设计了一种应用互联网技术的可穿戴脉搏检测系统，完成对被病人脉搏跳动情况的实时远程监测。病人只需将脉搏监测仪配戴于手指上，脉搏跳动波形即被实时地上传到服务器，医生和病人均可通过电脑或手机登录服务器，查看脉搏情况，同时，服务器会对脉搏信号异常的病人会发出报警提示，方便医生进行专门的救治工作。经过实验测试：系统具有性能稳定、穿戴方便、成本低廉，应用前景广泛等特点。

1、总体设计方案

系统架构如图1所示，包括硬件系统和服务器两部分。硬件系统主要包括传感器模块、WiFi模块、电源模块和控制模块。通过脉搏传感器测量人体脉搏信号，脉搏信号经过滤波、放大再由STM32微处理器进行采样得到较为精确的人体脉搏信号。采样处理后的信号通过WiFi的方式传输至服务器。服务器为利用PHP编程语言编写的一个脉搏信号实时显示的网站，可以通过电脑或手机登陆。

图1  系统总体架构

2、系统硬件设计 2．1、控制系统

综合芯片价格、功耗、功能等各种因素，选择了STM32F103微控制器，能够很好地满足本控制系统的设计要求，此外，STM32具有性能稳定可靠、低功耗、高性价比的特点，因此，非常适合于数据处理量不大，需要对多个外围设备进行控制的场合。

STM32F103微控制器采用3．3V低电压供电，工作频率为72MHz，工作温度范围为－40～105℃，且工作电压极低（2～3．6V），一系列的省电模式保证低功耗应用的要求。

2．2、脉搏传感器

传感器采用光电反射式模拟传感器，由LED绿光发射端和光接收器组成。根据脉搏跳动使得血液浓度不同与绿光的透光性原理，绿光经过手指、耳垂等处，从而光接收器采集到脉搏跳动数据再经滤波放大后输出模拟电压信号。

由于人体的脉搏通常为50～200次/min，对应的频率范围在0．83～3．33Hz之间，幅度一般在毫伏（mV）级水平，因此经过红外检测采集并转换得到的电信号频率非常低。为了仿止信号因外界高频信号干扰而使检测结果有误，信号必须先进行低通滤波，滤除绝大部分的高频干扰。在光接收器后使用了运放MCP6001构成的放大器，将信号放大了330倍，同时采用分压电阻器设置直流偏置电压为电源电压的1/2，使放大后的信号能很好地被AD模块采集。

2．3、WiFi模块

远程监护系统，以无线访问节点（accesspoint，AP）作为接入点，将被检测人员的脉搏数据快速上传至服务器，实时观察脉搏情况。系统采用ESP8266WiFi模块。