基于Arduino的遠程定位生理參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

　　摘要：基于Arduino平臺采用提供高精度三維位置的MXTOS2-200模塊，設(shè)計了一種體積小巧的遠程定位生理參數(shù)監(jiān)測儀。利用獨特的過采樣技術(shù)和低功耗的傳感模塊，結(jié)合Arduino開源環(huán)境對人體脈搏、呼吸頻率、行走狀況(跌倒)等生理狀態(tài)參數(shù)的實時采集測量，與正常生理參數(shù)范圍做比較，進行預(yù)警動作。實驗表明，該監(jiān)測儀可以對生理參數(shù)進行實時采集，得到精確的測量數(shù)據(jù)進行生理判斷;Arduino平臺提供GSM、GPS以及常用生理參數(shù)傳感器的庫函數(shù)可大大降低設(shè)計難度;系統(tǒng)具有設(shè)計簡單、低功耗、低成本的優(yōu)點。

　　引言

　　目前國內(nèi)一些便攜式生理檢測儀設(shè)備，雖然可以檢測多個生理參數(shù)，但很多只是單獨地研究了便攜式監(jiān)測儀或采用物聯(lián)網(wǎng)的形式連接大型醫(yī)療設(shè)備，其設(shè)計大多復(fù)雜、價格昂貴，難以得到廣泛的應(yīng)用^[3~5]。

　　本文設(shè)計一種基于開源電子平臺Arduino的遠程定位生理參數(shù)監(jiān)測儀，實時采集人體的生理參數(shù)，應(yīng)用于突發(fā)狀況下的快速定位和急救，兼具了便攜、遠程定位和發(fā)送、性價比高、設(shè)計簡單的特點，可以起到定位急救的作用。

　　1 總體設(shè)計

　　系統(tǒng)由定位模塊MXTOS2-200、Arduino最小系統(tǒng)、生理參數(shù)采集模塊、無線傳輸模塊和人機交互模塊組成，其框圖如圖1所示。其中，無線數(shù)據(jù)接收節(jié)點主要由無線傳輸模塊、報警器、微處理器和計算器模塊組成。生理參數(shù)采集模塊將采集到的呼吸頻率、脈搏、行走狀態(tài)等參數(shù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，微處理器對轉(zhuǎn)換后的信號進行處理并顯示，然后無線傳輸模塊將處理后的數(shù)據(jù)打包發(fā)送出去，數(shù)據(jù)接收節(jié)點接收到生理參數(shù)采集節(jié)點的數(shù)據(jù)后，微處理器將數(shù)據(jù)進行拆包，取出有效數(shù)據(jù)并通過串口發(fā)送至計算機，計算機對采集的各項生理參數(shù)進行分析、處理和顯示或者直接通過GSM模塊發(fā)送至手機。該系統(tǒng)實現(xiàn)了呼吸頻率、脈搏等生理參數(shù)的采集和測量、行走狀態(tài)的監(jiān)控以及實時的GPS(Global Positioning System，全球定位系統(tǒng))位置坐標(biāo)和時間信息的獲取和信號的無線傳輸。如果采集到的呼吸頻率、脈搏與預(yù)設(shè)值(標(biāo)準(zhǔn)范圍)有差異或檢測到人體跌倒時，則通過人機交互模塊顯示和語音報警，并且啟動通訊模塊，將生理參數(shù)和位置信息傳遞到上位機或集控中心。這樣模擬出人在外遇到突發(fā)狀況的情景，可以看到系統(tǒng)的各模塊的運行;同時系統(tǒng)也可以用于日常的體檢自查和遠程數(shù)據(jù)傳遞，便于醫(yī)師進行數(shù)據(jù)分析和疾病診斷。

　　2 硬件設(shè)計

　　硬件部分主要包括控制器的選取與電源模塊的設(shè)計、生理參數(shù)測量模塊、MXTOS2-200導(dǎo)航模塊、GSM無線通信模塊與LCD人機交互模塊。其中，最小系統(tǒng)采用Arduino MEGA2560，主要在于MEGA2560具有54路數(shù)字輸入/輸出接口(15路用于PWM)和4個硬件串口，豐富的I/O接口便于擴展，其最小系統(tǒng)電路如圖2所示。