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低功耗可穿戴检测系统设计

发布时间:2018-05-29 01:06:00 文章来源:未来智讯    
    关键词:低功耗;可穿戴检测系统;设计
    中图分类号:TP302.1
    文献标识码:A 文章编号:1674-9944(2016)16-0254-02
    1 系统功能需求及技术指标
    (1)精确判断使用者的心率;
    (2)能将获取到的心率显示出来;
    (3)将心率储存到非易失铁电中,并在下次使用时显示;
    (4)当心率异常的时候报警提示。
    2 微处理器模块设计
    CC2541 是一款针对低能耗以及 2.4GHz 应用的功率优化的真正片载系统 (SoC) 解决方案。 它使得使用低总体物料清单成本建立强健网络节点成为可能。 CC2541 将领先 RF 收发器的出色性能和一个业界标准的增强型 8051 MCU、系统内可编程闪存存储器、8kb RAM 和很多其它功能强大的特性和外设组合在一起。 CC2541 非常适合应用于需要超低能耗的系统。 这由多种不同的运行模式指定。 运行模式间较短的转换时间进一步使低能耗变为可能,2.4GHz符合低能耗规范和私有的 RF 片载系统, 支持 250kbit/s、500kbit/s、1Mbit/s,2Mbit/s 的数据速率。核心原理如图1所示。
    3 心率监测模块设计
    心率的含义是人在1 min内心脏跳动的有效次数。人的身体健康状态取决于人心脏跳动的是否规律。心率对人身体的健康影响很大,数据表明:同是处在安静状态下,心率偏快的人收缩压和舒张压都高于心率正常的人,如果长时间心率加快会促使人患上心血管疾病,最严重时可能会导致人死亡。所以在这种前提下,对心率进行实时监控是很有必要的。
    该设计具有使用光电容积法的心率传感模块,光电容积法主要是利用人体组织不同的透光率来对脉搏进行测量。传感器的使用可分为两部分:光源和光电转换器,它们是通过不同的方法固定在患者的手指或耳垂上的。光源选用的发光二极管对动脉血中氧和血红蛋白具有可以选择的波长反应。光束透过人体的动脉血管的时候,动脉搏动充血容积改变了,导致光的透光率也发生了改变,这时反射的光线被光电转换器说接收,紧接着将其变为电信号后放大输出。由于脉搏和血管容积都是周期性变化的,所以可以得出结论:脉搏率可以看做是光电转换器的电信号变化周期。研究表明,最适合提取脉搏信号的波是560nm 的波,它能将皮肤浅部微动脉的信息直接地显示出来。此传感器使用的绿光 LED的峰值波长为 515nm,是一款灵敏度高的环境光感受器,它具有565nm的感受峰值波长,峰值波长都很相似。除此之外,由于脉搏信号的频带、信号幅度均很小,所以抗干扰能力低。由于较低的抗干扰能力需要在感受器后面使用低通滤波器和放大器,用来放大信号。与此同时,需要把直流偏置电压设置成电源电压的一半,这样单片机的AD就可以更容易收集到放大后的信号。其原理如图2所示。
    4 心率传感器和心率的计算
    心率传感器在软件上进行了心电信号预处理和基本特征点检测的研究。由于脉搏信号的频带、信号幅度均很小,所以抗干扰能力低。由于较低的抗干扰能力需要在感受器后面使用低通滤波器和放大器,用来放大信号。与此同时,需要把直流偏置电压设置成电源电压的一半,这样单片机的AD就可以更容易收集到放大后的信号。通过这样来计算和判断心率以及IBI等参数,具体流程图如图3所示。
    5 结论
    通过测试,该系统基本实现了设计目标,但在测量中,误差难以避免,可以通过算法的优化来减少误差的产生,让获取到的值更加精确。在设计中,主要通过时间阀值方法,在定时器中断中将ADC采样到的数值进行判断后得到心率。
    参考文献:
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