可穿戴監(jiān)測(cè)設(shè)備的整體設(shè)計(jì)案例綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u22850可穿戴監(jiān)測(cè)設(shè)備的整體設(shè)計(jì)案例綜述 1181431.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 1244461.2控制方案的選擇 2100891.2.1單片機(jī)芯片的選擇 2142711.1.2顯示方案的選擇 2138671.1.3心率監(jiān)測(cè)方案的選擇 3137091.1.4體溫模塊的選擇 31.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是基于新冠疫情背景下，人們對(duì)于生命體征實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的需要，所設(shè)計(jì)的一款可穿戴式生命體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單就說(shuō)，就是一款智能手環(huán)。隨著中國(guó)科技的發(fā)展，可穿戴智能技術(shù)極大方便了人們?nèi)粘Ｉ頪3]，并且智能穿戴技術(shù)應(yīng)用范圍十分廣泛，針對(duì)的領(lǐng)域也很多，健身、醫(yī)療、娛樂(lè)等等。與傳統(tǒng)醫(yī)療監(jiān)測(cè)設(shè)備相比，它是便攜式的，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，價(jià)格便宜更適合于現(xiàn)代生活。本設(shè)計(jì)由STM32單片機(jī)作為主控模塊，結(jié)合體溫采集模塊、心率血氧模塊以及OLED顯示模塊組成。對(duì)使用者的心率、血氧飽和度和體溫等體征數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察和研究，并實(shí)時(shí)顯示數(shù)值，提醒使用者注意身體狀態(tài)。本設(shè)計(jì)方案框圖如圖1.1所示。圖1.1系統(tǒng)方案圖1.2控制方案的選擇1.1.1單片機(jī)芯片的選擇方案一：采用意法半導(dǎo)體（ST）公司的STC89C52單片機(jī)。它是一款低功耗的8位單片機(jī)，系統(tǒng)性能高。它具有系統(tǒng)可編程閃存控制器。不需要像STC89C51一樣的12V的VPP可編程控制高壓。此款單片機(jī)功耗低、接口多，價(jià)格便宜。符合本設(shè)計(jì)要求。方案二：采用ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板作為本設(shè)計(jì)主控模塊。此款單片機(jī)開(kāi)發(fā)板是ArduinoUSB的新版本，它具有14位數(shù)字輸入輸出，具有豐富的引腳功能，板載的數(shù)字引腳和模擬引腳足足有20多個(gè)，其內(nèi)置芯片外設(shè)資源豐富。內(nèi)部為8位AVR單片機(jī)，并且連接方式簡(jiǎn)單，方便上手，開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)單，程序燒寫(xiě)容易，但其價(jià)格昂貴，而且體積較大，不符合本設(shè)計(jì)需求。方案三：采用意法半導(dǎo)體（ST）公司的STM32微控制器作為主控模塊。STM32單片機(jī)是一款基于ARMM3內(nèi)核的微控制器，片上資源十分豐富，總線寬度達(dá)到32位，并且內(nèi)置最大可達(dá)到128kbFlash，容量大，體積小。STM32單片機(jī)比傳統(tǒng)的8位單片機(jī)快上幾十倍，并且擁有豐富的I/O接口，利于實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)，而且價(jià)格低，性?xún)r(jià)比高。完全符合本設(shè)計(jì)要求。考慮到設(shè)計(jì)成本與設(shè)計(jì)需求，采用方案三。1.1.2顯示方案的選擇方案一：選用點(diǎn)陣數(shù)碼管作為顯示模塊，點(diǎn)陣數(shù)碼管由多個(gè)發(fā)光二極管組成，通過(guò)排列可進(jìn)行多種顯示，抗氧化能力強(qiáng)，并且價(jià)格便宜。但是本設(shè)計(jì)需要顯示的字符較多，并且所消耗的單片機(jī)管腳較多，會(huì)增加工作成本，考慮到本設(shè)計(jì)為一款智能手環(huán)，需要一定的美觀性，故舍棄此方案。方案二：選用0.96寸OLED顯示屏作為顯示模塊，OLED顯示屏的分辨率高，達(dá)到128*64，可以顯示許多字符，因此顯示效果極佳，并且OLED顯示屏具有兩種色塊可選，美觀性強(qiáng)，并且它不像LCD1602顯示屏需要背光，它具有自發(fā)光特性，因此它的功耗也低，同時(shí)它還具有多種連接方式，利于和單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)，并且工作電壓低。OLED顯示屏的制作材料也較少，因此性?xún)r(jià)比較高。方案三：選用LCD1602作為顯示模塊，LCD1602是一款字符型液晶顯示模塊，可以顯示16×2的數(shù)據(jù)，顯示清晰，顯示操作簡(jiǎn)單，但其顯示漢字較為繁瑣，一般不用于顯示漢字，具有體積小，功耗低的優(yōu)點(diǎn)，在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，并且價(jià)格便宜，外圍電路配置簡(jiǎn)單，但它工作溫度范圍小，低于0℃就不能正常工作，考慮到手環(huán)佩戴環(huán)境等因素，故舍棄。經(jīng)過(guò)分析，考慮本系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)心率血氧、體溫的顯示以及實(shí)際佩戴的美觀性，故選擇方案二。1.1.3心率監(jiān)測(cè)方案的選擇監(jiān)測(cè)心率的方法有創(chuàng)和無(wú)創(chuàng)的，有創(chuàng)的測(cè)量方法較為精確，但會(huì)對(duì)測(cè)量者造成損傷且不符合新冠疫情下人們對(duì)安全的需求，因此以下是尋找資料得到的無(wú)創(chuàng)方案。方案一：采用壓力傳感器監(jiān)測(cè)，壓力傳感器將采集的電信號(hào)變成心率，但測(cè)量信號(hào)弱，并且易受外界干擾，體驗(yàn)效果不佳，由于本設(shè)計(jì)需要較高的精確性，因此舍棄此方案。方案二：采用光電信號(hào)測(cè)量。此方案通過(guò)傳感器發(fā)射的光與皮膚接觸，測(cè)量反射、透射的光來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且此方案采集的數(shù)據(jù)與心電圖較為接近，滿足日常需求，目前也是市場(chǎng)上流行的心率監(jiān)測(cè)方案。方案三：采用心電信號(hào)測(cè)量。此方案類(lèi)似于醫(yī)院中的心電圖類(lèi)似，在本設(shè)計(jì)是一條心率帶，采集信號(hào)強(qiáng)，且精確性高，但電路復(fù)雜，占用空間大，抗干擾能力弱，并且佩戴位置固定，不適用于實(shí)際使用。綜上所述，采用方案二。1.1.4體溫模塊的選擇方案一：選用GX112數(shù)字溫度傳感器作為本設(shè)計(jì)的體溫采集模塊，它是一款精度高，功耗低的數(shù)字溫度傳感器，可以替代熱敏電阻，芯片內(nèi)部的12位ADC分辨率極低，串口功能豐富，可以外掛多個(gè)從機(jī)，并且測(cè)溫范圍廣泛，可用于通信，計(jì)算機(jī)，工業(yè)儀器測(cè)溫等。方案二：選用德州儀器的LMT70溫度傳感器作為本設(shè)計(jì)體溫采集模塊，它是一款精度高，低功耗，體積小的模擬溫度傳感器，它使用簡(jiǎn)單，通電后就能輸出，使用范圍廣泛，常用于醫(yī)療溫度計(jì)，電池供電測(cè)溫等，但是其封裝較小，不易焊接，而且需要搭配模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，成本較高并且其體積太小，需要緊貼皮膚，因此不考慮此方案方案三：選用DS18B20數(shù)字溫度傳感器作為本設(shè)計(jì)的體溫采集模塊，它可以提供9~12位的溫度測(cè)量，測(cè)量范圍廣泛，精確度高，并且不需要外部電源供