II第1章緒論1.1課題研究背景現(xiàn)階段的中國，人民生活水平的提高和科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)就醫(yī)模式早已無法滿足人們的生活需要。便捷、高效成了人們對于事物認(rèn)可的一大衡量標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)醫(yī)療模式下看病難、掛號(hào)難、醫(yī)師資源短缺、就醫(yī)不方便等一系列就醫(yī)問題正在困擾著我們。就醫(yī)作為關(guān)系民生的重點(diǎn)問題，怎樣更加科學(xué)有效的改善醫(yī)療環(huán)境，為患者提供更加便捷，科學(xué)的就醫(yī)方式，診斷方式具有重大的研究價(jià)值和歷史意義。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在世界各地不斷被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)研究和臨床治療，國內(nèi)的許多醫(yī)療機(jī)構(gòu)、業(yè)界專家也提出大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療領(lǐng)域。在引進(jìn)西方先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，鼓勵(lì)創(chuàng)新，不僅僅是技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新，運(yùn)營模式和思維方式也要發(fā)生改變。傳統(tǒng)模式下的線下就醫(yī)，患者通過醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行病情診斷的模式也發(fā)生了相應(yīng)的變化，人們對于生活品質(zhì)的追求促使著就醫(yī)模式的改變，技術(shù)創(chuàng)新帶來的是人們在家中、工作中就可以實(shí)時(shí)獲取自身信息，進(jìn)行自我診斷，進(jìn)而通過線上方式和醫(yī)師進(jìn)行溝通的訴求?；谖锫?lián)網(wǎng)的診療系統(tǒng)可以幫助用戶進(jìn)行自我檢測，獲取實(shí)時(shí)心率、脈搏和體溫信息等，了解掌握身體基數(shù)的變化，即使有效的進(jìn)行自我診治和就醫(yī)。依靠于醫(yī)師的檢測手段可以通過與互聯(lián)網(wǎng)、無線通信、傳感器技術(shù)的融合使得我們每一個(gè)普通人都可以科學(xué)有效的掌握自身信息，做出正確的應(yīng)對。1.2研究目的和意義物聯(lián)網(wǎng)也真正走進(jìn)了人們的生活中。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我們的衣食住行各個(gè)領(lǐng)域都占有極大的比重，越來越多物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品為我們的生活帶來好的改變。就醫(yī)作為關(guān)系民生的基本問題，一直是世界各國人民重點(diǎn)關(guān)心的問題，全世界每年都在醫(yī)療領(lǐng)域投入大量人力物力。面對各種醫(yī)療問題的不斷出現(xiàn)，醫(yī)療行業(yè)急需一個(gè)重大的變革，而物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療的誕生是順應(yīng)時(shí)代的產(chǎn)物，也是傳統(tǒng)醫(yī)療迎來變革的最佳契機(jī)。如何提高我國現(xiàn)階段的醫(yī)療水平，為人民提供更加便捷、更科學(xué)的就醫(yī)環(huán)境和病情自診斷服務(wù)這一難題隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大發(fā)展正變得簡單起來。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高速發(fā)展、信息化、數(shù)字化的今天，人們對于傳統(tǒng)生活中的衣食住行等各方面都在追求更高效、更科學(xué)的相關(guān)模式。人們?nèi)绾文軌蛟诩抑小⒐ぷ髦邢碛形锫?lián)網(wǎng)醫(yī)療所帶來的便捷服務(wù)，如何確保服務(wù)的安全可靠，在時(shí)間緊張的階段如何保證自身身體健康。使用物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品能否確保數(shù)據(jù)的精確、科學(xué)，不會(huì)因?yàn)檎`差而給用戶帶來麻煩，這一切都是物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療行業(yè)發(fā)展過程中必須面對的問題和挑戰(zhàn)。“基于物聯(lián)網(wǎng)的診療系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)”完全符合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為人們生活帶來便利和幸福的宗旨，通過對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用，把人們?nèi)粘Ｉ钪袑w溫、心率、脈搏等人體生命體征數(shù)據(jù)信息的檢測結(jié)合在一起，通過相關(guān)聯(lián)的傳感器模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測，幫助用戶及時(shí)、科學(xué)的、精確的獲取自己的身體信息，及時(shí)做出應(yīng)對，對用戶的健康管理起到至關(guān)重要的保護(hù)作用。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2015年3月，國務(wù)院頒布了《2015-2020年國家衛(wèi)生規(guī)劃綱要》，其中規(guī)定在中國實(shí)施一項(xiàng)全面的云服務(wù)計(jì)劃，并積極傳播移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算。促進(jìn)智能網(wǎng)絡(luò)醫(yī)療服務(wù)使所有人受益，也就是說，使所有人受益。因特網(wǎng)為優(yōu)化醫(yī)療經(jīng)驗(yàn)提供了新的途徑，通過各種裝置（RFID、傳感器、二維碼、GPS）將每個(gè)物體連接到因特網(wǎng)上。根據(jù)一項(xiàng)關(guān)于人與物體之間交流的協(xié)議，為了提高醫(yī)療試驗(yàn)的質(zhì)量，衛(wèi)生服務(wù)和改善人的健康對于促進(jìn)國家健康和實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)具有重要意義和深遠(yuǎn)意義。在物聯(lián)網(wǎng)的影響下，歐洲的移動(dòng)醫(yī)療影像得到了迅速的發(fā)展，通過這項(xiàng)技術(shù)，醫(yī)生和病人可以使用智能手機(jī)或電腦來使用醫(yī)療數(shù)字影像數(shù)據(jù)，如：CT、X光和MRI。提高服務(wù)質(zhì)量，降低醫(yī)療成本，改善醫(yī)患關(guān)系，保護(hù)環(huán)境和能源。1.4課題研究內(nèi)容本文的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一種低成本、便捷、高精確度、易操作的結(jié)合人體機(jī)能信息采集檢測和采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。能夠?qū)崿F(xiàn)用戶實(shí)時(shí)的對于自身生命體征的檢測裝置，并存儲(chǔ)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，為達(dá)到科學(xué)健康的身體管理，也為臨床診療提供數(shù)據(jù)支持。使用ARM公司推出的STM32F103微控制器作為主控制器，通過PulseSensor心率傳感器實(shí)現(xiàn)測量心率和MLX90615非接觸式紅外溫度傳感器實(shí)現(xiàn)體溫測量。通過上位機(jī)系統(tǒng)和ESP8266串口WIFI模塊將采集的信息輸入到PC端的上位機(jī)系統(tǒng)中。采用MySQL數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)采集到的體征數(shù)據(jù)，用戶可以及時(shí)獲取自身的具體信息，并做出及時(shí)的救治，保護(hù)自己的健康。針對上述內(nèi)容主要進(jìn)行了以下研究：（1）STM32單片機(jī)開發(fā)板MCU存儲(chǔ)模塊擁有64kb到256kb的閃存和20kb到64kb的集成SRAM，新系列使用了LQFP64、LQFP100和LFBGA100，多種容器維持主軸的永久位置，產(chǎn)品的選擇、性能和足球需要個(gè)人使用滿足且設(shè)備的變更最小。（2）對人體健康狀態(tài)的各項(xiàng)身體指標(biāo)有著科學(xué)的了解，并掌握基本病情的處理以及用藥知識(shí)，用戶需要通過“基于物聯(lián)網(wǎng)的診療系統(tǒng)”獲取自身信息后，對照相關(guān)數(shù)值掌握自身具體情況，并做出科學(xué)的應(yīng)對。作為開發(fā)者要掌握基本信息，并對設(shè)備指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。（3）掌握PC端上位機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，以及WIFI無線通信的使用方法步驟，將傳感器模塊采集獲取的數(shù)據(jù)信息輸送到上位機(jī)中，方便用戶獲取信息。（4）基于物聯(lián)網(wǎng)的診療系統(tǒng)可以根據(jù)測量用戶的心率、脈搏變化情況獲得心率、脈搏波形圖，醫(yī)生通過觀察波形圖呈現(xiàn)的變化情況為患者提升提供相對應(yīng)的治療。（5）通過phpStudy平臺(tái)的MySQL數(shù)據(jù)庫開發(fā)本系統(tǒng)專用數(shù)據(jù)庫，對用戶體征檢測的體溫、心率值、脈搏值等數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，便于用戶掌握自身情況以及為醫(yī)生的臨床診斷提供準(zhǔn)確、科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。第2章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)在系統(tǒng)開發(fā)的過程中，如何在實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)目標(biāo)的前提條件下，不斷優(yōu)化、改進(jìn)開發(fā)方案，達(dá)到行之有效的目的至關(guān)重要。合理的選擇方案會(huì)讓系統(tǒng)的開發(fā)起到事半功倍的效果。本系統(tǒng)基于單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)和無線通信技術(shù)設(shè)計(jì)了一個(gè)基于STM32的物聯(lián)網(wǎng)診療系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對用戶個(gè)人生命體征的實(shí)時(shí)、科學(xué)、精確的檢測，通過數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，為用戶掌握自身身體狀況和醫(yī)師的臨床診斷提供數(shù)據(jù)支撐。2.1系統(tǒng)分析2.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路本系統(tǒng)是為了打造一款使用便捷、高效、科學(xué)的物聯(lián)網(wǎng)診療系統(tǒng)。能夠?qū)崿F(xiàn)用戶實(shí)時(shí)的對于自身生命體征的檢測裝置，并存儲(chǔ)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，為達(dá)到科學(xué)健康的身體管理，也為臨床診療提供數(shù)據(jù)支持。通過非接觸式紅外溫度傳感器檢測用戶體溫，通過心率傳感器檢測脈搏、心率值。傳感器獲取用戶信息，通過STM32主控制器調(diào)節(jié)設(shè)備，通過WIFI網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)到上位機(jī)中，保證用戶獲取體征信息的即時(shí)性、準(zhǔn)確性。用戶可以將檢測信息存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中，構(gòu)成數(shù)據(jù)檔案。本著節(jié)能高效、高精確度、人性化的設(shè)計(jì)原則，系統(tǒng)特別采用ESP8266串口WIFI模塊來作為無線通信模式的載體，WIFI技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)一樣，都是短距離的無線通信技術(shù)，是一種網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。WIFI具有更寬的寬帶、更強(qiáng)的射頻信號(hào)、功耗低，安全性強(qiáng)的特點(diǎn)。WIFI早已融入人們的廣泛生活，為人們帶來諸多便捷。2.1.2可行性方案的設(shè)計(jì)對于一個(gè)系統(tǒng)的面試，其產(chǎn)品研發(fā)的可行性具有極其重要的影響?？尚行苑桨傅闹髦际且蟾鶕?jù)具體要求以全面的、系統(tǒng)的分析為重要方法，以經(jīng)濟(jì)效益最大化為核心，而作為醫(yī)療用途的基于物聯(lián)網(wǎng)診療系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更要追求安全、精確、科學(xué)的研發(fā)理念，對于該實(shí)驗(yàn)的各種項(xiàng)目，運(yùn)用大量的數(shù)據(jù)資料論證擬建項(xiàng)目是否可行。本系統(tǒng)擬利用STM32F103單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心控制器，采用ESP8266WIFI無線通信技術(shù)對用戶自身生命體征信息進(jìn)行采集，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到主控制器中，各項(xiàng)生命體征將通過上位機(jī)系統(tǒng)使用戶直觀獲取信息，并通過數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)用戶信息。2.2無線通信方案選擇無線通信是一種在多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間不需要通過電線或電纜的距離傳輸?shù)倪h(yuǎn)距離傳輸通訊，利用電磁波信號(hào)能夠在空間中傳播的特性實(shí)現(xiàn)信息的交換，是目前最快、應(yīng)用最廣泛的無線通信技術(shù)，無線移動(dòng)通信是無線通信與移動(dòng)領(lǐng)域的理想結(jié)合。目前，ZigBee、藍(lán)牙和WIFI是廣泛應(yīng)用的無線通信方式、GSM和CDMA是應(yīng)用較廣泛的遠(yuǎn)距離的無線，無線通信包括便攜式、固定式、移動(dòng)式的應(yīng)用，如個(gè)人數(shù)字助理和無線網(wǎng)絡(luò)，無線通信的例子有GPS、遙控器、無線鼠標(biāo)等。通過深入了解市場上的各種移動(dòng)通信方式，結(jié)合各自的特性、適用領(lǐng)域進(jìn)行分析，選取最適合基于物聯(lián)網(wǎng)的診療系統(tǒng)的通信方式，給予用戶最適合，最便捷的產(chǎn)品體驗(yàn)，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。2.2.1通信方式選擇本系統(tǒng)是在醫(yī)療診斷與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的前提下，意在打造一款區(qū)別于傳統(tǒng)就醫(yī)模式下的用戶個(gè)人生命體征自檢系統(tǒng)，用戶在非醫(yī)學(xué)領(lǐng)域相關(guān)地點(diǎn)例如居家、工作單位、外出旅游等地點(diǎn)，隨時(shí)隨地對自身生命體征數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，掌握自身身體狀態(tài)。對于產(chǎn)品使用過程中的及時(shí)性、便捷性等需求與多種通信技術(shù)進(jìn)行比對研究最終選擇適用范圍廣，高效、低成本，攜帶便捷的WIFI模塊。WIFI作為近年來最炙手可熱的無線通信技術(shù)，早已深入我們的生活當(dāng)中。2.2.2WIFI技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)是指“無線相容性認(rèn)證”的意思，它本質(zhì)上是一種商業(yè)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)認(rèn)證，是在無線局域網(wǎng)范疇中的一種定義。在過去，計(jì)算機(jī)是通過電纜連接到網(wǎng)絡(luò)上的，最常見的是無線設(shè)備，它們允許WLAN連接到無線電波覆蓋的活動(dòng)區(qū)域進(jìn)入無線路由器。如果無線路由器連接到ADSL線路或其他互聯(lián)網(wǎng)線路，它也被稱為熱點(diǎn)。WIFI模塊，也稱為WIFI串行導(dǎo)入模塊，是網(wǎng)絡(luò)上的傳輸層范疇，是用來將串口或TTL電平轉(zhuǎn)換為適合WIFI通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式電子模塊，擁有內(nèi)置的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE802.11b.g.n和TCP/IP協(xié)議。家庭中的常規(guī)無線信息可以允許安裝在嵌入式WIFI模塊中的設(shè)備直接連接到Internet。2.3系統(tǒng)硬件選型本系統(tǒng)主要是對用戶生命體征進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測與反饋，用戶想要獲取所需要的身體數(shù)據(jù)信息就需要傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，傳感器是檢測和控制系統(tǒng)的一個(gè)重要部分，是獲取外部信息的第一個(gè)關(guān)鍵。優(yōu)良的精確度、專業(yè)性是數(shù)據(jù)采集的核心和保障。醫(yī)學(xué)診斷需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，精確無誤的檢測，如果在信息采集的過程中不夠精確的采集信息，既違背了發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療的初衷，也嚴(yán)重危害用戶自身生命安全。在工業(yè)化的生產(chǎn)與制作過程中，自動(dòng)化檢測及控制檢測主要通過不同類型的傳感器來實(shí)現(xiàn)，并且通過傳感器檢測來的數(shù)據(jù)信息，使用戶獲得最直接的信息，從而做出各項(xiàng)應(yīng)對措施，醫(yī)生也將通過這些信息為患者進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷和治療，從而保證用戶的健康和利益。本系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)主要為用戶實(shí)時(shí)的體溫、心率、脈搏變化頻譜、實(shí)時(shí)脈搏值、心率值，針對這些數(shù)據(jù)的采集，如何選取傳感器就顯得極其重要，以下將對如何選取器件進(jìn)行論證。2.3.1單片機(jī)的選擇STM32主控制器的主要任務(wù)是處理和計(jì)算傳感器模塊中測量的數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)系統(tǒng)，并且接收上位機(jī)發(fā)來的指令，通過程序達(dá)到對設(shè)備的控制。而ARM系列的單片機(jī)具有很大的存儲(chǔ)空間對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化，而51單片機(jī)達(dá)不到這一要求，和51單片機(jī)相比，ARM單片機(jī)也相當(dāng)于一個(gè)微控制芯片，它的微控制芯片在接入了網(wǎng)絡(luò)模塊后，可以通過網(wǎng)絡(luò)和軟件進(jìn)行信息交換傳輸。由于STM32單片機(jī)的外界功能強(qiáng)大，可以根據(jù)用戶自己的需要隨時(shí)擴(kuò)展，可用性能力強(qiáng)，同是這一款單片機(jī)的集成度還很好，可以滿足不同用戶的不同需求，在進(jìn)行了多次的數(shù)據(jù)對比以及對預(yù)選傳感器性能特征的綜合考慮下，最后選擇的是STM32F103系列的開發(fā)板作為系統(tǒng)的中央處理芯片。該微控制器具有充足的外部接口，大部分外部端口能夠和外部低電壓連接，同時(shí)還可以擴(kuò)展外部中斷來實(shí)現(xiàn)一些功能。其中有兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器安裝在內(nèi)部總線上，該總線具有多個(gè)采集和保留收集到的數(shù)據(jù)的功能，在單片機(jī)里還可以集成了用來檢測溫度等數(shù)據(jù)的采集功能的模塊。STM32芯片如圖2-1所示。圖2-1STM32芯片圖2.3.2無線通信模塊的選擇為了能夠讓用戶在家中、在工作單位等非醫(yī)療場所都能獲得本系統(tǒng)帶來的服務(wù)便利，我們對無線通信方式做了深入的調(diào)查，最終選定WIFI無線通信模式。在深入調(diào)查了我國現(xiàn)階段主要使用的WIFI模塊種類以及各自的性能后，我們選出了三種較常見的WIFI模塊：第一種方案是采用5V直流電和串行傳輸接口建立環(huán)狀技術(shù)模型。但缺點(diǎn)是顯而易見的，能源消耗高，不穩(wěn)定，包裝嚴(yán)重?fù)p失，生產(chǎn)商是海凌科，型號(hào)為RM04。第二款是山東友人科技的產(chǎn)品，使用3.3V的直流電，尺寸小，耗電少，支持透傳。ESP8266模塊與RM04相比，其包損耗系數(shù)較低，支持透明的轉(zhuǎn)移功能；第三種是ESP8266串口WIFI模塊，具有3.3V直流電源，體積小，耗電少，支持透明傳輸，軟件包損失不嚴(yán)重，價(jià)格非常低。ESP8266提供了兩個(gè)官方的ROM系列，您可以使用該命令來配置大多數(shù)芯片的參數(shù)，但也可以設(shè)置Internet和UART之間的橋梁，設(shè)置直接耦合芯片。2.3.3人體溫度傳感器的選擇對于溫度測量的方法有很多，像我們平時(shí)生活中的體溫計(jì)就是一種玻璃管溫度計(jì)，玻璃管溫度計(jì)是利用熱脹冷縮的原理來實(shí)現(xiàn)溫度的測量的。根據(jù)測溫\t"/item/%E6%B8%A9%E5%BA%A6%E8%AE%A1%E5%8E%9F%E7%90%86/_blank"介質(zhì)的\t"/item/%E6%B8%A9%E5%BA%A6%E8%AE%A1%E5%8E%9F%E7%90%86/_blank"膨脹系數(shù)與\t"/item/%E6%B8%A9%E5%BA%A6%E8%AE%A1%E5%8E%9F%E7%90%86/_blank"沸點(diǎn)及\t"/item/%E6%B8%A9%E5%BA%A6%E8%AE%A1%E5%8E%9F%E7%90%86/_blank"凝固點(diǎn)的不同，其種類也有不同。隨著傳感器的不斷發(fā)展，越來越多不同類型的溫度傳感器被投入到日常生活的使用中。其中較常見的體溫檢測傳感器類型有熱電阻傳感器、熱敏電阻傳感器、熱電偶溫度傳感器、集成溫度傳感器等。在我們的日常生活中，常用的溫度計(jì)是玻璃管溫度計(jì)，是通過熱脹冷縮原理實(shí)現(xiàn)溫度的測量。隨著傳感器的發(fā)展，溫度傳感器越來越多。最常見的熱電阻溫度傳感器、熱電阻傳感器和熱電耦合器等。通過對市面上多種體溫傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)比對，最終選擇了更加契合醫(yī)療應(yīng)用的GY-MCU90615非接觸式紅外溫度傳感器，其精準(zhǔn)度高，誤差幅度小，功耗低，體積小，使用時(shí)無需接觸患者皮膚，對患者健康起到一定的保護(hù)作用。GY-MCU90615是一款低成本紅外溫度檢測模塊，工作電壓3-5v，能耗低，體積小：串聯(lián)接口，速度是960bps，11500bps，并使用通訊模式（TTL計(jì)劃）讀取紅外溫度數(shù)據(jù)，串行接口。在不同的環(huán)境下工作，并連接到個(gè)人的電腦和計(jì)算機(jī)。GY_MCU90615非接觸式紅外傳感器實(shí)物圖如圖2-2所示。圖2-2GY_MCU90615非接觸式紅外溫度傳感器圖MLX90615是一個(gè)紅外線非接觸式溫度探測感應(yīng)頭，這個(gè)敏感的紅外熱電堆探測器芯片和信號(hào)調(diào)理ASIC的集成在同一個(gè)微型的芯片中，它的體積極小，特別適合于醫(yī)療應(yīng)用，如應(yīng)用耳朵溫度計(jì)等等。溫度計(jì)出廠校準(zhǔn)設(shè)置為SMBus輸出，在整個(gè)可測溫度范圍內(nèi)溫度的分辨率為0.02℃。用戶可將輸出設(shè)置為PWM方式。MLX90615是一種無觸點(diǎn)紅外溫度傳感器，這種靈敏的紅外熱檢測芯片和ASIC信號(hào)調(diào)理器集成在同一個(gè)芯片中，體積非常小，特別適合于耳溫溫度計(jì)等醫(yī)學(xué)應(yīng)用。溫度計(jì)產(chǎn)商設(shè)置SMBus為輸出，溫度分辨率為0.02℃（即在可測量的溫度范圍內(nèi)）。用戶可以自定義輸出為PWM模式。2.3.4心率、脈搏傳感器的選擇脈沖傳感器是指脈沖信號(hào)檢測傳感器。脈搏是指動(dòng)脈的脈搏。脈搏傳感器用于檢測動(dòng)脈脈搏過程中的壓力變化，可以轉(zhuǎn)換成直觀的觀察和檢測電信號(hào)。根據(jù)輸出模式的不同，腕部傳感器有兩種類型：模擬輸出和數(shù)字輸出。根據(jù)信號(hào)比較，可分為壓電型、壓電型和光電型三種類型，光電脈沖傳感器通過在信號(hào)輸出端反射或反射來改變血管光通透性的變化。PulseSensor脈沖傳感器是一種用于測量脈沖的光電模擬心臟反射器。對于手指和耳朵等數(shù)字信號(hào)的檢測，脈搏波和心率變異性的測量就是這樣。通過簡單的計(jì)算各板，可以確定動(dòng)脈值，脈沖類型和脈沖率可連續(xù)傳送到計(jì)算機(jī)。目前，Arduino軟件和更高的處理器都鏈接到了適合研究的國外官方網(wǎng)站；科學(xué)教育為二次開發(fā)提供了動(dòng)力，非常愉快。心率、脈搏傳感器實(shí)物如圖2-3所示。圖2-3PulseSensor心率傳感器本章小結(jié)本章是對本系統(tǒng)所需使用的各類模塊進(jìn)行詳盡的描述，通過分析產(chǎn)品特性、用戶需求，結(jié)合市場行情，對所需的模塊進(jìn)行慎重的篩選。需要對用戶人體溫度、心率、脈搏進(jìn)行檢測。最終選定的方案為選取意法半導(dǎo)體公司出品的STM32F103單片機(jī)作為主控制器。在壓電式、壓阻式、光電式三種脈搏傳感器中選擇了小巧便捷、具有開源客戶端的PulseSensor心率傳感器，選擇在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，具有多年臨床應(yīng)用史的具有MLX90615非接觸式紅外溫度探測感應(yīng)頭的GY-MCU90615溫度傳感器。無線通信模塊為P8266串口WIFI模塊，各部分模塊緊密結(jié)合打造最貼合用戶感官的物聯(lián)網(wǎng)診療系統(tǒng)。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)的診療系統(tǒng)作為一款民用生命體征檢測系統(tǒng)，使用環(huán)境為非醫(yī)療場所，必須嚴(yán)格確保系統(tǒng)檢測的精確性、科學(xué)性，同時(shí)便捷，易操作也是需要重點(diǎn)考慮的影響因素。選取STM32微控制器作為控制中心。本設(shè)計(jì)采用無線通信的方式，WIFI作為近年來最炙手可熱的無線通信方式，早已與人們的生活密切相關(guān)。通過WIFI將傳感器采集的信息傳輸給上位機(jī)，這時(shí)人就可以通過上位機(jī)觀察自身生命體征信息，并做出有效應(yīng)對。3.1硬件設(shè)計(jì)總體框架本系統(tǒng)選用STM32F03微控制器作為控制中心，采用GY-MCU90615非接觸式紅外溫度傳感器采集體溫信息，采用PulseSensor光電反射式心率脈搏傳感器采集人體心率值、脈搏值，并將電信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，通過簡單運(yùn)算獲得數(shù)據(jù)，通過ESP8266串口WIFI模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，將采集的信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，使用戶可以直觀獲取信息。上位機(jī)在本系統(tǒng)中起到中樞的作用，負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)展示。在用戶完成個(gè)人生命體征檢測后，將系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，便于掌握自身健康狀況，同時(shí)為醫(yī)生后續(xù)的診療工作提供科學(xué)的、精確的數(shù)據(jù)支持。系統(tǒng)的硬件框圖如圖3-1所示。GY-MCU90615非接觸式紅外溫度傳感器PulseSensorGY-MCU90615非接觸式紅外溫度傳感器PulseSensor脈搏/心率傳感器PC端數(shù)據(jù)庫STM32主控制器ESP8266模塊圖3-1系統(tǒng)硬件框圖3.2感應(yīng)器數(shù)據(jù)收集模塊設(shè)計(jì)3.2.1溫度感應(yīng)器件電路設(shè)計(jì)GY-MCU90615是一種非接觸式的紅外溫度采集傳感器，工作電壓為3~5V，其中C2引腳接VCC供電電壓3~5V；TXD；PX為串口數(shù)據(jù)接收PXD；TX是串口數(shù)據(jù)發(fā)送TXD；PX為串口數(shù)據(jù)接收PXD；RST和SIM為內(nèi)部使用，不需連接，懸空；GND接地。其工作原理，是通過單片機(jī)讀取紅外溫度度數(shù)據(jù)，串口通信方式輸出。溫度傳感器的電路原理圖如圖3-2所示。圖3-2GY-MCU90615非接觸式紅外溫度傳感器電路原理圖3.2.2心率脈搏感應(yīng)器件電路設(shè)計(jì)在心率和脈搏的測量上選擇了PulseSensor心率脈搏傳感器，PulseSensor作為一款光電反射式模擬傳感器，使用的是光電容積法，檢測信號(hào)類型為光反射信號(hào)PPG，輸出信號(hào)類型為模擬信號(hào)。可通過杜邦線與開發(fā)板連接。上電后，傳感器會(huì)不斷從S腳輸出采集到的電壓模擬值。需要注意的是，印有心形的一面才是與手指接觸面，在測量時(shí)要避免接觸布滿元件的另一面，否則會(huì)影響信號(hào)準(zhǔn)確性。脈沖傳感器使用光模式。控制信號(hào)類型為光反射信號(hào)PPG、輸出信號(hào)類型模擬信號(hào)。連接后，傳感器產(chǎn)生模擬電壓。該傳感器有三個(gè)引腳，在脈沖信號(hào)發(fā)展階段連接到PA0端和STM32F103，網(wǎng)絡(luò)電壓為3.3V~5V，網(wǎng)絡(luò)電壓由5V下降約4mA。心率測量系統(tǒng)顯示在屏幕上觀察到的液體脈沖，這是由于LED光技術(shù)的電流脈沖。心率脈搏傳感器的電路原理圖如圖3-3所示。圖3-3PulseSensor心率脈搏傳感器電路原理圖心率計(jì)算：采樣數(shù)據(jù)處理算法的心率值是一分鐘的心率，獲得心率的最簡單方法是在一分鐘后計(jì)算脈沖的次數(shù)。2個(gè)相鄰脈沖之間的時(shí)間間隔除以1分鐘獲得心臟病發(fā)病率的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)脈沖計(jì)算和有效，因此IBI值和BPM值的兩個(gè)概念是IBI.1相鄰的時(shí)間間隔和兩個(gè)脈沖之間的相鄰時(shí)間間隔（單位：ms）。BPM（beatsperminute）心率，為1BPM=60/IBI。脈搏波頻圖如圖3-4所示。圖3-4脈搏波頻圖3.3ESP8266串口WIFI模塊ESP8266芯片是一系列無線模塊，具有自己的低成本固件?？梢赃B接到特定路由器并作為WLAN客戶端，還可以對正在使用的GPIO進(jìn)行編程。ESP8266串口WIFI模塊電路原理圖如圖3-5所示。圖3-5ESP8266串口WIFI模塊電路原理圖本章小結(jié)本章主要介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)的診療系統(tǒng)的主要硬件的設(shè)計(jì)以及對于用到的各個(gè)元器件硬件的性能特點(diǎn)、使用方法、功能實(shí)現(xiàn)效果和電路原理及構(gòu)成。硬件設(shè)計(jì)在系統(tǒng)開發(fā)的過程中起著至關(guān)重要的作用，想要是系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，硬件的選取和對其性能的把控十分重要，必須對各個(gè)器件進(jìn)行充分深入的了解。在進(jìn)行體溫的測量時(shí)，需要把傳感器貼近于用戶的額頭或是耳腔附近。通過醫(yī)學(xué)常識(shí)，設(shè)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。PulseSensor心率脈搏傳感器印有心形的一面才是與手指接觸面，在測量時(shí)要避免接觸布滿元件的另一面，否則會(huì)影響信號(hào)準(zhǔn)確性。

第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)對于本系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)主要涵蓋四方面，第一部分是無主程序的設(shè)計(jì)，最為系統(tǒng)最根本的設(shè)定，如何保證各個(gè)部分的正常運(yùn)行是最為關(guān)鍵的問題；第二部分是無線通信部分，包括ESP8266串口WIFI模塊環(huán)境的搭建，PulseSensor心率脈搏傳感感器平臺(tái)的搭建以及GY-MCU90615溫度傳感器程序的燒制；第三部分是上位機(jī)分析、展示部分，第四部分是本系統(tǒng)專屬的數(shù)據(jù)庫的制作。4.1系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境在單片機(jī)的開發(fā)過程中，軟件部分是不可或缺的重要組成部分。現(xiàn)階段我們對單片機(jī)軟件部分的開發(fā)常用的有Keil軟件，IAR軟件。前者可以運(yùn)行在許多不同的操作系統(tǒng)上。它的工程文件中不同的文件夾下，放不同的文件。ASM是啟動(dòng)文件，有3種文件方式stm32f10x_ld.s，md.s和hd.s，它們分別適用于不同容量的STM32芯片；USR文件夾下存放的是自己所建的文件；Lib用來存放STM32各種外設(shè)的驅(qū)動(dòng)代碼；System存放系統(tǒng)相關(guān)的.c文件。Keil5用戶界面如圖4-1所示。圖4-1Keil5用戶界面新建工程完成后，接下來是對工程環(huán)境編譯的設(shè)置，為了解決新建工程中出現(xiàn)的問題，需要對所建立工程的相關(guān)環(huán)境變量進(jìn)行設(shè)置。在編譯完成而且沒有錯(cuò)誤的情況下后會(huì)生成HEX文件。4.2主程序設(shè)計(jì)對于一個(gè)系統(tǒng)來說其核心功能的實(shí)現(xiàn)需要一個(gè)核心的主程序來進(jìn)行調(diào)控。主程序的任務(wù)是完成一些初始化操作?；谖锫?lián)網(wǎng)的診療系統(tǒng)在上電后數(shù)據(jù)采集設(shè)備還沒有開啟，同時(shí)啟動(dòng)系統(tǒng)主程序，調(diào)整選項(xiàng)上位機(jī)系統(tǒng)重置，各類傳感器設(shè)備進(jìn)行重置。通過引腳初始化，ADC初始化，之后對人體體溫、心率值、脈搏值進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)采集成功后通過單片機(jī)簡單運(yùn)算將將轉(zhuǎn)換成的數(shù)據(jù)信號(hào)在上位機(jī)中進(jìn)行顯示。主程序流程圖如圖4-2所示。YNYN開始系統(tǒng)初始化化讀取數(shù)據(jù)是否采集到數(shù)據(jù)？結(jié)束上位機(jī)顯示YN開始系統(tǒng)初始化化讀取數(shù)據(jù)是否采集到數(shù)據(jù)？結(jié)束上位機(jī)顯示圖4-2主程序流程圖4.3傳感器程序的設(shè)計(jì)4.3.1人體溫度采集程序設(shè)計(jì)非接觸式紅外溫度傳感器（GY-MCU90615）通過單片讀取紅外溫度數(shù)據(jù)，并與串行界面（TTL級）通信發(fā)送紅外溫度數(shù)據(jù)。有兩種連續(xù)的輸出和需求選擇，能夠適應(yīng)不同的工作環(huán)境，并能連接到所有單元和計(jì)算機(jī)。溫度采集流程圖如圖4-3所示。開始GY-MCU90614初始化發(fā)送數(shù)據(jù)指令結(jié)束開始GY-MCU90614初始化發(fā)送數(shù)據(jù)指令結(jié)束等待信號(hào)響應(yīng)讀取設(shè)備發(fā)送起始信號(hào)顯示溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)圖4-3溫度采集流程圖4.3.2心率脈搏數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)脈沖傳感器用于測量脈沖和脈沖：在測量心臟速率時(shí)，測量系統(tǒng)在屏幕上顯示觀察到的和目前的心臟速率，安裝了一個(gè)手動(dòng)測量系統(tǒng)來測量心臟的速率，脈沖感應(yīng)器的發(fā)光部分接近皮膚?？梢詸z測到脈沖心率脈搏采集流程圖如圖4-4所示。初始化NN初始化NN檢測脈沖讀取數(shù)據(jù)輸出心率脈搏值結(jié)束YYYY計(jì)數(shù)脈沖開始圖4-4心率值脈搏值采集流程圖4.4WIFI模塊代碼設(shè)計(jì)我們選用了ESP8266串口WIFI模塊，內(nèi)置了一個(gè)耗電低的處理器，0.4s的保護(hù)，他的間隔時(shí)間在2秒在之內(nèi)能夠喚醒它、將數(shù)據(jù)包連接起來，并且能相互傳遞；這個(gè)模塊的休息狀態(tài)消耗功率小于1.0mW(DTIM3)；而系統(tǒng)和電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)最重要的就是WIFI模塊的連接和配置。使用的模塊在與外部服務(wù)器相連時(shí)，他的的代碼中是具有相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的，它是上位機(jī)端口的代號(hào)，標(biāo)號(hào)是這個(gè)模塊連接到上位機(jī)的編號(hào)上。WIFI模塊具體的流程圖如圖4-5所示。連接上位機(jī)串口連接上位機(jī)串口NNIP地址是否正確結(jié)束YYYY配置IP地址開始圖4-5WIFI程序流程圖4.5上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心與關(guān)鍵。作為用戶與系統(tǒng)最直觀的接觸環(huán)節(jié)，簡潔美觀的上位機(jī)界面能讓用戶獲得更好的使用體驗(yàn)。在本系統(tǒng)上位機(jī)程序中，用戶通過調(diào)整指令獲取溫度信息。通過介紹上位機(jī)控制軟件開發(fā)程序和開發(fā)環(huán)境，給出軟件的機(jī)體功能。4.5.1上位機(jī)開發(fā)環(huán)境開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)的診斷和治療系統(tǒng)的程序是由VisualStudio開發(fā)的。IDE、UML工具、控制代碼工具等軟件。VisualStudio創(chuàng)建的目標(biāo)代碼可以在微軟支持的所有平臺(tái)上使用，包括微軟Windows、mobileWindows、EC、NetFramework、NetCompactFramework、微軟Silverlight和WindowsPhone。作為視頻工作室方案最常見的綜合開發(fā)環(huán)境，視頻工作室已被行業(yè)認(rèn)可，并根據(jù)最新版本的視頻研究2017.NetFramework4.5.2不斷推出。開發(fā)環(huán)境界面截圖如圖4-6所示。圖4-6VisualStudio開發(fā)環(huán)境界面截圖4.5.2上位機(jī)功能實(shí)現(xiàn)在上位機(jī)的設(shè)計(jì)中主要是會(huì)考慮到整個(gè)界面的美觀、協(xié)調(diào)，同時(shí)還要考慮到整個(gè)業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)使用的兩款傳感器GY-MCU90615非接觸式紅外溫度傳感器可以采集用戶實(shí)時(shí)的體溫?cái)?shù)據(jù)，而PulseSensor作為一款采集人體心率、脈搏極其變化規(guī)律的傳感器，有著一個(gè)開源的上位機(jī)系統(tǒng)，用戶可以在上位機(jī)界面上讀取心率值、脈搏間隔和脈象波頻圖。上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對硬件設(shè)備的人機(jī)交互，可以將傳感器采集到的參數(shù)通過下位機(jī)發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用戶通過上位機(jī)實(shí)時(shí)獲取自身生命體征數(shù)據(jù)。先初始化上位機(jī)中各個(gè)程序模塊，然后讀取串口中的數(shù)據(jù)，上位機(jī)發(fā)出的指令通過無線通信發(fā)送給下位機(jī)去執(zhí)行。在上位機(jī)中用戶可以根據(jù)所以下位機(jī)和通信設(shè)備的不同調(diào)節(jié)端口號(hào)和波特率，通過發(fā)送指令達(dá)到采集溫度的目的。上位機(jī)用戶界面如圖4-7所示。圖4-7上位機(jī)用戶界面截圖4.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)的診療系統(tǒng)作為一款醫(yī)用生命體征自檢系統(tǒng)，用戶不僅僅需要獲取自身信息，還需要將通過本系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，通過數(shù)據(jù)掌握自身健康狀況，同時(shí)這些數(shù)據(jù)也作為醫(yī)生對用戶病情進(jìn)行診斷治療時(shí)的參考資料和數(shù)據(jù)支持。phpstudy用戶界面如圖4-8所示。圖4-8phpstudy用戶界面截圖該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫是由PHPSTAPY開發(fā)的，它是一個(gè)綜合性的PHP測試環(huán)境方案，其中包括APACHE、PHP、MYSQL、PHPMYADMIN、ZENPA和D'ATHIZER的最新方案。本章小結(jié)本章的主要內(nèi)容是介紹了本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能的軟件設(shè)計(jì)，包括開發(fā)軟件的設(shè)計(jì)、體溫傳感器采集信息和心率脈搏信息才覺得的設(shè)計(jì)，無線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，上位機(jī)的開發(fā)以及數(shù)據(jù)庫的搭建。用配圖加文字的方式直觀的展示系統(tǒng)的軟件開發(fā)和程序設(shè)計(jì)。通過流程圖直觀的顯示系統(tǒng)各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)方法和設(shè)計(jì)思路。上位機(jī)的設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的核心，傳感器采集節(jié)點(diǎn)需要穩(wěn)定的工作環(huán)境和工作流程確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，上位機(jī)作為核心的調(diào)控部門，必須達(dá)到與用戶的高度戶體，用戶才能通過上位機(jī)完成對系統(tǒng)的調(diào)控和對數(shù)據(jù)的獲取。軟件部分的設(shè)計(jì)在整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)中是十分重要的貫穿系統(tǒng)開發(fā)的始終。

第5章系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)測試分為軟件的測試和硬件設(shè)備的功能調(diào)試。本章首先介紹了本系統(tǒng)設(shè)計(jì)所使用到傳感器和軟件開發(fā)環(huán)境，并介紹了系統(tǒng)主體功能的實(shí)現(xiàn)，本章還對調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題作了詳細(xì)的分析。硬件調(diào)試包括STM32主控制器的調(diào)試、傳感器模塊的調(diào)試、ESP8266模塊的調(diào)試；軟件部分則是對上位機(jī)和PulseSensor傳感器的開源測試系統(tǒng)進(jìn)行測試，以及數(shù)據(jù)庫功能的檢測。5.1.系統(tǒng)主體功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)試主要包括STM32主控制模塊調(diào)試、ESP8266串口WIFI模塊調(diào)試、電源電路調(diào)試、傳感器模塊調(diào)試等各個(gè)功能模塊的調(diào)試和整機(jī)調(diào)試。為了使程序更加完整完善，程序的調(diào)試是程序運(yùn)行的必經(jīng)步驟，要使程序正常運(yùn)行需要多次的調(diào)試才能達(dá)到完美，需要用到Keil軟件進(jìn)行程序的調(diào)試，這款軟件的特點(diǎn)是可以輸入程序和程序的運(yùn)行。在程序的運(yùn)行過程中還可以支持判斷和改正完善調(diào)試功能，使得達(dá)到程序正常運(yùn)作的標(biāo)準(zhǔn)。具體硬件調(diào)試內(nèi)容如表5-1所示。表5-1硬件調(diào)試內(nèi)容調(diào)試步驟調(diào)試內(nèi)容預(yù)期結(jié)論1電源電路可以輸出較穩(wěn)定的電壓，帶壓大小穩(wěn)定在3-5V2STM32主控制模塊系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)主控制芯片狀態(tài)良好可以穩(wěn)定運(yùn)行3ESP8266模塊電腦端可以通過IP地址和端口號(hào)獲取傳感器數(shù)據(jù)4傳感器模塊LED指使燈可以自動(dòng)變亮5.2心率脈搏采集功能測試脈沖傳感器不是用來測量脈沖和脈沖的模擬光電傳感器。當(dāng)血管測量脈搏時(shí)，手指、耳朵等部位承受不同的光透過人體組織的能力。濾波器對光電信號(hào)進(jìn)行放大，最后返回模擬電壓值。作為具有開源上位機(jī)程序的傳感器為開發(fā)人員提供很多幫助。PulseSensor傳感器硬件測試圖如圖5-1所示。圖5-1硬件連接圖及溫濕度顯示PulseSensor傳感器只有三個(gè)引腳，如圖5-2所示從上到下依次為信號(hào)輸出S腳、電源正極VCC以及電源負(fù)極GND，供電電壓為3.3V~5V，通過數(shù)據(jù)線連接到單片機(jī)的PC0腳。上電后，傳感器會(huì)不斷從S腳輸出采集到的電壓模擬值。在使用STM32F03開發(fā)板時(shí)，需要配置一個(gè)ADC（PC0），一個(gè)定時(shí)器，一個(gè)串口，一