CN109805903B - 一种脉搏监测系统及心率检查方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种生命体征监测系统，包括：Arduino Uno微处理器、ESP8266芯片、脉搏传感器模块和报警单元，其中脉搏传感器模块的正极连接到Arduino Uno微处理器的5V接口，负极连接到GND接口，脉搏传感器模块的检测端S端对应的连接到Arduino Uno微处理器的A0接口。本发明的结构设计简单合理，成本低，有效解决家中独居老人生命体征数值长时间的实时监测及警示问题，适用性广泛，可满足多种场合生命体征实时监测的基本要求。
Description
技术领域
本发明属于家用医疗设备技术领域，具体涉及一种脉搏监测系统及心率检查方法。
背景技术
随着老龄化社会的加剧，越来越多的老人的健康状况无法及时得知，导致老人在健康状况下降的时候无从知道，只有在病情严重才能发现，但是往往为时已晚。所以需要为老人设计一种随身携带、监控生命体征的监测设备。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种脉搏监测系统及心率检查方法，能够随时监测到老人的脉搏，并能够进行报警。
本发明的技术方案，包括：
一种生命体征监测系统，包括：Arduino Uno微处理器、ESP8266芯片、脉搏传感器模块和报警单元，
其中脉搏传感器模块的正极连接到Arduino Uno微处理器的5V接口，负极连接到GND接口，脉搏传感器模块的检测端S端对应的连接到Arduino Uno微处理器的A0接口；
ESP8266芯片的VCC端和CH_PD端连接后与Arduino Uno微处理器的3.3V接口相连，ESP8266芯片的RXD端与TXD端分别与Arduino Uno微处理器的数字口D1TX与数字口D0RX相连，ESP8266芯片的GND端对应Arduino Uno微处理器的GND连接。
所述报警单元包括串联的第一分压电阻和蜂鸣器，一端连接到Arduino Uno微处理器的数字口D6PWM接口，另一端连接到Arduino Uno微处理器的GND接口。
所述报警单元包括串联的第二分压电阻和第一发光二极管，一端连接到ArduinoUno微处理器的数字口D8PWM接口，另一端连接到Arduino Uno微处理器的GND接口。
所述报警单元包括串联的第三分压电阻和第二发光二极管，一端连接到ArduinoUno微处理器的数字口D10PWM接口，另一端连接到Arduino Uno微处理器的GND接口。
所述ESP8266芯片还用于通过无线通信的方式与上位机连接。
一种使用上述生命体征监测系统获得心率的检查方法，包括：
a、利用所述脉搏传感器模块的光源对照射皮肤，并透过皮肤表层探测皮下动脉充血容积变化，透射形成不同的光信号；
b、利用光电变换器采集上述光信号并将光信号转化成电信号，再输送给所述Arduino Uno微处理器，所述Arduino Uno微处理器接收电信号并记录为对应的电压值；
c、由所述Arduino Uno微处理器根据设定的采样频率进行连续采样获得与脉搏强度对应的电压采样曲线；根据预设的时间参考阈值，在电压采样曲线上截取对应的时间区域，并获得该时间区域范围内的最高电压值和最低电压值，然后向该时间区域的两端根据设定的步长增加选取，再重新确定最高电压值和最低电压值，当最高电压值和最低电压值不变时不再增加选取，并确定时间参考阈值累积步长之后的终值；
d、根据电压采样曲线上获得的最高电压值和最低电压值，确定为波峰和波谷，根据两个电压值的差值从而获得振幅，并根据波形上升周期的时间中点的电压值与波峰、波谷的电压值进行比较，判断有效则作为一个特征点；
e、在步骤c的基础上以确定的最高电压值对应的时间为起点、以步骤c确定的终值为截取的时间区域的宽度，确定下一个最高电压值和最低电压值；然后重复步骤d，确定下一个特征点；
f、计算两个特征点的时间差并以此获得心率值；
g、根据预设值N，连续采集N个心率值，并计算得到最终的心率值。
其中步骤c中，预设的时间参考阈值根据普通人的心率最高值确定宽度，根据心率值换算成连续两次脉搏对应的时间差，以此确定预设的时间参考阈值。
步骤c中，每次增加的步长是预设的时间参考阈值的0.1-0.2倍。
步骤d中，判断的方法是，将时间中点的电压值分别与最高电压值和最低电压值做差计算，然后除以振幅，如果得到的任一数值小于0.2则判断无效，如果大于等于0.2则判断有效。
本发明的结构设计简单合理，成本低，有效解决家中独居老人生命体征数值长时间的实时监测及警示问题，适用性广泛，可满足多种场合生命体征实时监测的基本要求。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明提供的脉搏监测系统的结构示意图。
图2是手指脉搏检测结果曲线图。
图3是耳垂脉搏检测结果曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例提供一种脉搏监测系统，包括：Arduino Uno微处理器、ESP8266芯片、脉搏传感器模块和报警单元，
Arduino UNO微处理器采用的微处理器是ATmega328，包括14个数字输入输出IO、6个模拟输入IO、16MHz的晶振、USB接口、电源接口、复位按钮等。
ESP8266芯片是乐鑫信息科技在2015年推出的WiFi芯片，该芯片凭借其高集成度、低功耗和易用性在物联网应用领域获得了肯定，是实现基于WiFi远程控制最好选择。
它的大小比一元硬币还要小，它可将用户的物理设备连接到Wi-Fi无线网络上，进行互联网或局域网通信，实现联网功能。ESP8266是个完整且成体系的Wi-Fi网络解决方案，使用时单片机通过串口用AT指令来实现wifi连接、网络通迅。
脉搏传感器采用500-700nm的波来采集皮肤浅层的脉博跳动信息，然后经过放大电路，让信号输出端有一个连续的信号输出。脉搏传感器由光源和光电变换器两部分组成，通过绑带或夹子固定在病人的手指或耳垂上。光源一般采用对动脉血中氧和血红蛋白有选择性的一定波长(例如560nm)的发光二极管。当光束透过人体外周血管，由于动脉搏动充血容积变化导致这束光的透光率发生改变，此时由光电变换器接收经人体组织反射的光线，转变为电信号并将其放大和输出。由于脉搏是随心脏的搏动而周期性变化的信号，动脉血管容积也周期性变化，因此光电变换器的电信号变化周期就是脉搏率。
其中脉搏传感器模块的正极连接到Arduino Uno微处理器的5V接口，负极连接到GND接口，脉搏传感器模块的检测端S端对应的连接到Arduino Uno微处理器的A0接口；
ESP8266芯片的VCC端和CH_PD端连接后与Arduino Uno微处理器的3.3V接口相连，ESP8266芯片的RXD端与TXD端分别与Arduino Uno微处理器的数字口D1TX与数字口D0RX相连，ESP8266芯片的GND端对应Arduino Uno微处理器的GND连接。
所述报警单元包括串联的第一分压电阻和蜂鸣器，一端连接到Arduino Uno微处理器的数字口D6PWM接口，另一端连接到Arduino Uno微处理器的GND接口。
所述报警单元包括串联的第二分压电阻和第一发光二极管，一端连接到ArduinoUno微处理器的数字口D8PWM接口，另一端连接到Arduino Uno微处理器的GND接口。
所述报警单元包括串联的第三分压电阻和第二发光二极管，一端连接到ArduinoUno微处理器的数字口D10PWM接口，另一端连接到Arduino Uno微处理器的GND接口。
上述报警单元可以实现本地的声光报警功能，便于老人自己及时获得自身的生命体征状况，并及时寻求帮助。
所述ESP8266芯片还用于通过无线通信的方式与上位机连接。从而实现了将采集的数据上报给上位机或者入网的手机等通讯设备，使远程可以获得老人的生命体征状况，及时发现，及时反应。
实施例2
如图2-3所示，本实施例提供一种使用上述生命体征监测系统获得心率的检查方法，包括：
a、利用所述脉搏传感器模块的光源对照射皮肤，并透过皮肤表层探测皮下动脉充血容积变化，透射形成不同的光信号；
b、利用光电变换器采集上述光信号并将光信号转化成电信号，再输送给所述Arduino Uno微处理器，所述Arduino Uno微处理器接收电信号并记录为对应的电压值；
c、由所述Arduino Uno微处理器根据设定的采样频率进行连续采样获得与脉搏强度对应的电压采样曲线；根据预设的时间参考阈值，在电压采样曲线上截取对应的时间区域，并获得该时间区域范围内的最高电压值和最低电压值，然后向该时间区域的两端根据设定的步长增加选取，再重新确定最高电压值和最低电压值，当最高电压值和最低电压值不变时不再增加选取，并确定时间参考阈值累积步长之后的终值；
d、根据电压采样曲线上获得的最高电压值和最低电压值，确定为波峰和波谷，根据两个电压值的差值从而获得振幅，并根据波形上升周期的时间中点的电压值与波峰、波谷的电压值进行比较，判断有效则作为一个特征点；
e、在步骤c的基础上以确定的最高电压值对应的时间为起点、以步骤c确定的终值为截取的时间区域的宽度，确定下一个最高电压值和最低电压值；然后重复步骤d，确定下一个特征点；
f、计算两个特征点的时间差并以此获得心率值；
g、根据预设值N，连续采集N个心率值，并计算得到最终的心率值。
其中步骤c中，预设的时间参考阈值根据普通人的心率最高值确定宽度，根据心率值换算成连续两次脉搏对应的时间差，以此确定预设的时间参考阈值。
步骤c中，每次增加的步长是预设的时间参考阈值的0.1-0.2倍。
步骤d中，判断的方法是，将时间中点的电压值分别与最高电压值和最低电压值做差计算，然后除以振幅，如果得到的任一数值小于0.2则判断无效，如果大于等于0.2则判断有效。
本发明的结构设计简单合理，成本低，有效解决家中独居老人生命体征数值长时间的实时监测及警示问题，适用性广泛，可满足多种场合生命体征实时监测的基本要求。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (3)
1. 一种利用生命体征监测系统获得心率的检查方法，其特征在于，所述生命体征监测系统包括：Arduino Uno 微处理器、ESP8266芯片、脉搏传感器模块和报警单元；
其中脉搏传感器模块的正极连接到Arduino Uno 微处理器的5V接口，负极连接到GND接口，脉搏传感器模块的检测端S端对应的连接到Arduino Uno 微处理器的A0接口；
ESP8266芯片的VCC端和CH_PD端连接后与 Arduino Uno 微处理器的3.3V接口相连，ESP8266芯片的 RXD端与 TXD端分别与Arduino Uno 微处理器的数字口D1TX与 数字口D0RX相连，ESP8266芯片的 GND端对应 Arduino Uno 微处理器的GND连接；
所述报警单元包括串联的第一分压电阻和蜂鸣器，一端连接到Arduino Uno 微处理器的数字口D6 PWM接口，另一端连接到Arduino Uno 微处理器的GND接口；
所述报警单元还包括串联的第二分压电阻和第一发光二极管，一端连接到ArduinoUno 微处理器的数字口D8 PWM接口，另一端连接到Arduino Uno 微处理器的GND接口；
所述报警单元还包括串联的第三分压电阻和第二发光二极管，一端连接到ArduinoUno 微处理器的数字口D10 PWM接口，另一端连接到Arduino Uno 微处理器的GND接口；
所述ESP8266芯片还用于通过无线通信的方式与上位机连接；
所述检查方法，包括：
a、利用所述脉搏传感器模块的光源对照射皮肤，并透过皮肤表层探测皮下动脉充血容积变化，透射形成不同的光信号；
b、利用光电变换器采集上述光信号并将光信号转化成电信号，再输送给所述ArduinoUno 微处理器，所述Arduino Uno 微处理器接收电信号并记录为对应的电压值；
c、由所述Arduino Uno 微处理器根据设定的采样频率进行连续采样获得与脉搏强度对应的电压采样曲线；根据预设的时间参考阈值，在电压采样曲线上截取对应的时间区域，并获得该时间区域范围内的最高电压值和最低电压值，然后向该时间区域的两端根据设定的步长增加选取，再重新确定最高电压值和最低电压值，当最高电压值和最低电压值不变时不再增加选取，并确定时间参考阈值累积步长之后的终值；
d、根据电压采样曲线上获得的最高电压值和最低电压值，确定为波峰和波谷，根据两个电压值的差值从而获得振幅，并根据波形上升周期的时间中点的电压值与波峰、波谷的电压值进行比较，判断有效则作为一个特征点；
e、在步骤c的基础上以确定的最高电压值对应的时间为起点、以步骤c确定的终值为截取的时间区域的宽度，确定下一个最高电压值和最低电压值；然后重复步骤d，确定下一个特征点；
f、计算两个特征点的时间差并以此获得心率值；
g、根据预设值N，连续采集N个心率值，并计算得到最终的心率值；
步骤d中，判断的方法是，将时间中点的电压值分别与最高电压值和最低电压值做差计算，然后除以振幅，如果得到的任一数值小于0.2则判断无效，如果大于等于0.2则判断有效。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
步骤c中，预设的时间参考阈值根据普通人的心率最高值确定宽度，根据心率值换算成连续两次脉搏对应的时间差，以此确定预设的时间参考阈值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
步骤c中，每次增加的步长是预设的时间参考阈值的0.1-0.2倍。
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