基于Lora的脈搏采集設(shè)計與實現(xiàn)

金佩芬 董麗

摘要：隨物聯(lián)網(wǎng)時代大數(shù)據(jù)時代的到來，傳統(tǒng)單一的脈搏測量方式已經(jīng)不滿足時代的進步性，為此本文設(shè)計了一套以stm32單片機為控制核心，通過控制esp8266模塊接入onenet物聯(lián)網(wǎng)平臺的人體脈搏實時監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)采用MAX30102心率模塊對人體脈搏進行檢測，并通過lora搭建多節(jié)點網(wǎng)絡(luò)傳輸，實現(xiàn)了云平臺遠端實時監(jiān)測多節(jié)點脈搏值的功能，經(jīng)測試性能穩(wěn)定可靠，電路簡單且成本低廉。

關(guān)鍵詞： 單片機; 血壓脈搏測量; 物聯(lián)網(wǎng);

1引言

脈搏信息包含了很多人身體健康的信息，能反映出人的心血管機能。中醫(yī)醫(yī)生可以通過對患者脈搏來診測來了解患者的基本身體狀況，并且在西方醫(yī)療體系中脈搏仍然是一項身體狀況的重要指標。隨著時代和科技的發(fā)展，醫(yī)院中汞柱式脈搏血壓儀的一些弊端越來越明顯，繁瑣的操作步驟，橡皮材料的部件易老化，冬季衣著繁多操作更加不便，并且對于急性病患來講，時間就是生命。隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快和社會壓力的加重，絕大數(shù)人也都處于亞健康的狀況。所以迫切地需要一種全新的可實時檢測、多點監(jiān)測的脈搏檢測儀，價格適宜、功能可靠、易操作且維護方便，適用于大范圍人群集體檢測的系統(tǒng)。本文以STM32 單片機為硬件處理核心，結(jié)合MAX30102檢測模塊和Lora物聯(lián)網(wǎng)模塊，實現(xiàn)了對人體脈搏的集中監(jiān)控。

2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

該設(shè)計以單片機為控制核心。其功能是對多點位的人體脈搏信息進行監(jiān)控，并將信息實時傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)云平臺onenet。系統(tǒng)分為發(fā)射機與接收機。發(fā)射機可批量布置，發(fā)射機部分通過IIC通信協(xié)議加載MAX30102測量的數(shù)據(jù)信息，利用程序?qū)?shù)據(jù)進行計算和優(yōu)化，把優(yōu)化后的數(shù)據(jù)通過自身串口控制lora模塊將其傳輸至接收機。接收機向esp8266模塊發(fā)送AT指令，使系統(tǒng)接入局域網(wǎng)連接onenet物聯(lián)網(wǎng)平臺，將自身接收的數(shù)據(jù)傳輸至物聯(lián)網(wǎng)平臺，系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。

3硬件設(shè)計

3.1單片機控制模塊

本設(shè)計選擇采用STM32f103c8t6單片機為核心，其復位電路、晶振電路為主要核心電路，該單片機的cpu是Cortex-M3增強型MCU。cpu處理速度最高可達72 MHz，具有高達1MB的Flash、電機控制、USB和CAN。其FLASH（KB）大小為64RAM（KB），具有16位定時器數(shù)4個，工作電壓為2～3.6V。其電路設(shè)計如下圖。

3.2 esp8266 Wifi模塊

該系統(tǒng)是通過局域網(wǎng)接入onenet物聯(lián)網(wǎng)平臺，采用的esp8266是一款高性能的wifi模塊，且支持uart串口通信，ESP8266的應(yīng)用模式分為三種，AP模式、單STA模式和混合模式：

AP模式：可以將ESP8266作為熱點，可以讓其他的設(shè)備連接上它;

STA模式：可以連接上當前環(huán)境下的WIFI熱點。

在本設(shè)計中采用單片機串口1與其進行通信，通過發(fā)送AT指令，將esp8266設(shè)置成STA模式連接局域網(wǎng)，利用MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸至局域網(wǎng)下pc端上的onenet云平臺。其接線圖如下圖。

3.3 脈搏檢測模塊

脈搏數(shù)據(jù)檢測使用MAX30102模塊，它是一個集成的脈搏血氧儀和心率監(jiān)測儀生物傳感器模塊，它主要由紅外光LED、光電檢測器、光器件以及帶環(huán)境光抑制的低噪聲電子電路等組成。該模塊利用光電容積法測量心率，基本原理是利用人體組織在血管搏動時造成透光率不同來進行脈搏和血氧飽和度測量，該模塊采用標準I2C接口與STM32微處理器進行信息傳輸，便于后續(xù)對信息的處理，同時它具有體積小，安裝簡單的特點，可以快速高效的采集數(shù)據(jù)，其與單片機連接圖如圖4。

3.4 Lora通信模塊

本系統(tǒng)采用的 lora 模塊型號是 sx1278 是一種串口 lora 無線模塊，工作頻段默認是在 433MHZ，模塊具有數(shù)據(jù)的壓縮和加密功能。Lora 模塊具有三種傳輸功能分別是：透明傳輸、定點傳輸、廣播傳輸，通過控制M0、M1高低電平選擇模式。該系統(tǒng)發(fā)射端接收端都采用廣播模式進行設(shè)置，廣播模式下要求通信的信道和空率必須相同。否則將接受不到數(shù)據(jù)，廣播模式下發(fā)送時候信道相同的都可以收到廣播發(fā)送的數(shù)據(jù)，當廣播監(jiān)聽的時候信道相同的所有模塊都可以監(jiān)聽可以收集各個節(jié)點的數(shù)據(jù)。該模塊通過和單片機串口2進行通信將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機，其接線圖如下

4軟件設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計運用Keil5為開發(fā)環(huán)境，使用 C 語言進行軟件設(shè)計。系統(tǒng)開始運行后各點位對自身各模塊進行初始化，初始化成功后各發(fā)射端進入脈搏循環(huán)檢測模式，并通過IIC通信協(xié)議將MAX30102脈搏檢測模塊中的數(shù)據(jù)讀取出，通過Lora模塊以廣播狀態(tài)將數(shù)據(jù)實時發(fā)送給接收端，接收端通過esp8266將數(shù)據(jù)上傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺，程序流程圖如下。

6結(jié)語

本文所介紹的基于Lora的脈搏采集設(shè)計，主要實現(xiàn)了多點位脈搏采集集中監(jiān)控的功能，在實際應(yīng)用環(huán)境中，可根據(jù)實際應(yīng)用場景，增加采集點;例如醫(yī)院中可實現(xiàn)病人集體監(jiān)控，醫(yī)護人員可通過平臺查看病人現(xiàn)狀，該物聯(lián)網(wǎng)平臺還兼具閾值報警功能，可實現(xiàn)自動監(jiān)控報警的功能。在系統(tǒng)中采集器和平臺屬于雙向傳輸，可對平臺進行進一步優(yōu)化，實現(xiàn)定時檢測，點時進行測量，進一步降低能耗，但仍然存在不足，不能單點定位測量，設(shè)計仍然需要進行逐步的完善和優(yōu)化。

參考文獻

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