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可穿戴式脉搏监测手环设计与分析.docx
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可穿戴式脉搏监测手环设计与分析.docx
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近年来,随着社会经济的高速发展和人们生活方式的转变,心血管疾病逐渐成为人们死亡的一大重要
因素。脉搏检测作为心血管疾病重要诊断方式,也成为时下热门的研究方向
[
1
]
。脉图是脉管搏动的轨
迹,综合了心脏射血活动和脉波沿血管树传播途中携带的各种信息,而桡动脉处测量的压力脉搏波就
是血液在动脉管中传播和反射在桡动脉处的结果。相较于心电图,脉搏图测量方式更简便,这也意味
着中西医在脉象信息上具有相似的采集意义
[
2
]
。而随着科学技术的进步和传感技术的更新,使用科学
仪器诊断脉象成为时下热门话题
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3
]
。
卫佳骏
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4
]
研制了一种可进行三部脉诊的脉象装置,能够得到较好的脉象信息,但其机械结构复杂且体
积庞大,需要携带手提箱、电源等,使用起来并不灵活;苏小青等
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5
]
设计一种基于光电传感器的脉象
检测仪,该设备能够实现对脉象的非接触检测,但其并未实现对脉诊三部九侯的测量要求,且不符合
传统切脉方式;Antsiperov 等
[
6
]
提出一种基于气动传感器的脉诊装置,并结合中医的脉诊方式,进
行三部测量,能够得到良好的波形信息,但该设备气动机械结构较为复杂,设计成本较高。
针对上述不足,本文设计了一种三部诊脉装置,以 STM32 位主控芯片,为更好地复现医生诊脉场景,
选 取 MEMS 压 阻 传 感 器 实 现 对 寸 关 尺 脉 象 信 号 的 采 集 , 通 过 设 计 电 路 使 得 主 控 板 尺 寸 为
3cm*2.8cm,极大减小了设备体积,并通过蓝牙将脉象信息上传到手机端获得连续变化的脉搏曲线 ,
满足便携采样要求。同时,采用 LabVIEW 作为 PC 端的上位机,对获取的脉象信息进行初步的波形
预处理与特征参数提取。该系统较传统仪器体积小,可在手机与 PC 端使用,且功耗较低,经试验测
试效果良好。
1 工作原理与整体设计
系统主要由数据采集硬件部分和数据显示与分析的软件部分所组成。设计一种实时三部脉象检测装置 ,
主要功能如下:①能够对寸关尺三部进行可靠有效的信号采样;②能够将脉搏信息显示在 OLED 屏幕
上;③具有实时显示波形功能,并能够完成对脉象波形的相关处理;④能够通过无线传输模块实现脉
象信号的移动端显示。图 1 为便携式三部诊脉实物图。
图 1便携式三部诊脉实物
Fig. 1Physical picture of portable three-position pulse diagnosis
下载:'原图|'高精图|'低精图
整体系统采用搭扣式手环设计,当采集信号时,将手环绑紧在手腕上。当腕带收紧时,底部裸露的三
个传感器为采样探头,接收压力变化,经由主控芯片实现对压力信号的转换与发送。采样装置选用压
阻式传感器对脉搏跳动进行采样,其原理为被测物体表面的硅膜片收到机械应力产生形变时,载流子
迁移率发生变化,使得电阻发生变化,再通过惠更斯电桥将电阻变化转换为电压变换,实现压力测量
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7-8
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具体流程如图 2 所示,三部传感器采集到数据经由传感器内部处理芯片将数据发送至主控芯片进行处
理,主控芯片再将经由处理后的信号分三路发送,一路发送至蓝牙模块,一路经由计算后在液晶屏上
显示参数,最后一路通过串口通信发送至 PC 端处理。
图 2工作流程
Fig. 2Work ow
下载:'原图|'高精图|'低精图
2 硬件结构设计
系统使用的微处理器为 STM32F100,以 Cortex-M3 为核心,工作频率最高可达到 24MHZ,满足
了实时性要求,同时 F100 较 F103 封装更小,能够较好地减小装置的体积。并且,该芯片还具有两
个 I2C 接口、3 个 USART、多个 IO 口,能够满足系统需要
[
9
]
。装置硬件结构如图 3 所示。
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