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实时心率显示衬衫的设计与实现

范文

赵子鑫　汪瑛

摘要：该文是基于arduinoNANO开发板与Pulse Sensor心率传感器模块设计的一款具有实时性的便携式心率显示功能的衬衫，通过心率传感器检测实时心率，并通过HC-05蓝牙模块发送至同样搭载HC-05蓝牙模块的arduinoNANO开发板，并通过计算控制衬衫上的数码管或LED灯进行实时的心率效果显示。

关键词：蓝牙模块；便携式心率传感；可视化实时监测

中图分类号：TP338 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）18-0230-01

1背景

隨着智能化时代的到来，人们越来越关注身体的健康信息，医院里的心率检测设备又过于昂贵与笨重，而心脏病又是有突发性的疾病，目前市面的产品对于心率检测的结果只能过于单一的显示数值且不能实时进行显示，因此需要用户不停的发起检测来获取当前心率信息，这就对用户造成了频繁操作与重复劳动力。本项目利用单片机通过蓝牙无线连接心率传感器模块，实时获取心率结果，并将通过计算得到的数值转而由数码管或点阵LED在衬衫上进行实时显示，成本低，功耗低，可大面积对医院或普通用户投入使用，达到人人都能实时看到自己健康信息的目的。

2项目开发模式

本项目主要采用了IDE开发工具，运用C、C++等语言对ar-duinoNANO开发板进行编程，由于本项目目前主要基于ardumo平台进行开发，所以对于获取数据、对数据的处理与计算、以及数据的结果显示推送，皆由arduinoNANO开发板进行实现。

3项目的总体设计

便携式心率显示衬衫的结构如图1所示，本项目总方案设计主要包括2个部分，一个是可视化便携心率监测设备的整体硬件设计，一个是心率传感器模块采集数据的无线收发与数据处理的程序编程，使得由心率传感设备监测到的心率数据由蓝牙传输至单片机并最终能够在衬衫上所配置的数码管与LED点阵灯上实时显示。

4项目的硬件设计

本项目的硬件设计主要包括四个部分，包括开发平台，蓝牙传输模块，心率传感器模块，显示模块。

开发平台采用了Arduino公司生产的搭载ATMEL-MEGA328P芯片的arduinoNANO开发板。NANO开发板的特点是体积小，轻盈便携且功能强大，采用CH340芯片实现USB转串口，开发板上含有信号与可控制LED灯，含有可自定义按键，供电5V，将蓝牙模块与开发板的TXD/RXD进行直连，进行数据传输。

蓝牙模块采用HC-05，功能强大且较为便宜。蓝牙版本为蓝牙2.0，兼容性较高。

心率传感器模块采用了Pulse Sensor。心率传感器PulseSensor采用光电反射形式采集模拟信号进行心率检测，同样通过HC-05蓝牙模块进行数据发送。这款传感器的优点是体积小，功耗低，造价便宜，可工作于3.3V的电压下，而HC-05蓝牙模块有可供3.3V模块工作的电源口，所以可如此搭配。

显示模块可视化显示选用四位八段数码管与8*8点阵LED。数码管显示心跳数值，点阵LED显示心跳波形。

本项目的硬件设计如图2所示。

5项目工作流程

在本项目中，通过将连接了蓝牙模块的光电反射式心率传感器佩戴至人体的手指、手腕、或者耳垂等皮肤脂肪较薄且距离血管较近的部位，传感器通过人体脉搏的跳动规律不同监测光线经过不同血氧含量的血液的透光度，经过滤波与计算波峰值，从而得出心率值。之后由连接的蓝牙模块将数据无线发送至单片机控制器，通过程序对数据进行进一步的计算与转换，最后再通过单片机所连接的数码管与LED点阵灯进行心率数值与波形的实时显示。以此达到实时的对人体心率信息的一个可视化的效果。

6结束语

本文创新点：基于光电反射式的心率传感器设备与Arduino单片机通过蓝牙进行无线的数据传输，功耗更低，造价更低，相比较于大型医疗用心率监测设备更加便携、大众化，并且可以将心率信息实时动态显示，弥补了整个市面上的便携式心率监测设备不能实时反馈显示的不足，真实的达到了实时监测的目的。

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