可穿戴監測設備的整體設計案例綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u22850可穿戴監測設備的整體設計案例綜述 1181431.1系統總體設計 1244461.2控制方案的選擇 2100891.2.1單片機芯片的選擇 2142711.1.2顯示方案的選擇 2138671.1.3心率監測方案的選擇 3137091.1.4體溫模塊的選擇 31.1系統總體設計本系統的設計是基于新冠疫情背景下，人們對于生命體征實時數據的需要，所設計的一款可穿戴式生命體征監測系統設計，簡單就說，就是一款智能手環。隨著中國科技的發展，可穿戴智能技術極大方便了人們日常生活[3]，并且智能穿戴技術應用范圍十分廣泛，針對的領域也很多，健身、醫療、娛樂等等。與傳統醫療監測設備相比，它是便攜式的，實時監測，價格便宜更適合于現代生活。本設計由STM32單片機作為主控模塊，結合體溫采集模塊、心率血氧模塊以及OLED顯示模塊組成。對使用者的心率、血氧飽和度和體溫等體征數據進行實時觀察和研究，并實時顯示數值，提醒使用者注意身體狀態。本設計方案框圖如圖1.1所示。圖1.1系統方案圖1.2控制方案的選擇1.1.1單片機芯片的選擇方案一：采用意法半導體（ST）公司的STC89C52單片機。它是一款低功耗的8位單片機，系統性能高。它具有系統可編程閃存控制器。不需要像STC89C51一樣的12V的VPP可編程控制高壓。此款單片機功耗低、接口多，價格便宜。符合本設計要求。方案二：采用ArduinoUNO開發板作為本設計主控模塊。此款單片機開發板是ArduinoUSB的新版本，它具有14位數字輸入輸出，具有豐富的引腳功能，板載的數字引腳和模擬引腳足足有20多個，其內置芯片外設資源豐富。內部為8位AVR單片機，并且連接方式簡單，方便上手，開發環境簡單，程序燒寫容易，但其價格昂貴，而且體積較大，不符合本設計需求。方案三：采用意法半導體（ST）公司的STM32微控制器作為主控模塊。STM32單片機是一款基于ARMM3內核的微控制器，片上資源十分豐富，總線寬度達到32位，并且內置最大可達到128kbFlash，容量大，體積小。STM32單片機比傳統的8位單片機快上幾十倍，并且擁有豐富的I/O接口，利于實驗開發，而且價格低，性價比高。完全符合本設計要求?？紤]到設計成本與設計需求，采用方案三。1.1.2顯示方案的選擇方案一：選用點陣數碼管作為顯示模塊，點陣數碼管由多個發光二極管組成，通過排列可進行多種顯示，抗氧化能力強，并且價格便宜。但是本設計需要顯示的字符較多，并且所消耗的單片機管腳較多，會增加工作成本，考慮到本設計為一款智能手環，需要一定的美觀性，故舍棄此方案。方案二：選用0.96寸OLED顯示屏作為顯示模塊，OLED顯示屏的分辨率高，達到128*64，可以顯示許多字符，因此顯示效果極佳，并且OLED顯示屏具有兩種色塊可選，美觀性強，并且它不像LCD1602顯示屏需要背光，它具有自發光特性，因此它的功耗也低，同時它還具有多種連接方式，利于和單片機實驗開發，并且工作電壓低。OLED顯示屏的制作材料也較少，因此性價比較高。方案三：選用LCD1602作為顯示模塊，LCD1602是一款字符型液晶顯示模塊，可以顯示16×2的數據，顯示清晰，顯示操作簡單，但其顯示漢字較為繁瑣，一般不用于顯示漢字，具有體積小，功耗低的優點，在嵌入式系統應用廣泛，并且價格便宜，外圍電路配置簡單，但它工作溫度范圍小，低于0℃就不能正常工作，考慮到手環佩戴環境等因素，故舍棄。經過分析，考慮本系統需要實現心率血氧、體溫的顯示以及實際佩戴的美觀性，故選擇方案二。1.1.3心率監測方案的選擇監測心率的方法有創和無創的，有創的測量方法較為精確，但會對測量者造成損傷且不符合新冠疫情下人們對安全的需求，因此以下是尋找資料得到的無創方案。方案一：采用壓力傳感器監測，壓力傳感器將采集的電信號變成心率，但測量信號弱，并且易受外界干擾，體驗效果不佳，由于本設計需要較高的精確性，因此舍棄此方案。方案二：采用光電信號測量。此方案通過傳感器發射的光與皮膚接觸，測量反射、透射的光來進行監測，并且此方案采集的數據與心電圖較為接近，滿足日常需求，目前也是市場上流行的心率監測方案。方案三：采用心電信號測量。此方案類似于醫院中的心電圖類似，在本設計是一條心率帶，采集信號強，且精確性高，但電路復雜，占用空間大，抗干擾能力弱，并且佩戴位置固定，不適用于實際使用。綜上所述，采用方案二。1.1.4體溫模塊的選擇方案一：選用GX112數字溫度傳感器作為本設計的體溫采集模塊，它是一款精度高，功耗低的數字溫度傳感器，可以替代熱敏電阻，芯片內部的12位ADC分辨率極低，串口功能豐富，可以外掛多個從機，并且測溫范圍廣泛，可用于通信，計算機，工業儀器測溫等。方案二：選用德州儀器的LMT70溫度傳感器作為本設計體溫采集模塊，它是一款精度高，低功耗，體積小的模擬溫度傳感器，它使用簡單，通電后就能輸出，使用范圍廣泛，常用于醫療溫度計，電池供電測溫等，但是其封裝較小，不易焊接，而且需要搭配模數轉換模塊，成本較高并且其體積太小，需要緊貼皮膚，因此不考慮此方案方案三：選用DS18B20數字溫度傳感器作為本設計的體溫采集模塊，它可以提供9~12位的溫度測量，測量范圍廣泛，精確度高，并且不需要外部電源供