温川雪张冠营

生理数据移动监测系统

温川雪张冠营

（广州医科大学信息技术教研室广州510182）

论文提出一个基于智能手机，具有监测患者体温与脉搏和自动报警功能的系统。该系统由多生理传感器获取人体的生理参数，使用蓝牙传送到被测者的智能手机终端进行数据存储和处理。当人体的生理参数异常时，会自动给预设电话发送短信、拨打电话或者直接报警处理。被测者的家人或医生也可以远程发送命令，调取被测者的生理参数，随时了解被测者的生理状况。该系统不但能实时远程监控被测者的生理参数，当被测者处于危险状态无法自救时，系统的自动化处理还可以为挽救患者赢得珍贵的时间，对空巢老人、养老院以及无法自主处理的残疾人士具有很好的应用价值。

生理参数；自动报警；智能手机；远程监测

Class NumberTP309

1引言

随着中国社会老龄化程度的加剧以及外出务工子女越来越多，“空巢老人”日益增多。这些独居老人在出现紧急情况而不能自主打电话救助时，就会出现生命危险。这对不在老人身边的家人而言，是非常担心的。因此研制一个能够随时随地查询被测者身体健康状况、在危急情况下能够自动报警的系统，对“空巢老人”的家庭来说具有重要的意义。目前对生命体征测量国内普遍使用带有CRT或LCD显示屏的便携式监护仪，可是监护仪体积庞大，而且价格昂贵，不便于被监测人员的携带，对于那些需要实时监护的老人就很难实现［1～3］。

本系统通过手机终端实现多方同时实时监控，即被测者的家属和医生都可以远程监控被测者的重要生理参数，因此在被测者出现危机时能多方营救［4～5］。本系统可以采集脉搏、体温等生理参数，存储到数据库供医生等随时调用参考。

2系统简介

本系统由生理传感器、数据采集、蓝牙通信、电话及短信报警、数据网络存储、智能手机终端监控等六个功能模块组成，对反映人体机能的生理参数进行间断或实时动态监测［6］。能够远程控制监测被测者的生理参数，当生理参数出现异常时，被测者的手机能自动拨打预存的电话或者发送信息报警［7］。

图1 整体设计框图

3系统硬件设计

硬件实验主要包括单片机AT89C51控制模块、体温检测、脉搏检测、蓝牙传输和LCD显示五个功能模块。

控制模块采用的STC89C51RC是采用8051核的ISP（In System Programming）在系统可编程芯片，最高工作时钟频率为80MHz，片内含8K Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，具有在系统可编程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载到单片ROM。

体温检测模块选用美国DALLAS公司生产的DS18B20温度传感器。DS18B20工作温度范围是-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内温度测量精度为±0.5℃，用户可以设置最高和最低报警温度，设置值掉电不丢失。与传统的热敏电阻相比，它可把温度信号直接转换成串行数字信号供微机处理，且DS18B20与MCU单元接口采用单总线接口，仅需一根线读写，总线本身可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。体温检测模块的接口电路如图2所示，DQ为数字信号输入/输出端。

图2 硬件设计框图

脉搏传感器模块采用合肥华科电子研究所研制的HK2000-A，该产品采用高度集成化工艺将力敏元件（PVDF压电膜）、灵敏度温度补偿元件、感温元件、信号调理电路集成在传感器模块中，其灵敏度高、抗干扰性能强、过载能力大、一致性好，电源电压范围为3～12V DC，压力量程为-50～+ 300mmHg。输出高电平大于VCC-1.5V，输出低电平小于0.2V。HK2000-A的输出经CD4001缓冲输出直接送入80C51处理。脉搏检测模块的接口电路如图3所示。

图3 温度、脉搏传感器与80C51接口电路

蓝牙模块采用广州汇承信息科技有限公司的蓝牙串口模块HC-05-D。单片机80C51接蓝牙模块，使蓝牙模块处于从机工作状态，从而在单片机和智能手机之间虚拟了一根串口线，就可以将传感器采集的数据通过串口与智能手机的蓝牙适配器配对通信。蓝牙与单片机接口如图4所示。

图4 蓝牙模块与单片机接口

4系统软件设计

系统软件主要包括数据采集模块、数据传输模块、数据网络存储及报警模块、智能手机终端监控模块［8～9］。

数据采集模块主要是通过单片机控制温度传感器启动温度转换，对脉搏传感器产生的正脉冲进行计数。程序流程见图5。

图5 温度采集模块流程图

数据网络存储及报警模块主要是将智能手机端接收的数据通过手机网络将数据存储在服务器端，并判断数据是否正常。当体温高于38℃或低于36℃都视为不正常，当体温高于39℃视为高热。成年人的脉搏在安静状态下每分钟是60～80次。老年人脉搏若少于40次或超过140次，视为心率异常。若连续2次数据异常，则拨打预设的电话，发送预设的短信。数据网络存储及报警模块流程图如图8所示。

图6 脉搏采集模块流程图

图7 数据传输模块流程

图8 数据网络存储及报警模块流程

智能手机终端监控模块的主要功能是从互联网上的服务器中读取生理参数数据，并以图表的形式显示在智能手机的屏幕上，手机运行的操作系统支持Android系统。

5系统测试

5.1体温测量测试

实验分别使用DS18B20和水银温度计对5名志愿者的掌心温度进行测量，分别记录了如表1所示。

表1 体温测量数据

从表1可见，DS18B20温度传感器温测得数据较稳定，与用水银温度计测得的数据基本差0.1℃以内。

5.2脉搏测量测试

在正常情况下，使用HK2000A脉搏传感器对人体的脉搏进行测试，并记录脉搏数，同时人工对脉搏进行一分钟计数。连续多次进行测量，得到表2。

表2 脉搏测量数据

从表2可知，HK2000A脉搏传感器对脉搏的测量基本满足要求，测量误差控制在5%以内［10］。

5.3智能手机终端测试

在Android系统的手机终端设计了一款名为“生命卫视”的APP，用于接收和处理蓝牙传输过来的温度和脉搏数据［11］。

当软件运行时会提示是否连接蓝牙，选择“是”连接蓝牙模块。由单片机控制体温、脉搏的测量和蓝牙的发送。当生命卫士接收到数据后，判断体温和脉搏的数据是否在正常数值。若连续两次接收到的生理参数异常，生命卫士会自动给预设的电话号码发送信息或拨打电话。

实验时，当接收到的体温为37.5℃、脉搏为75次时，自动给预设电话发送信息提示：生命卫士提醒您，被测者体温异常，为37.5℃，脉搏正常为75次；当温度和脉搏正常时，不做处理；当体温高于38.5℃时，自动拨打预设电话。生命卫士根据时间来记录温度和脉搏的数据，并且有随时查看温度、查看温度图表、查看脉搏和查看脉搏图表的功能。

6结语

本系统实现了对体温、脉搏等生理机能指标进行实时监测，并通过手机终端对监测的数据进行分析。实验表明两种传感器都能准确获取生理参数，数据通过蓝牙模块能流畅地传输到手机端。当生理参数出现异常时，手机端能对预设电话发信息、拨打电话以及拨打120报警等处理方式。手机终端存储的生理参数也可以为医生的诊断提供依据。这对于空巢老人的健康关注、紧急自救和救援具有重要意义。

下一步，将会对远程服务器设计与搭建做进一步的讨论，以便于远程查看和管理数据。同时，也会对硬件采集模块进行扩充，增加更多的传感器获取更多重要的生理参数。

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PhysiologicalData Mobile Monitoring System

WEN Chuanxue ZHANG Guanying
（Information Technology Teaching and Research Section，Guangzhou Medical University，Guangzhou 510182）

A system based on smartphone which can monitor the patient's temperature and pulse as wellas alarm automatical⁃ly is proposed in this paper.System will obtain physiological parameters by the multi physiological sensors and transfer to patients' mobile phone for further process by Bluetooth.When patients'physiological parameters are abnormal，their phone will dialthe pre⁃setphone number or send message to alarm.Patients'family or doctor could also make order to obtain patients'parameters remotely. People can access patients'condition any time.Besides real-time monitor patient's parameters，system automatically alarm willwin precious time to save the patients.Ithas importantpracticalvalue to those elderly who live alone and disabled who can'ttake care of themselves.

physiologicalparameters，auto alarm，smartphone，monitorremotely

TP309

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.08.025

2017年2月7日，

2017年3月13日

国家自然科学青年基金项目（编号：61603106）；广州市教育科学“十二五”规划2013年度课题（编号：2013A142）；广州市属高校科研项目（编号：1201630320）资助。

温川雪，女，硕士研究生，讲师，研究方向：物联网、移动通信、教育技术。张冠营，男，工程师，研究方向：单片机开发、医疗仪器研发。