基于TRIZ理论的多功能心率仪系统的改进

刘春兰 姚胜钦 魏勇 赵嫦欣

【摘要】心率仪在现代社会不仅广泛应用于医疗系统，也成为一种普遍的家用仪器，为了解决现有家用测量仪器的单一性、使用繁杂的问题，笔者在此运用TRIZ创新理论方法，改变原有的系统，使用51单片机系统，增加了心率仪的功能。最终证明了运用TRIZ理论的特性传递分析能够快速建立基础系统，有效组成系统，并解决关键问题。

【关键词】TRIZ理论；心率仪；特性传递

一、初始问题描述

（一）工作原理

现有的电子心率观测功能是利用臂式血压压迫法，实现心率的测量；温度计和湿度计由红外线传感器或者内部的感温元件膨胀进行工作测量；PM2. 5的观测仪采用重量/微量振荡/β射线法进行PM2.5浓度的检测。其原理如图1。

（二）问题的提出

现有的电子传感类仪器受制于传感器的类型，无法拥有更多的功能，并且售价昂贵。人们的日常生活往往需要更多功能的检测器来测量数据，因此在观测数据时需要使用的仪器多，不利于操作，并且购置仪器需要花费高。

所以笔者希望开发制作一种多功能心率仪系统，其应该具备的主要优点有：（1）造价低廉，结构简单，系统组件容易获得。（2）测量精度高，功能齐全。

二、装置的技术系统分析

（一）特性传递

（1）识别体统的主要功能：观测仪的主要功能是观测环境数据及人体数据。（2）系统的优点、缺点：系统的优点是观测的数据准确，缺点是收集到的数据信息不完善，操作有一定限制。（3）确定竞争系统：可以观测数据的系统有心率计、温度计、湿度计、pm2.5检测器等，它们的功能都是可观测数据。如表1所示。（4）寻找备选系统：温度计、湿度计、电子心率仪。（5）确定基础系统：由于多功能心率观测仪是我们的目标，而且需要该系统的成本低，所以将测心率的功能作为基础系统的主要功能，因此心率计成为基础系统。（6）识别特性来源工程系统中造成优点的特性或者组件：由于我们选择了心率计作为基础系统，经过分析发现，温度计、湿度计中的DHT11/红外线传感器中的传感器组件是两系统的数据收集端口，而PM2.5的光学空气质量传感器可以实时检测空气中的PM2.5浓度，因此我们可以将温度计、湿度计中的DHT11传感器，PM2.5检测仪中的光学空气质量传感器接入心率计的控制器，在相应的程序下可以获得一个拥有多种功能的心率观测仪。

三、基于TRIZ原理的解决方法

（一）运用物理矛盾找出解决方案

通过上述分析可知，存在待解决的问题：如何在保证系统造价便宜的同时使系统收集的数据完善。

经过分析，我们在分离矛盾需求“基于系统级别分离”中找到突破方向，也即可以不通过解决“系统的数据收集组件多少和成本高低”这个问题来尝试解决这个矛盾，最终确定原理5：组合c。

根据“组合c”原理的提示，将原本的红外线传感器组件进行检测启动和观测心率组合即可实现一个双功能的传感器，所以“系统的数据收集数据的多少和成本高低”这个矛盾就不存在了。

（二）多功能心率仪的设计方案

将原本的电子心率计用相对廉价的单片机系统代替，降低成本；而电子溫度计、电子湿度计更替为DHT11传感器系统；PM2.5监测器也相应更替为单片机系统。为了携带方便和加强安全性能，供能电源可为干电池或者5V的电源输入，与常规仪器相比，该系统成本低廉，操作简单，效果直观，可广泛用于日常生活的环境及人体检测。

四、结语

（1）运用TRIZ理论的特性传递分析，找到了改进后系统的基础系统，通过矛盾的解决方法找到了改进原有系统的最理想系统。（2）改进后系统不仅具有原有系统的测量心率的功能，也因为增加了传感器的原因具有新的功能，给人们的生活带了便利。

参考文献

[1]兰羽.基于AT89C51单片机的心率体温测量仪设计[J].国外电子测量技术，2013（03）：63.

[2]徐瑞雄，杨博，王篧飞，李香坪，肖芳菲，郭建强.基于51单片机的心率测量及预警系统设计[J].电子制作，2016（12）：15.

作者简介：刘春兰（1989.03—），女，汉族，四川人，硕士，助理实验师，研究方向：光纤传感；姚胜钦（1997.05—），女，汉族，重庆人；魏勇（1987.06—），男，汉族，内蒙包头人，博士，讲师，研究方向：光纤传感、大学生创新教育；赵嫦欣（1991.03—），女，汉族，黑龙江齐齐哈尔人，硕士，助理实验员，研究方向：光纤传感。