基于CC3200物联网家居护理系统的研究与设计①

魏 佳， 贾婧媛， 赵香玉， 宋 雷

(1.佳木斯大学生命科学学院,黑龙江 佳木斯 154007；2.佳木斯大学信息电子技术学院，黑龙江 佳木斯 154007；3.佳木斯大学校医院，黑龙江 佳木斯 154007；4. 佳木斯市疾病预防控制中心，黑龙江 佳木斯 154007)

0 引 言

传统的医疗方式是当病人发现身体有不舒服的情况的时候，就要去医院找医生进行病痛的治疗。这样既麻烦又耽误时间，甚至是几分钟治疗的关键时间，严重的话会导致病痛的加重甚至是有生命的危险。随着Wi-Fi网络技术的发展，如果人们自己可以在家进行一些基础的身体信息测量，再将这些信息通过Wi-Fi物联网技术传到医生那里，这样既方便又节省了时间[1]。基于Wi-Fi物联网技术的家居护理系统可以为用户提供更便捷、更高效的生活方式。在这个科技愈发成熟的时代中，家居护理系统可以为用户做很多基础的事情，比如测量体温、测量血压、测量血氧、测量心率等。通过与Wi-Fi互联网的连接，可以实时的观察人体健康水平，做一些最基础的保障健康的工作。当人体发出危险信号时，家居护理系统都可以速度并且灵敏的发现并发送给用户，以阻止危险的发生或者降低安全风险[2]。

1 基于CC3200物联网家居护理系统的结构

1.1 总体设计方案的结构

系统总体方案结构如图1所示[3]。

1.2 采集终端节点的设计

采集终端节点的结构设计如图2所示。通过采集终端节点从而将获得的数据通过屏幕给病者看，甚至可以传送到网上。在终端节点的电路中，整个电路的核心是CC3200芯片，它可以通过天线与路由器网关进行通信，从而受到开关的控制以及网络的控制。当该家居护理系统收到测量命令的时候，该家居护理系统可以同时向三个传感器发送信号，因此系统会接受数据。该系统分为三个模块，分别是测量体温、血压血氧以及脉率。而CC3200芯片在这里起到的作用就是将这些测量信息传输到液晶屏和蜂鸣器。整个系统的能量由充电电池来提供，该充电电池可以进行充电反复利用，无线也便于携带，还可以通过休眠而节能，这样可以节省能工作时间[4]。

2 系统的具体方案设计

2.1 温度采集方案

人体的体温是人体健康状况的重要数据之一，正常人体的温度是在36℃～37℃之间，一旦低于或者高于这个数值就会产生不良的后果，说明人体正在发生疾病或者已经发生疾病。体温是人体发生新陈代谢等一系列行为而产生的热量，所以体温作为人体健康的基本测量信息是有依据的。在实际生活中，最为常见的是用水银测量计进行人体体温的测量，运用的原理就是水银遇热体积会变大。还有的是用热敏电阻原理以及获取人体红外热谱图的方式来进行人体体温的测量。总之，获取温度的方式有很多种，但是在此家居护理系统中选择的是接触式热敏电子元件的方式进行人体体温的测量。需要做的就是把温度传感器贴紧手腕，这样就可以进行人体体温的测量。但是测量需要等待十分钟左右，需要的是一个稳定的数据，这样的数据更为准确，有利于作为诊疗依据。选择DS18B20温度传感器进行操作，DS18 B20体积小，价格低，抗磨，它小巧玲珑，便于使用[5]。

图1 系统总体方案结构图

图2 采集终端节点的结构图

2.2 血压采集方案

有一种表示血压值的方法是用舒张压和收缩压的平均值来表示，医学上称它为平均压。高血压应该不陌生，这是老年人最常见的疾病之一，所以血压的检测特别地重要。目前，绝大多数电子无创血压测量技术都是基于示波法设计的。在手臂或手腕上戴上充气袖套，在测试开始后加压，并停止动脉血流。这个时候可以通过心跳频率，血管就能随之产生周期性的震动，也就是平常所说的脉搏的跳动。血管震动的幅度如果与充气袖带的压力重叠，那么充气和放气的动作就会停止，血管震动的幅度会随着充气袖带的压力的降低而变化着，血压的测量采用了EP85v1.5型号的电子血压测量模块。

图3 血氧的采集程序框图

2.3 血氧采集方案

血氧是SpO2，它是指血液中血红蛋白与氧气结合的百分比，然后达到一定程度的饱和度。一克血红蛋白可溶解高达1.36mL的氧气，因此100%氧饱和度为1.36mL氧饱和度可以用以下方式来表示：氧饱和度等于实际一克的血红蛋白结合的氧气除以1.36，按百分比计算，单位为毫升。人体正常血管的氧饱和度在95%至99%之间，血氧是人体血液中携带的氧气，氧气量不应该过低，正常来讲一般不宜低于百分之九十四。如果血氧含量低于百分之九十四，那么血液中携带的氧气量就不足，就会产生供氧不足的现象，所以，血氧也应该作为人体健康的基本测量信息之一。血氧模块YS1000数字血氧模块，该模块采用朗伯-比尔定律设计，该测量模块获取信息后由电路以及微处理器处理后再通过设备或者PC将测得的结果显示出来。这个血氧模块由两部分组成：一个橡胶探针和一个处理电路。该血氧处理模块有很多优点，比如体积小，便于安装，可靠性强，可以为人体基本健康信息提供准确的测量信息等等。该血氧测量模块也易于集成[6]。

3 软件设计

基于CC3200物联网家居护理系统的软件很多，可以分成采集终端节点软件、无线路由器软件、上位机监控软件三大方面，不在此一一举例，仅给出采集终端节点血氧的采集程序框图如图3所示。

4 结 语

利用Wi-Fi物联网技术，采用高性能、接口方便的CC3200芯片作为系统主要元器件，着重对于家居护理系统方面进行研究与设计，以期为人们的生活和工作提供更多的帮助。