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可穿戴监测设备的整体设计案例综述
目录
TOC\o1-3\h\u22850可穿戴监测设备的整体设计案例综述 1
181431.1系统总体设计 1
244461.2控制方案的选择 2
100891.2.1单片机芯片的选择 2
142711.1.2显示方案的选择 2
138671.1.3心率监测方案的选择 3
137091.1.4体温模块的选择 3
1.1系统总体设计
本系统的设计是基于新冠疫情背景下，人们对于生命体征实时数据的需要，所设计的一款可穿戴式生命体征监测系统设计，简单就说，就是一款智能手环。随着中国科技的发展，可穿戴智能技术极大方便了人们日常生活[3]，并且智能穿戴技术应用范围十分广泛，针对的领域也很多，健身、医疗、娱乐等等。与传统医疗监测设备相比，它是便携式的，实时监测，价格便宜更适合于现代生活。本设计由STM32单片机作为主控模块，结合体温采集模块、心率血氧模块以及OLED显示模块组成。对使用者的心率、血氧饱和度和体温等体征数据进行实时观察和研究，并实时显示数值，提醒使用者注意身体状态。本设计方案框图如图1.1所示。
图1.1系统方案图
1.2控制方案的选择
1.1.1单片机芯片的选择
方案一：采用意法半导体（ST）公司的STC89C52单片机。它是一款低功耗的8位单片机，系统性能高。它具有系统可编程闪存控制器。不需要像STC89C51一样的12V的VPP可编程控制高压。此款单片机功耗低、接口多，价格便宜。符合本设计要求。
方案二：采用ArduinoUNO开发板作为本设计主控模块。此款单片机开发板是ArduinoUSB的新版本，它具有14位数字输入输出，具有丰富的引脚功能，板载的数字引脚和模拟引脚足足有20多个，其内置芯片外设资源丰富。内部为8位AVR单片机，并且连接方式简单，方便上手，开发环境简单，程序烧写容易，但其价格昂贵，而且体积较大，不符合本设计需求。
方案三：采用意法半导体（ST）公司的STM32微控制器作为主控模块。STM32单片机是一款基于ARMM3内核的微控制器，片上资源十分丰富，总线宽度达到32位，并且内置最大可达到128kbFlash，容量大，体积小。STM32单片机比传统的8位单片机快上几十倍，并且拥有丰富的I/O接口，利于实验开发，而且价格低，性价比高。完全符合本设计要求。
考虑到设计成本与设计需求，采用方案三。
1.1.2显示方案的选择
方案一：选用点阵数码管作为显示模块，点阵数码管由多个发光二极管组成，通过排列可进行多种显示，抗氧化能力强，并且价格便宜。但是本设计需要显示的字符较多，并且所消耗的单片机管脚较多，会增加工作成本，考虑到本设计为一款智能手环，需要一定的美观性，故舍弃此方案。
方案二：选用0.96寸OLED显示屏作为显示模块，OLED显示屏的分辨率高，达到128*64，可以显示许多字符，因此显示效果极佳，并且OLED显示屏具有两种色块可选，美观性强，并且它不像LCD1602显示屏需要背光，它具有自发光特性，因此它的功耗也低，同时它还具有多种连接方式，利于和单片机实验开发，并且工作电压低。OLED显示屏的制作材料也较少，因此性价比较高。
方案三：选用LCD1602作为显示模块，LCD1602是一款字符型液晶显示模块，可以显示16×2的数据，显示清晰，显示操作简单，但其显示汉字较为繁琐，一般不用于显示汉字，具有体积小，功耗低的优点，在嵌入式系统应用广泛，并且价格便宜，外围电路配置简单，但它工作温度范围小，低于0℃就不能正常工作，考虑到手环佩戴环境等因素，故舍弃。
经过分析，考虑本系统需要实现心率血氧、体温的显示以及实际佩戴的美观性，故选择方案二。
1.1.3心率监测方案的选择
监测心率的方法有创和无创的，有创的测量方法较为精确，但会对测量者造成损伤且不符合新冠疫情下人们对安全的需求，因此以下是寻找资料得到的无创方案。
方案一：采用压力传感器监测，压力传感器将采集的电信号变成心率，但测量信号弱，并且易受外界干扰，体验效果不佳，由于本设计需要较高的精确性，因此舍弃此方案。
方案二：采用光电信号测量。此方案通过传感器发射的光与皮肤接触，测量反射、透射的光来进行监测，并且此方案采集的数据与心电图较为接近，满足日常需求，目前也是市场上流行的心率监测方案。
方案三：采用心电信号测量。此方案类似于医院中的心电图类似，在本设计是一条心率带，采集信号强，且精确性高，但电路复杂，占用空间大，抗干扰能力弱，并且佩戴位置固定，不适用于实际使用。
综上所述，采用方案二。
1.1.4体温模块的选择
方案一：选用GX112数字温度传感器作为本设计的体温采集模块，它是一款精度高，功耗低的数字温度传感器，