无线可穿戴血氧饱和度测量系统

2019年6月无线可穿戴血氧饱和度测量系统许坚1，王聪2天津301700；天津300387）（1.天津怡和嘉业医疗科技有限公司，2天津工业大学，

呼吸系统疾病的发病率急剧上升。同时，当代青年的【摘要】随着时代的进步，人均寿命增加，人口老龄化趋势加剧，从而导致心脑血管疾病、

熬夜加班的生活工作模式也直接加剧了心脑血管的发病率，由运动健身不当反而对身体造成伤害的事件数不胜数。为解决上述问题本文基于

并将数据通过无线模块发送到PC端实现远嵌入式结合互联网技术与可穿戴设备，实现血氧饱和度的实时监控。通过该系统长时间连续采集，

为60岁以上的老人，每天工作12h以上以及热爱运动的人提供安全保障。系统采用STM32作为主控芯片，用MAX30100做采集前端，程监护。

采用模拟I2C的通信协议，并采用无线模块，通过无线模块将数据同步传输到上位机。【关键词】嵌入式；血氧饱和度；WIFI通信【中图分类号】【文献标识码】【文章编号】（2019）R318.6A1006-422206-0260-02

1绪论随着人均寿命逐渐延长袁人口老龄化问题日益严重遥伴随而来的将是心脑血管疾病的发病率的上升袁突然发病丧失生命的人也会增多遥

与此同时袁年轻人更加注重健康生活袁每天健身遥然而袁每年因不正确健身或身体不适而参加极限运动最终受伤甚至死亡的人也有很多遥

血氧饱和度可以很好的反应人生理的健康情况袁通过实施监测其变化可以有效的起到预警和警报的作用袁减少因突发疾病造成的死亡袁和运动过量导致的机能受损遥

因此袁我们迫切需要一款可以实时监测的可穿戴血氧检测设备遥

1.2.1国外研究现状

1.1课题研究背景及意义

3系统和硬件电路设计3.1主控芯片设计

射光具有不同的吸收率[4]遥根据理论可知人体血液中Hb和HbO2在红光和红外光的波长范围内的吸收率遥一般情况下选择660nm的红光和940nm的红外光作为入射光源遥

在检测方式上袁本系统采用反射式检测作为系统测量血氧饱和的方法遥

我们选用意法半导体渊ST冤公司的STM32F103C8T6作为主控芯片渊MCU冤袁其作用是对血氧模块采集到的数据进行接收尧解析和处理遥为保证MCU的正常工作袁还需要外围电路组成最小系统遥最小系统包括院电源电路尧调试接口尧复位电路尧晶振电路遥

我们选用美信渊MAX冤的MAX30100芯片作为本系统的血氧采集芯片遥MAX30100利用光电二极管收集由手指反射的携带人体信息的红光和红外光袁经过处理器可以得到脉搏波袁进而获得血氧饱和度值遥

1.2国内外研究现状

3.2血氧采集模块设计

在生理信号检测方面袁我国还处于起步阶段袁20世纪80年代才陆续出现遥秦皇岛康泰医学系统有限公司生产CMS9000监测仪遥该监护仪同时监测心电尧血压尧脉搏等多个生理参数袁具有集成化袁数字化的特点袁但与国外同类产品比较袁在测量的准确性尧稳定性以及抗干扰等方面仍具有差距[2]遥

1.2.2国内研究现状

美国VivoMetirc公司推出针对睡眠失调设计的野LifeShirt冶生命衣袁对人体健康进行监护遥但售价过于昂贵袁使用不便袁其应用领域局限在大中专院校的科研领域[1]遥

3.3无线同步方案设计

2系统参数无线通信方便远程监测并将数据传输到服务器云端袁有利于数据异地的处理尧分析尧计算和归纳袁本系统采用ATK-ESP8266WIFI模块遥该模块应用串口渊LVTTL冤与MCU通信袁并内置TCP/IP协议栈袁可实现WIFI和串口的数据转换遥

因为本系统中数据有连续性和准确性的特点袁因此袁我们选用TCP/IP协议发送数据遥确保数据的完整传输遥

2.1血氧饱和度的定义

4系统实验结果人体内血红蛋白在氧分压高的地方与氧结合形成氧合血红蛋白渊HbO2冤袁反之形成还原血红蛋白渊Hb冤遥血氧饱和度就是指血液中HbO2的含量占全部血红蛋白的百分比遥

血氧饱和度的有创测量是指抽取动脉中的血液袁利用血气分析或分光光度计法计算血氧遥有创的方法检测结果准确袁但是检测时间长袁易对患者造成痛殴甚至感染袁而且不能提供连续实时的测量[3]遥

2.2.1血氧饱和度有创测量

4.1环境仿真舱测试

2.2血氧饱和度的测量方法

血氧饱和度的无创测量不侵入人体袁不造成机体创伤遥通过监测动脉脉搏搏动期间光吸收亮的变化在利用朗伯-比尔定律计算后得血氧饱和度[3]遥

据研究表明袁人体血液中的HbO2和Hb对波长不同的入

2.2.2血氧饱和度无创测量

渊1冤本实验对象为3名男性袁身体将康遥平时有正常的体育锻炼和活动袁无心肺病患史遥

渊2冤实验过程院在环境舱进行环境模拟袁选择3名主试人员袁选择3名被试人员进行测试遥开始实验时先在环境舱外进行环境和血氧检测袁测试时间10min遥然后主试者和受试者一起进入缓冲舱渊常温冤袁准备升舱遥环境舱和缓冲舱以5m/s的速度上升到达实验舱内的海拔为3650m袁环境温度为-10益遥测试10min气压尧气压温度尧血氧后袁共测4次遥系统测试结束后袁缓慢的降海拔降温袁主试者同受试者出舱缓和30min袁并测量其环境信息和血氧信号遥结束实验后袁对上位机存储的数据进行分析遥

4.2实验室测试结果分析

实验室成员以迈瑞公司生产的型号为MEC-1000的多生理参数监护仪为标准和本系统进行对比袁数据对比显示血氧

2019年6月论述261

浅析城市轨道交通运营安全预警系统（广州新科佳都科技有限公司，广东广州510000）卓玟道并在这个基础上，对城市交通轨道【摘要】在对城市交通道路运营的安全预警系统进行分析时，要以城市交通轨道的建设作为研究的背景，

通过前期的系统方案的理论实验分析，发现交通的建设方案和结构设计进行制定和实施，并按照设计方案对系统的核心技术进行深入的研究。

对增强建设期间的运城市轨道交通安全预警系统的建立在一定程度上能够对城市里的道路运输建设的监测预警能力提高有着非常大的帮助，

营管理水平有着非常大的影响。

安全；预警系统【关键词】城市轨道交通；运营；

【中图分类号】【文献标识码】【文章编号】（2019）U298A1006-422206-0261-02

引言最近这些年来袁我国主要核心城市的道路交通运营正在以非常大的方式展开袁并渐渐地向着智能化的运营方向发展遥由于很多条轨道建设路线在同一时间已非常快的速度建设之前的独立操作系统或者机械化操作方式在一定程度上已经不能符合当下城市轨道交通建设对居民住宅和机动车全方面控制的要求遥特别是在很多线路同时运营的阶段中袁非常难得获得全面尧全面的信息袁实现可视化监控袁从而很难保证整个线路试验进度的有序尧高效完成袁以及各相对独立系统的独立调试遥在城市道路运输线路的同一时间运营过程中袁项目覆盖的场地非常大袁场地不集中袁运营时间长袁造成项目风险预警袁运营进度自动管理袁动车统一管理等方面实施起来相对比较困难遥在充分了解轨道交通运营全阶段信息的基础上袁采用各种方法对大量的信息数据进行集成和共享袁搭建轨道交通运营安全监测预警系统遥在这个基础上实现风险预警袁以非常快的速度对出现的问题进行处理袁提高安全管理能力遥

1城市轨道交通建设安全预警市场研究为了达到城市轨道交通建设过程中的全方位信息集成和分享的目的袁从四个方面对城市轨道交通运营过程中的安全预警的需求进行大量的分析遥

渊1冤服务目标遥城市轨道交通建设的安全监控贯穿于土木工程运营尧车辆调试和试运营的全阶段遥服务的主要用户为轨道交通企业尧安全质量监督部门尧安全监测及相关管理部门尧设备系统建设管理部门尧应急响应部门等相关部门的领导决策者遥不同的用户可以进行运营安全管理袁前提是按照不同的业务需要袁并采用城市轨道交通建设安全预警系统对整个运营阶段进行状态监测尧事故防治和过程处理等遥

渊2冤功能要求遥通过使用整体的风险预警信息的收集袁对轨道交通运营的整体监控和风险预警进行加强遥利用信息技术对土木工程运营进度进行管理袁全方位对盾构机及运营参数的监测进行实时处理遥对运营过程中的各项参数进行划分袁建立安全风险指标尧设备调试和运营效果指标遥通过信息搭建模型和信息模型传入功能袁对主要城市轨道交通建设基本指标的建立和安全监测预警系统的分析进行全方位实现遥另外袁还应该在非常大的程度上对正在建设的道路运输线路的整体信息管理和动态预警进行全方位监测遥

渊3冤数据要求遥为了保证数据的精确性尧瞬时性和高效性袁使用信息分类尧业务判断和信息管理袁论证了综合数据袁分析了数据真实性和数据传输效率等问题袁找出不同因素之间的相关性遥在准备进行试运作期间对业系统的业务和信息进行

饱和度的测量差值在+1%内袁证明该系统具有较高的可靠性和准确性遥

将上述实验过程中每个人在进舱前室温尧实验舱低温低压尧出舱后室温室压测得的血氧饱和度值每10min计算一次平均值遥所得数据稳定准确袁表明本系统可以采集人体不同气压尧温度下的血氧饱和度袁在低温环境下系统工作稳定遥

4.3环境仿真舱结果分析

测试工作袁但还是有需要完善的地方遥

渊1冤可以增加更多的接口袁开发更多功能遥

渊2冤完善系统的续航能力袁实现更长时间的实时监测遥渊3冤本实验测得是复合环境对血氧饱和度的影响袁实验中忽略了单因素如海拔尧情绪等因素的干扰袁因此需要大量实验遥本文设计了一种面向老人尧白领尧青年的血氧饱和度监测系统遥该系统具有体积小尧实时性尧成本低尧低功耗的特点遥

通过实时远程监测血氧饱和度袁可以大大降低患有脑血管疾病的老人袁工作超过12h的白领袁健身登山尧极限探险的年轻人因突发状况而丧命的概率遥为人民的健康生活保驾护航遥

[1]鄂俊霏.儿童专用监护仪的任性化设计与研究[D].太原理工大学袁2013.

[2]万光时.无线生理参数检测系统的研制[D].北京服装学院袁2008.[3]贺忠海.医学电子仪器设计[M].机械工业出版社袁2014.

[4]袁昌成.基于心电身份识别的多生理参数监测系统[D].杭州电子科技大学袁2016.

5总结与展望5.1总结

6结论5.2展望

本系统搭建了血氧饱和度无线采集系统遥该系统可以广泛的应用于登山探险尧应急救援尧社区尧家庭等领域袁可以长时间采集血氧饱和度的信息袁并将数据上传到上位机中遥本文的大致研究工作及结果如下院

渊1冤本系统完成了硬件电路和算法的设计遥按照集成化尧体积小的原则袁对电路进行调试和测试袁确保系统正常工作遥

渊2冤本文完成了血氧采集系统的测试和实验遥在测试中本系统能够较准确的采集到不同气压和温度下的血氧信息遥并将采集到的信息发送到上位机遥

本文虽然完成了血氧饱和度采集系统的硬件尧算法以及

参考文献

收稿日期：2019-3-18