便携式健康手环硬件电路设计

张磊　刘海华　孙红礼　阴斌斌　杜强

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【摘 要】通过设计的传感电路，将用户的心率、体温、身体所处的运动状态、周围环境参数等信息通过蓝牙传输到智能手机再传输到云端，使用户可以对自己的身体、生活环境和状态进行分析。利用该装置可以监测佩戴者的健康状况，提高佩戴者的生活品质。

【关键词】便携式；健康手环；电路设计

1 系统整体结构及工作原理

随着科技进步发展，智能设备迅速普及，智能手环作为热门的健康管理设备在市场上迅速铺开[1]。本文设计的正是具有健康管理功能的便携式手环，系统分为两部分：下位机：由手环进行信息采集及处理；上位机：由手机APP进行数据处理、显示及上传。手环通过集成的多种传感器来采集佩戴者的心率、步数、体温，以及当前周围环境的温湿度、PM2.5值、磁场强度、所处方位等数据，并将采集到的数据发送给主控芯片CC2541，CC2541将接收到的数据经处理后通过蓝牙4.0发送给手机，结合手机端APP和手环自带OLED同步显示佩戴者的当前心率、体温、步数以及空气状况等信息，从而达到对使用者的健康状况进行监测和管理的目的。Android端的数据可以通过Wi-Fi或3G网络上传到Web服务器，记录用户每天的身体状况、周围环境与运动状态等信息。对用户的数据信息还可以开展数据挖掘和大数据分析等方面的理论研究及应用。

2 系统硬件设计

2.1 控制中心

选用TI公司的CC2541片载系统作为主控制器，并采用CC2541实现低能耗的数据传输[2]。结合多种传感器：红外温度传感器、心率传感器、空气污染传感器、加速度传感器、磁场传感器等传感器，采集佩戴者的心率、步数、体温、环境温湿度、PM2.5值、磁场强度、所处方位等数据，MCU将采集到的数据经处理后通过蓝牙4.0发送给手机。整个控制中心可分为三个部分：CC2541最小系统；蓝牙天线；数据传输接口。

2.2 心率采集电路

根据光电效应，心率传感器采用红外发射管和红外接收管。医学研究表明，随着心脏的跳动，人体组织的半透明度会随之改变。当血液送到人体组织时，组织的半透明度会减小，当血液流回心脏，人体组织的半透明度会增加。这种现象在手指尖、耳垂等部位最为明显。因此，可以用红外发射管来照射上述部位，用红外接收管附在该部位的另一侧，来检测透射光，并把光信号转换为电信号，该电信号的频率与人体每分钟的脉跳次数成正比，再将该频率信号放大、滤波、整形就可以得到单片机可以识别的与心率相对应的方波信号了[3]。本系统采用SON1303心率传感器进行心率信息的采集，主控制器根据输出的方波信号可计算出每分钟的心跳数即心率，从而判断出使用者的心率状况。

2.3 红外测温电路

本系统测温采用的是非接触式红外温度传感器SON3818，该传感器可以通过检测物体发热时散发的红外光，对物体的温度进行测量，精度可达到0.1℃，电路简单，外围器件很少，应用简单方便。

2.4 系统电源电路设计

本系统采用锂电池为系统供能。由于锂电池的额定电压为3.7V，充电器的输出电压为5V，系统最大供电电压为3.3V，而锂电池在长时间使用后电压会下降，结合这三个方面，需要设计稳定的电源管理模块来保护系统正常运行。为此设计出了具有双向稳压功能的电源管理模块。

模块分为两部分。第一部分：降压充电电路。该部分采用锂电池恒流充电芯片DH4054将充电器输入的5V电压进行降压处理，对锂电池以100mA电流进行恒流充电。

第二部分：双向稳压供电电路。锂电池在充满电时，输出电压为4.2V，而在长时间放电过后，电压会急剧降低。为保护系统正常工作，设计以下双向稳压电路。当电量充足时，对电池进行降压稳压；而在电池使用过程中，当电压低于3.3V时，对电池进行升压稳压。通过这种双向的稳压方式，为系统提供平稳的3.3V电压，在保证系统稳定运行的同时，延长了电池的续航时间。

3 结束语

便携式健康手环的设计，体现了当前智能穿戴设备的发展趋势，为市场提供了一种低成本、低功耗、多功能、高效率、性能稳定的智能手环硬件电路设计方案。系统采用的低功耗设计，遵循了当前市场产品设计的理念和要求，而低成本、低延迟、高效率的Bluetooth4.0通信方案也是当前智能穿戴设备主流的通讯方式，并且该电路增加了磁场、空气质量传感器用于测量用户所处方位以及周围环境PM2.5值，用户不仅可以了解身体信息还可以了解其周围环境信息，手环自带OLED同步显示佩戴者的当前心率、体温、步数以及空气状况等信息。整个系统稳定可靠，功能多样，借助与手机APP的信息交互，经Wi-Fi或3G网络将数据上传到Web服务器，通过数据挖掘和对大数据的分析研究，能够综合分析判断出使用者的健康状况，可广泛应用于智慧医疗和患者监护领域。

【参考文献】

[1]陈念昭，谢敏.从智能手环的热潮看现代信息化健康管理[J].医疗卫生科学，2014.

[2]陈银溢.基于CC2541和LIS3DSH的计步器设计[J].机械工程与自动化，2014.

[3]何伟城，陈进军.基于红外方式的嵌入式人体心率检测系统设计[J].现代计算机，2011.

[4]丁祥青.新一代智能终端创意设计发展思考[J].科技创新与生产力，2015.

[5]耿怡，安晖，李扬，江华.可穿戴设备发展现状和前景探析[J].电子科学技术，2014.

[责任编辑：杨玉洁]

【摘 要】鲁南地区大学生信仰受环境、传统、民族等因素的影响，出现了诸多问题。而坚持主流信仰引导、坚持实践育人走向、坚持新媒体介入，能够有效催化大学生政治信仰教育，以此帮助和引导青年大学生树立正确的信仰，进而实现青年学生思想与意识、实践与行动在政治层面与党中央保持一致，促进学生的精神成长和全面素质发展。

【关键词】信仰现状；信仰教育；青年大学生

信仰是人们对其最高价值对象始终不移的信赖和执著不渝的追求。大学生作为一个特殊群体，其信仰选择、信仰判断，不仅关乎着大学生自身的成长发展，还关系到国家和民族的未来。但是，在大学生群体中，忽视信仰、没有信仰、道德淡化、崇名拜金、享乐纵欲并不少见，这些信仰问题，鞭打着高校思政教育的研究与实践，急需解决，迫切眉睫。

而本文通过对鲁南地区青年大学生信仰问题调查，分析大学生信仰现状，发现存在的问题，并探索如何以马克思主义信仰引领和整合其他社会多元信仰，聚焦学生的意识形态、帮助学生树立健康向上的思想信仰。

1 调查对象和调查方法

本次调查主要采取问卷调查和样本访谈两种方式。在鲁南地区选取6所高校，涵盖本科、专科、高职3个层次，发放问卷1000份，收回977份，其中有效问卷953份，问卷有效率为95.3%。调研对象涵盖文、理、工、农、医、师范等专业、访谈对象包括思想政治理论课教师、辅导员和学生共30人，数据分析主要运用Excel和SPSS软件，进行了描述性统计和数据相关性分析等。

2 鲁南地区青年大学生信仰现状

2.1 青年大学生对信仰的认同情况

调查发现，52.9%的大学生认为当今时代缺乏信仰，27.13%的大学生认为当今时代并不缺乏信仰，19.97%的同学则认为信仰无用；另一项调查中，认为自己有信仰的占比53.02%，认为自己没有信仰的占28.11%，其余同学选择折中态度。并且，认为自己有信仰的学生群体坦陈，认为自己非常容易受到非主流信仰影响。

2.2 青年大学生政治信仰情况

对于是否坚持中国特色社会主义理论体系，69.5%的大学生持赞同态度，26.5%表示基本赞同；对于现阶段中国中国特色社会主义建设的态度，35.2%的大学生认为“对中国特色社会主义充满希望和信心”；46.6%的学生表示“坚决拥护党的改革开放政策”，以上表明大多数同学的政治立场是坚定的。

2.3 青年大学生宗教信仰情况

调查显示，鲁南地区大学生仅13.3%有宗教信仰，绝大多数学生没有宗教信仰，且有宗教信仰的学生中35.2%为“受家庭环境影响”而信仰的宗教。从绝对数量上来看，农村家庭宗教信仰学生多于城市学生，女生信仰者多于男生，随着年级升高，学生信仰宗教数量呈增加趋势；从信仰宗派上看，学生对基督教、佛教的了解更多，以基督教为主。关于对宗教态度的调查显示，55.6%的学生对宗教文化比较感兴趣，70.1%的同学认为“信仰宗教是个人的事情，学生信教应持宽容态度”。

2.4 其他信仰情况分析

调查显示，23.1%的大学生参加过一些类似跳钟馗、打秋千等传统习俗活动，48.4%的大学生参加过上坟祭祀祖先的活动，14.9%的同学有祭拜各类神灵，偶尔会找人算命、占卜风水的占13.6%。而参加以上民间传统活动的原因58.2%的是“家乡的传统习惯”，“寻求心理安慰和精神寄托”的占比17.7%；在进行“民间信仰对当代中国传统文化是否有帮助？”的调查中，38.5%的大学生认为有“很大的帮助”，52.3%的认为“有一点帮助”，1.7%的认为“没有帮助”，其他选择“不清楚”。

3 鲁南地区大学生信仰的差异化分析

综合以上，宗教信仰已在青年大学生群体中产生深刻的影响，大学生对待宗教的态度更加宽容，思想更加开放。并且，鲁南地区大学生信仰宗教数量所占比例不高，但绝对数量的并不少，且有些问题需要分析澄清。

3.1 信仰的性别差异

男女大学生在宗教信仰、民间信仰和精神信仰上存在显著差异。调查中，有82.1%的女大学生有宗教信仰，并且有学者研究，女大学生比男大学生在遇到压力事件时，更多地求助于宗教[2]；民间信仰的调查中，有祭祀祖先等行为的男大学生占62.6%，高于女大学生，这可能是与中国的传统文化有关；关于对金钱的崇拜上男大学生和女大学生基本持平，男性的金钱崇拜观念与其性格相关，认为经济基础与社会地位的关系更加密切；而女生的金钱崇拜，则和享受思想、体面生活的社会思潮有关。

3.2 信仰的专业差异

文科学生比理工科学生在宗教信仰和精神信仰方面有更明显的倾向性，这可能是因为文科学生更注重对生命和人的价值的思考，而对生命神圣性的认同和对人生价值的思考是产生宗教信仰的基础。调查显示，理工科学生在政治信仰方面比其他专业表现明显，原因可能是理工类学生以男生居多，对时事政治和国事国情的关注更多，以及男性对于权力的欲望要高于女性。

3.3 信仰的区域差异

居住在农村的大学生因受到农村习俗和家族性的影响更多，祭祀祖先等活动更多些，更容易产生民间信仰和神灵崇拜。城市大学生则更易产生拜金主义倾向，原因可能在于城市的孩子受家庭环境影响，更早的接触到金钱的价值。农村大学生由于家庭成员文化程度普遍不高，传统的思想影响更重，因此农村大学生的传统信仰更强烈、更牢固[3]。

4 加强和改进大学生信仰教育的思考

依据调查，青年学生信仰多元多类，中外兼有。依据国家宗教政策和宪法规定的信仰政策，鲁南高校应发现青年学生信仰问题、统计信仰信息、尊重信仰选择、规范信仰行为，依据法律法规帮助青年学生进行规范化、人性化的信仰管理，坚持主流政治信仰导向，以高校思想政治教育为主要形式，强化政治信仰对其他信仰的引领作用。