人体健康参数测定仪

周志向，齐爱学，耿 荣，郭 雪

（滨州学院 山东 滨州256600）

人体健康参数测定仪

周志向，齐爱学，耿 荣，郭 雪

（滨州学院 山东 滨州256600）

随着科技和经济的快速发展，手机、电脑微波炉等高新高科技电子产品产生的电磁辐射也在危害着人体健康，我们针对降低电磁辐射对人体产生的危害，采用了基于stm32单片机的高精度人体健康参数测定仪这一方法，通过使用制作完成的测试仪测试的数据结合相关参数的医学仪器检测到的数据进行比对，得出我们的仪器检测的数据与人体医学标准要求的数据的最大误差保持在4.9%以内。我们对电路进行了模块化，使产品易于携带；成本低，符合大众的消费心理。

电子技术；实用新型专利；单片机编程；电磁辐射

进入20世纪90年代，随着国民经济和高科技产业的迅速发展，手机、电脑等高新高科技电子产品也在蓬勃发展着，伴随着他们的快速发展，人们的生活也在朝向智能城市的方向发展，人们无时不刻的都在使用各种电子产品，使自己长时间处于电磁辐射场的环境中[1]，而手机、电脑等高新高科技电子产品产生的电磁辐射通过热效应、非热效应、累积效应等损害着人们的健康，而人们对电子产品的不恰当利用也使得电磁辐射加强，电磁辐射问题开始成为影响人们身体健康的重要因素之一，因此对电磁环境监测方面的要求越来越高[2]。但是现在国产仪器及设备存在价格高、智能化程度低、反应迟钝等诸多问题。所以，如何让人体健康参数测定仪更加高智能化、普遍化也成为了人们的创新切入点，为了能够帮助工作族了解自己的身体健康情况和随时对自己的身体健康进行检测，我们提出基于stm32单片机[3]的高精度的人体健康参数测定仪这一构想并组建。本系统为智能生活的发展贡献出自己的一份力。

人体健康参数测定仪的硬件部分主要有电磁辐射检测模块、人体体温感应模块、肺活量检测模块、心率检测模块、语音提示模块、声光报警模块和LCD液晶显示模块构成，可以随时进行体温检测、肺活量检测、心率检测和辐射检测，让人们可以随时随地的了解自身的健康状况，发现问题可以立马就医，避免意外情况的发生。

1 总体设计

本设计采用环形线圈辐射探头、滤波、放大电路、模数转换、单片机单元组成[4]。当检测模块检测到信号后，经低通滤波电路滤除高频成分后送至放大电路[5]，放大后的信号由A/D转换电路转换为数字信号，送至单片机进行处理，通过单片机程序完成数字信号处理和计算，并在显示屏上显示[6]。同时仪器还有自动报警功能，我们将设计一个阈值，当超过此值时仪器自动报警，系统总体框架图如图1所示。

图1 系统总体结构图

2 系统硬件设计

该系统结构图如图2所示， 该系统以stm32f103z8t6单片机为主芯片[3]，外接电磁辐射检测模块、人体体温感应模块、肺活量检测模块、声光报警模块和LCD液晶显示模块等。通过各个模块检测外界环境将采集的信号送到A/D模数转换器电路，然后将数字信号传送给单片机进行处理，进而单片机控制各个模块进行工作：电磁辐射检测模块进行辐射检测、人体体温感应、肺活量检测、液晶屏的显示、声光报警以及系统与用户的交互。在这个过程中，各模块对外界环境不断检测，将检测的信息反馈给单片机辅助其工作。

图2 系统硬件结构图

人体体温检测电路起到随身量体温的功能，温度传感器（temperature transducer），是利用物质的物理性质随温度变化的规律，把温度转换为电量的传感器，根据温度传感器电路的PN结伏安特性可得两晶体管基极和发射极电位差之差，这就是温度传感器的基本原理[7]。 我们将38度设置为一个阈值，当人体体温超过38°C时，属于高温发烧状态，核心温度在36.8～37.7℃范围内，昼夜节律变化约为0.6℃[8]，向用户报警提示，让用户及时采取相应措施。温度传感器仿真图[9-11]如图3所示。

图3 温度传感器仿真图

心率检测电路起到了随时测人体心率的功能，正常成年人的心率正常值在60-100次/分范围内，平均标准为75次/分，当心率低于60次/分成为心率过缓，当心率大于100次/分成为心率过速[12]，所以我们将60和100设置阀值，当心率低于60次/分或高于100次/分向用户报警提示心率过缓和心率过速，让用户及时采取相应措施。心率传感器仿真图[9]如图4所示。

图4 心率传感器仿真图

A/D转换电路[3]是将各个传感器检测电路采集的模拟量转换成数字信号供单片机处理。从而实现各个传感器电路与单片机的信息传送与状态反馈，进而辅助单片机发送动作指令。A/D转换电路仿真图[9]如图5所示。

图5 A/D转换电路的仿真图

3 系统软件设计

该系统的软件采用Keil软件编程，首先通过4个参数检测模块进行数据的采集，然后经A/D转换电路模块将模拟信号转换成数字信号，再将数字信号通过I/O口交由单片机分析处理后[13]晶显示模块的控制信号，进而实现相应的功能。系统软件设计的结构图如图6所示。

图6 系统软件设计结构图

数据采集模块主要用来实现对人体健康状况的采集；数模信号转换模块是通过stm32芯片内自带的AD数模转换模块对系统中模拟量信号和数字量信号进行转换，通过该模块可以实现外界环境状况与单片机的交流通信；单片机输出控制模块主要用来实现对其获得的信息处理分析，并能够发出对整个系统输出控制信号的指令；软件硬件通信模块主要用来实现该系统软件与硬件之间的通信功能，软件设计的流程图如图7所示。

图7 软件设计的流程图

4 实验结果

本装置外接电磁辐射检测模块、人体体温感应模块、肺活量检测模块和心率传监测模块，为了防止模块之间的数据干扰和工作环境干扰，每个模块外接一个自锁开关，只有当自锁开关按下时，模块才能开始工作，我们根据人体对于体温、心率、肺活量的正常标准及允许承受的最大电磁辐射的标准设定一个阀值，当某一项的数值超过正常标准时，装置同时声光报警和语音提示，使人们能够及时做出反应，避免发生安全问题，通过LCD来显示监测到的四项数值。

5 数据分析

5.1 电磁辐射数据分析

电场和磁场的交互变化产生的电磁波，电磁波向空中发射或泄露的现象，叫电磁辐射。围绕在人类身边的天然磁场、太阳光、家用电器等都会发出强度不同的辐射[14]。

由于电磁辐射强度与外界的电场和磁场都存在着关系，所以测量时数据会呈不稳定的高低变化[15]，所以我们记录这个时间段内最大的强度数值。

我们对人们身边存在电磁辐射的手机等电子产品进行了测量，检测到的电磁辐射强度如表1所示。

表1 辐射强度统计表

5.2 心率数据分析

正常成年人的心率正常值在60～100次/分范围内，平均标准为75次/分。为了使实验数据更加的完善和科学，我们对10名同学（年龄在20～22岁范围内）进行了心率的医学检测和仪器检测，10名同学中两次的静息心率数据如下表所示，医学检测的数据符合正常成年人60～80次/分的标准，而且仪器检测的数据误差在5%以内，检测仪检测数据与标准医学仪器数据的比对如表2所示。

表2 心率统计表

5.3 肺活量数据分析

肺活量是指在不限时间的情况下，一次最大吸气后再尽最大能力所呼出的气体量，这代表肺一次最大的机能活动量，是反映人体生长发育水平的重要机能指标之一。成年男子肺活量约为3 500毫升，女子约为2 500毫升。壮年人的肺活量最大，幼年和老年人较小，同时肺活量又与人体的体重有一定关联，大小顺序为正常人>超重人>肥胖者>体重较轻的人[16]。

我们对10名男同学 （年龄在20～22岁范围内）进行了肺活量的检测，检测仪检测到的肺活量数据与标准医学仪器数据的比对如表3所示。

表3 男性肺活量统计表

5.4 体温数据分析

体温是指机体内部温度，正常人腋下体温为36-37度。我们对10名正常男同学进行了体温检测，10名同学经检测仪检测数据与体温计测量数据的比对如表4所示。

表4 体温统计表

由表中数据可以看出，10名正常男同学的体温数据符合正常体温。

6 实验应用

本装置提供了一种人体健康指数测试仪的技术方案，该装置包括辐射检测、体温检测、肺活量检测和心率监测的4种功能，所述的辐射探头通过低通滤波电路与放大电路连接，所述的放大电路通过模数转换电路与单片机连接，所述的单片机与一显示屏连接，该方案的检测仪当辐射探头检测到信号后，经低通滤波电路滤除高频成分后送至放大电路，放大后的信号由AD转换电路转换为数字信号，送至单片机进行处理，通过单片机程序完成数字信号处理和计算，并在显示屏上显示，使装置更加的智能化，易于携带，成本低，利于推广。

7 结 论

该装置解决了国内可以检测人体健康参数综合检测的仪器较少、智能化程度低、价格昂贵等问题，具有便于携带、使用方便、价格低等优点，我们依据电磁感应原理设计一个综合辐射监测模块，并对相关参数进行计算，提高探头的灵敏度[17-20]；将辐射检测、体温检测、肺活量检测和心率监测的4种功能结合在一起，使装置更加智能化，总体制造价格低，符合大众的消费心理，可用于普通家庭的推广，推动智能化城市、智能化家居的发展。

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Human health parameter tester

ZHOU Zhi-xiang，QI Ai-xue，GENG Rong，GUO Xue
（Binzhou University，Binzhou 256600，China）

With the rapid development of science and technology，and economy，the electromagnetic radiation from cell phones，computers，microwave ovens and other high-tech electronic products endangers human beings'health.Human health parameter tester with high accuracy，which bases on stm32 microcontroller is introduced in this experiment to reduce this electromagnetic raiation.When comparing the data from this tester with the data from certain medical equipmenrt with relative paremeter，it is concluded that the maximum error of data between the tester and human body medical standards is less than 4.9%.This modularized circuit is very easy to carry，the low cost of this product conforms to the public consumption tendency.

electronic technology；the patent for utility model；microcontroller programming； the electromagnetic radiation

TN302

A

1674－6236（2017）10-0097-05

2016-04-13稿件编号：201604153

国家级大学生创新创业训练计划项目（201410449013）

周志向（1995—），男，山东青岛人。研究方向：光电检测技术。