“心芯相印”智能手环

吕露婵，李睿婕，张文博，惠宇琛，周阳

摘要：经考察现今市面所流行的多款智能手环，发现大多数手环定位用户群为年轻一代，在交互性、健康检测、健康协助等健康医疗方面依旧存在很多不足。而在当今社会，人口老龄化加剧，许多家庭面临老人独自生活，无法及时关注自身健康状况的问题。为改善这些情况，开发设计了该款定位在健康医疗方面的“心芯相印”智能手环。帮助每个人都能随时关注自身健康状况，让身体健康问题不再成为每一个家庭、每一个人的“心腹大患”，而成为随时关注，随时解决的日常。

关键词：移动智能手环;医疗领域;睡眠;GPS系统;智慧养老

中图分类号：TP3       文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）20-0121-03

1 项目背景

现代社会科技发展日新月異，各种各样的可穿戴设备使得人们的生活愈发便捷、娱乐，而在如今中老龄人群所占比重愈发增大。社会急切需要一款针对该群体所涉及的智能化手环设备改善使用者的健康监测情况，并且在使用者健康出现紧急情况时可及时获得救援支持。本文研究的手环能定位在老年人，实时监测老人的心率、血压和一些运动指标值，并能实时显示这些数据，为老人的健康管理提供有效的参考[1]。

2系统设计

“心芯相印”智能手环主要服务于健康医疗市场，可以做到减少医疗资源的浪费、用户更便捷获知自身健康状况以及对使用者的健康情况报警保护功能。该产品主要由设备和App构成：其中设备模块中主要为加速度传感器模块、血氧传感器模块、心率传感模块、蓝牙模块、存储模块、报警模块、电源模块、显示器模块。App主要为“心芯相印系统”“健康管家”“GPS定位”等功能。

2.1硬件电路设计部分

硬件模块部分为加速度传感器模块、血氧传感器模块、心率传感模块、蓝牙模块、存储模块、“心芯相印”报警模块、电源模块、显示器模块。

2.1.1血氧传感器模块

血氧饱和度检测采用反射式血氧传感器模块，传感器采集到的信号经模数转换，再经单片机处理得到血氧和心率。

2.1.2蓝牙模块

系统与 Android 智能手机之间采用蓝牙通信，蓝牙模块兼容 3.3V/5V 供电，配对中电流 30～40mA，通信完毕未通信 电流 1～8mA，通信时 5～20mA（跟串口通信频繁程度呈正比）。

2.1.3存储模块

存储芯片选用具有低功耗、高时钟频率、支持 3.3V 供电等特点，还可用于记录已配对的手环和设备。

2.1.4“心芯相印”报警模块

该系统通过心率估计人体体温，当心率在某一时间段内恒大于一 定值时，判断为发热（人体发热时，心率会加快，体温每升高 1℃，心率平均加快 12～18 次/分），蜂鸣器便报警。

2.1.5电源模块

系统用3.3V供电，具有可充电功能。选用可充电聚合物锂电池做输入，经稳压芯片稳压后输出。

2.1.6服务器模块

系统采集到的数据发送到手机后，通过网络上传到服务器，在服务器端保存原始数据，便于研究人员进行后续的相关分析。

2.1.7显示器模块

系统将采集到的数据进行处理后，在液晶显示屏上显示出来。

2.2软件部分功能介绍

2.2.1手环与App配对

当手环与App首次配对后会主动检测人的身体各项指标，App会根据指标分析你的年龄，并根据年龄推荐不同年龄段人，生活娱乐所需。手环会长时间的记录日常生活习惯，给予用户更细致的推荐和分析，同时会根据目前身体健康和状态，在合适的时间给用户推荐改善身体作息计划和方案，并且如果是年轻人可以打开推“荐朋友选项”会推荐身体数值相仿的异性，帮助人际交流困难人群，真正做到“心芯相印”。如图1手环与App配对流程图。

2.2.2手环与手环配对

该系统还提供在竞技模式下，手环可与其他手环配对并选择出管理员，管理员可以看到各个队员的状态指标，可以提醒队员是否需调整和随时进行队员更换，管理员手环在连接手机App的情况下，App会根据不同的竞技项目，分析出那些队员状态不佳，或者需要更替。

当处于普通模式下，手环可以配对家人或者朋友、爱人，当家人或者爱人身体出现问题时手环会给予提醒，同时可以主动向家人朋友发出提醒消息。（例：一起出去玩）在此功能模式下，可以在心连着芯的同时，更加心连着心。如图2手环与手环流程图。

2.2.3睡眠检测

当人深度熟睡的时候基本上身体是基本不动的，睡眠开始入睡到浅睡，到深度再逐步转入到浅睡眠。根据加速度传感器记录数据，并根据条件判断是否进入睡眠。如图3睡眠监测流程。

2.2.4运动检测

使用三轴加速度传感器，三轴加速度传感器的三轴是指空间中的X， Y， Z三个维度，有了这3个维度，手环就可以捕捉到手环在使用中的加速度变化，从而生成数据。如图4运动检测流程图。

2.2.5血氧饱和度测量

血氧饱和度的测定是用LED交替打开或关闭使手环可以发出不同波段的光，利用含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白对特定光的反射吸收率不同的特点，进行信号萃取，从而测得。如图5血氧饱和度监测流程图。

2.2.6 测量血压

光电感器能够采集我们手腕处的脉搏，并对其进行分析，从而估算我们的血压高低。如图6监测血压流程图。

2.2.7测量脉搏

通过测量反射光来监测心跳，具体过程如下：手环将一束光打在皮肤上，当心脏泵血时，血管中充满血液。血液倾向于吸收绿光反射红光，因此心脏在收缩和舒张时会产生颜色不同的反射光，手环正是通过检测这些反射光来记录心率的。