智能手环心率监测系统设计

孙皓楠,梁东云

(商洛学院 电子信息与电气工程学院,陕西 商洛 726000)

0 引言

作为当代应用型的装备之一,智能手环心率测量系统能够预防各类意外情况的发生。同时智能手环中加入心率测量系统,能够帮助年轻群体实时监测老年群体的身体状况。

1 国内外发展现状

目前,国内外企业将集优质功能于一身的穿戴设备的设计作为主要设计对象和追捧对象。同时各大企业也在致力实现智能手表的各类功能,心率监测功能的加入,让智能手环具备基本的健康数据库信息采集功能,能够对当代存在健康隐患的群体和老年人群体起到良好的心率监测作用,但是从当前智能手环的整体设计系统角度而言,智能手环在具体的心率监测系统设计和测量过程中,并不具备直接功能延展的普遍性。在个体的心率变化中很多事故具有突发性,心率监测系统并没有考虑到个体需要救助等功能,在心率发生变化后的主要延伸技术也未被纳入考虑范围,因此有必要设计出一款具有系统延伸和覆盖性质的智能手环心率测量监测系统[1]。

2 技术简介

从具有系统性质的智能手环心率测量系统设计的角度出发,应当让系统的功能实现和技术实现具有一定的流程,例如在技术设计过程中设计摔倒报警技术,通过手环中的陀螺仪和加速度计等,感应个体在运动过程中的模拟量,并将模拟量转变成能够被测量可读的数字,追踪个体在运动快慢和速度上的整体改变,同时能够准确地感知用户的身体变动情况,借助芯片上1 024字节的F1F0,降低整个系统的功能损耗,同时将相应的摔倒报警技术追踪器放置在400 Hz的接口上,以便保障通信情况被实时感知,而对于部分需要高速传输的应用而言,就可以采用寄读器对相关的数据进行感知和读取。

同时,该系统还需要设计报警系统,在技术设计过程中通过模拟量的监测变动,及时判断个体情况的异常,并能够第一时间借助智能手环和手机的无线连接,及时拨打紧急联系电话,实现报警技术的应用[2]。

3 系统构成

心率监测手环的系统组成主要由手环端、手机端以及后台服务端组成。智能手环对佩戴者的具体生命体征数据进行监测,其中包括重要的心率数据。监测心率数据能够及时在手环屏幕中显示,手环将采集到的数据与手机端的蓝牙进行数据匹配,通过手机后台的算法软件处理后,将信息上传至服务器,服务器会收集个体在运动过程中各项生命特征的变化数据,并及时收录个体在运动过程中监测的异常数据,直接发送到个体的家人手机中。重视宏观的手环心率监测智能应用设计的核心功能,手环心率监测是为了佩戴者的身体健康和生命安全,并将其功能进行延展,通过报警以及其他相关技术的实现,能够让个体及时知晓自己的心率情况,也能够让紧急联系人了解佩戴者的心率异常情况,帮助佩戴者监测身体状况[3]。

4 硬件和软件设计

智能心率监测手环的设计主要包括手环的硬件部分和软件部分。智能心率监测手环硬件部分由主控芯片、心率传感器、温度传感器、六轴加速传感器、振动马达、显示屏幕、NFC、蓝牙通信模块以及电源数据管理模块等构成。

软件部分主要由各个用于主程序调配的软件组成,此程序在模块初始化功能实现过程中通过收集佩戴者的各项身体健康指标,完成相应的功能。在软件设计过程中,如果相关佩戴者的心率数据处于正常波动水平,数据将只在手环和佩戴者的手机应用App上显示;如果佩戴者的心率指标或数据呈现异常状态,那么手环就会立刻振动,并借助蓝牙等功能,将相应的数据信息发送到佩戴者的手机应用端上,手机应用端会再次将相应的信息发送到紧急联系人手中,以达到相关的预警目的,保障佩戴者的生命安全。

智能手环通过软件和硬件的协调使用,能够借助软件驱动硬件设备进行正常工作。而软件也是以硬件设备作为载体,才能够发挥其功用。而在此设计过程中必须加入的其他小部分模块,是因为心率在变化过程中,不单单是心率单项数据产生变化,心率所关联的健康指标较为复杂,因此要通过系统性的监测达到相应的心率监测目的,其他例如体温监测、睡眠质量监测等功能是为了辅助心率监测而提供的功能。

5 基本功能

从系统的完备性角度出发,智能手环的心率监测系统设计需要具备以下基本功能:

(1)实现基本的定位功能。在具体的智能手环心率测量系统中,必须加入相应的定位功能,让心脏病突发或者因心率问题骤然摔倒的病人被及时定位。

(2)实现心率的基本监测功能。佩戴者的基本心率能够被及时地监测,心率数据要及时呈现在相应的手环屏幕和手机App中,并转换成可读的信息,不能将心率数据直接放入相应的App,令人无法判断佩戴者心率是否正常,因此需要对心率数据进行一定的解读和分析,以便让个体了解自身的心率情况。

(3)基本生命体征的监测。在该项生命体征的监测过程中,仅仅是辅助监测心率而产生的其他健康数据和指标的监测,主要包括佩戴者个体的脉搏监测、体温监测以及血液压力的监测,通过各项数据的综合指标判断个体的心脏是否处于健康水平,能够及时分析个体的心率健康程度,并及时报警,或者给予其他相应的警告。心率相关的病因、病理以及病程极其复杂,智能心率监测系统能够综合个体的体温变化、脉搏变化、血压变化等及时监测和预警心率的变化,所有最终结果和预警研判都是在综合监测之下产生的结果,单一心率检测并不具备医学上预警的意义。

(4)NFC功能的实现。NFC功能能够借助智能手环心率监测系统及时接受医疗服务,让医生通过智能心率手环发送的各项数据指标和信息,观测到患者身体数据信息的变化,并能够帮助医生快速确诊患者所患的疾病,起到医疗数据效应最大化的作用。

(5)相关语音求助功能。手环的最终目的是对个体的心率进行监测,并且能够起到一定的预警作用。在智能手环心率系统中,还需要添加个性化的语音识别功能,当个体出现语音语义含糊不清的求助性词汇或求助性语言后,要及时进行报警,这一功能的实现在目前而言较为困难,仍需多项技术进行合力攻坚。

6 结语

综上所述,对于当前的技术而言,一种智能手环的心率系统设计并不困难,但在智能手环心率测量系统的设计过程中,如何使功能更加完善和人性化,并且能够真正在个体心率监测中发挥作用并不简单。具体系统的设计过程需要考虑到设计系统的初衷,并促使智能手环心率监测系统的功能最大化,能够帮助个体最大限度地消除健康隐患。