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1、毕 业 论 文 中文标题 基于Arduino的人体健康监测系统 英文标题 Human health monitoring system based on Arduino 基于Arduino的人体健康监测系统摘 要近年来,随着生活、工作等方面压力的增加,越来越多的人开始重视自身身体健康问题，鉴于此种情况，本文介绍了以一款简单清晰、发展迅速的开源电子原型平台Arduino uno为主，利用腕带式脉搏传感器、红外体温传感器MLX90615采集信号经单片机处理后通过网络模块进行上传的人体健康监测系统。此系统所采用设备,体积小,使用方便，测量精度较高可以同时对人体体温、脉搏进行监测，并上传至网络，可以随
2、时查看。此系统不仅仅可以作为私人健康监测系统使用，对人群密集处的健康监测也有着一定的研究意义。关键词：Arduino；腕带式脉搏传感器；红外体温传感器;上传网络HUMAN HEALTH MONITORING SYSTEM BASED ON ARDUINOAbstractIn recent years, with the increase in life, work and other aspects of pressure, more and more people began to pay attention to their own health problems, in view of
3、this situation, this article introduced a simple and clear, rapid development of open source electronic prototype platform Arduino uno Mainly, the use of wristband pulse sensor, infrared temperature sensor MLX90615 acquisition signal through the micro controller processing through the network module
4、 to upload the human health monitoring system. The system used by the device, small size, easy to use, high measurement accuracy can simultaneously on the human body temperature, pulse monitoring, and upload to the network, you can always view. This system can not only be used as a private health mo
5、nitoring system, but also has some research significance for the health monitoring of crowds.Key words：Arduino；Wristband pulse sensor；Infrared body temperature sensor；Upload the network第1章 绪论1.1 论文研究背景目前，中国已经是世界最大的经济体之一，而且经济还在稳固增长中。但实际上，中国还是一个发展中国家，在很多方面依旧比较落后，尤其是医疗领域。我国的医疗资源非常短缺，患者与医生大多情况下无法进行详细的咨询
6、和交流，患者也不能确切的了解自身的病症，导致无法享受到完善的治疗和诊断。除此之外，中国正在逐步步入老龄化社会，65岁以上的老人越来越多，再加上刚刚开放了的二胎政策，一个家庭中的子女数量也会上升。这些原因都都使人们对家庭健康监测越来越关注，人们急需一款能够随时检测自身身体情况的设备，来及时预防和发现疾病。如今和健康检测相关的医疗电子设备越来越多，检测的项目越来越多，范围也越来越大。但人们对健康监测的追求永远不会减退，反而会逐渐增强，所以研究一款能够快速、准确测量人体生理参数的设备就十分有意义。1.2 人体健康检测的意义和内容1.2.1 人体基本生理参数1）脉搏心脏搏动所引起的压力变化使主动脉管壁
7、发生振动,沿着动脉管壁向外周传递,即成脉搏.通常所称的脉搏系指在手腕桡侧扪到的脉搏。脉搏能够反映人体血液循环系统的功能状态。脉搏会受到很多因素的影响，不同的年龄或者性别之间都会有差异，但是正常情况下人体的脉搏平稳，强弱间隔不会大范围波动，例如正常的成年男性大概在每分钟六十到100次，老年人会慢一些，儿童和妇女快一些。但是当包括感冒，中毒、休克等许多疾病发生时，就会立刻有所反应，尤其是病重时脉搏会发生剧烈的变化。因此，对病人来说，或者说对于任何一个人，定时检查脉搏都是比不可少的。2） 体温体温即时人体的温度，医学上一般检测的腋下温度是人体表层温度，表层温度包括皮肤、皮下组织等的温度，当人体受到致
8、病原或者其他因素影响时，人体中枢体温调节系统容易出现障碍，使体温偏离正常范围，出现高温或低温。是人体温度十分敏感，很多原因都会导致体温调节中枢的失常，检测体温的变化是预防疾病的好办法。另外，临床医学上可以通过发热的类型来判断疾病，例如体温39到40摄氏度达数天可能是大叶性肺炎。1.2.2 人体健康监测的意义体温、脉搏是人体内在活动的客观反映，临床称之为生命体征，是判断人体是否健康的标准和依据。正常人的体温脉搏成比例，且在一定范围内相对稳定，当机体受到伤害时，体温、脉搏立刻回出现不同程度的异常，表示人体出了问题，有疾病发生。因此，对生命体征进行监测并记录，主要有以下几点好处：1） 增强对自身身体
9、的了解，增强锻炼，提升免疫力；2） 及时发现疾病，及时就医，避免病情恶化；3） 得病时，随时了解自身身体功能，辅助治疗。1.3 本文研究内容在人们日益关注健康问题的今天，利用传感器技术将生命体征这些非电量转化为可测量的电量，通过电子及通信技术上传相关数据到计算机及物联网，进而实现相关信息的处理分析，提供高效方便的应用服务，能够将医学与通信技术相结合，这无疑是一次有意义的研究。基于这种目的，本文提出了一种基于Arduino的人体健康监测系统。本课题的主要研究内容如下：1） 对系统整体进行设计，构思；2） 针对整个系统的功能要求，选择相关的人体信息数据采集器件，实现各个器件的信号采集；3） 选择A
10、rduino作为整个系统的核心，完成软件的编写；4） 总结系统的特点以及不足，提出改进思路，为后续研究提供方向。第二章 人体健康监测系统的总体设计2.1 系统的整体结构框架 整个系统主要由Arduino、信号采集器件、网络模块三个部分构成。信号采集器件主要负责采集相关的人体信号，并将信号传输给Arduino。Arduino是系统的核心部件，它负责控制整个体统的工作实现，首先，它向采集器件发出信号，控制他们进行数据采集，接着对采集到的数据进行处理，并通过端口传输到计算机，最后通过网络模块上传到物联网。图3.1 系统结构框图2.2 系统硬件连接图系统的硬件连线如图2.2所示，图中注明了各个模块之间
11、的连线，值得注意的是网络模块W5100是直接插在Arduino UNO上的。图2.3 系统硬件连线图2.3 系统的软件流程系统的整个软件流程实现如下图，首先通过Arduino向采集器件发送初始化命令，准备进行工作，接着根据代码完成对人体生理参数的采集，然后将数据传输到PC端，并进行显示，最后将数据上传至网络以备查看。图2.3 系统软件流程图 第三章 模块功能及原理3.1 Arduino模块3.1.1Arduino模块概述Arduino是目前较为流行的电子互动平台，基于单片机系统开发，具有使用简单、功能多样、价格低廉等优点，广泛应用于电子系统设计和互动产品开发方面。 Arduino电路板设计使用
12、多种微处理器和控制器，配备了数字和模拟输入/输出（I / O）引脚，可连接到各种扩展板和其他电路，采用串行通信接口，包括一些型号通用的串行总线（USB），也可用于从个人电脑加载程序。微控制器通常使用的编程语言是C和C+。除了使用传统的编译工具链，Arduino还提供了一个集成开发环境（IDE）用于处理语言项目。 Arduino项目开始于2003年，在意大利互动设计学院Ivrea，旨在以低成本的互动装置和简单的方法提供给新手和专业人士创建、使用传感器和执行器的环境，。这些设备用于初学爱好者的常见例子包括简单的机器人，恒温器，和运动检测器。3.1.2Arduino的功能特点Arduino在开发之初
13、，就明确了其应用环境，设计了开源开放的平台，便于对其进行二次开发。Arduino的主要功能特点如下：1）相比于其他单片机平台，Arduino板相对便宜。Arduino模块最便宜的版本可以手工组装，甚至预组装Arduino模块的成本不到50美元 2）跨平台Arduino软件（IDE）可运行在Windows，Macintosh OSX和Linux操作系统。大多数微控制器系统仅限于Windows。 3）Arduino的软件编程环境（IDE）简单、清晰，易于使用，适合初学者，高级用户利用也够灵活。 4）开放源代码和可扩展的软件- Arduino软件发布为开放源代码工具，可供有经验的程序员扩展。语言可以
14、通过C+库扩大，也可以添加avr-c代码直接到你的Arduino程序。3.2 体温采集模块3.2.1体温采集模块概述GY-MCU90615是一款低成本红外测温模块，工作电压在3-5V左右。对IR灵敏的热电堆探测器芯片和信号处理ASSP被集成在同一TO-46密封罐封装里。由于集成了低噪声放大器，16位ADC和强大的DSP单元，使得高度集成和高精度的温度计得以实现。温度计具备出厂校准和数字的SMBus兼容界面。读数精度为0.02。MLX90615产品的感应元件是一款带有可感受目标红外辐射的微机械振膜晶片。Melexis的这种技术经过多年工业和汽车温度测量领域中的应用，已经得到了充分的证实。温度计中
15、定制的信号调节芯片能够放大并数字化感应振膜上的热电偶产生的微小电压，同时芯片存储器中储存了工厂设定的刻度参数，能够用来准确的计算目标体的温度。数字形式显示的温度是完全线性的，并且会对环境温度进行补偿。高度的整合性使得MLX90615与过去红外产品相比具有更高的性价比。3.2.2 测温原理 MLX90615测温的原理主要是根据黑体辐射定律，由于任何物体都会不断吸收、辐射电磁波，而这种吸收与辐射存在一定的关系，即物体对红外线的发射率与吸收比存在一定的关系。当温度变化时，所发射出的红外线波长也会随之变化，温度越高，波长越短。MLX90615可以测量目标的红外辐射，通过不同辐射之间的微小差异便可以准确测量出目标的温度。3.2.3模块通信协议串口发送命令字节：（1）、串口通信参数（默认波特率值115200 bps，可通过软件设定） 波特率：9600 bps 校验位：N数据位：8停止位：1波特率：115200 bps校验位：N数据
