检测病人身体状况的智能手环设计

许萍萍，刘红梅，姜琰，王宁

（安徽三联学院电子电气工程学院， 安徽合肥，230601）

0 引言

那个只求温饱的年代早已不在，随着生活水平的不断提高，健康才是硬道理。人们追求高质量生活的同时，也不忘强调健康生活。健康的确十分重要。因此检测人身体健康的智能手环便由此诞生，智能手环可适用于绝大多数群体，尤其是病患。它不仅是一款智能设备，更是健康管家。我们都知道，办公室工作者每天面对着各类文件，工作压力大，缺乏锻炼，长久下去，身体素质自然是会变差的，戴上这款智能手环，可以实时监测到自己的健康状况，同时智能手环和自己的手机设备连接[1]，可供佩戴者查看。

1 智能手环的研究现状及前景

研究此课题是想让我国在医学方面可以得到更大的提升[2]。智能手环应用在医疗方面，不仅可以节省人力物力还可为医学者节省了大量时间。病患戴上手环可通过手环检测身体状况，免去了医生每天查房的繁琐[3]。同时，一般病患可不用住院，回家也可以保障身体安全。离开医院压抑的环境，不仅利于病人病情的恢复还为家人减轻经济负担。

智能手环行业对中国人的生活产生了较为深刻的影响，从市场情况、行业服务、服务情况、市场规模切入到了生活的方方面面[4]，将智能手环加入到医学应用市场不仅可以大大节约人力物力还可以开拓更广的医学市场[5]。

纵观目前智能手环的市场，作为一个较新兴的产品，智能手环在可穿戴领域的关注度非常高，并且销量也在逐步上涨，但由于该类产品还处于起步时期且并不是生活必需品，其不可能像智能手机一样改变我们的生活习惯，不过随着整个行业的高速发展，智能手环终将会出现革命性产品来改变整个行业[6-7]，尤其是医学领域。

2 检测病人身体状况的智能手环的设计框架

2.1 检测病人身体状况智能手环的硬件设计框架

如图1所示，检测病人身体状况的智能手环不同于市面上普通的智能手环[8]。这款智能手环可以实时检测病人的各项身体指标[9]，一旦指标超出正常指标范围，便可通过扬声器发出警报[10],提醒佩戴者查阅相应指标数值，并根据相应警告信息采取对应的措施[11-12]。此手环由单片机STM32F103C8T6主控芯片[13]、传感器（Pulse sensor脉搏心率传感器采集心率变化）[14]、振动器、蓝牙、LED1062显示屏、蜂鸣器、电源等组成[15]。手环佩戴在手腕上会有一个金属传感器与皮肤直接接触，通过传感器与皮肤的接触将人的各项指标传到主控芯片[16]，主控芯片传输给显示屏显示，同时主控芯片还会进行判断，一旦超过正常范围就会出发蜂鸣器发出警告，及时提醒用户自己的身体状况，方便与用户及时采取相应措施，避免危险发生。手环也可通过蓝牙连接到手机。又或病人在医院直连主治医师的电脑，方便医生实时了解病人身体状况。

图1 检测病人身体状况的智能手环的硬件设计框架

2.2 检测病人身体状况智能手环的工作原理

非住院病人佩戴时，手环中的传感器会每隔十分钟检测一次心率、血压、血糖等一旦测量值超出正常值范围就会立即发出警报。如果警报没有被佩戴者关闭，就说明佩戴者可能处于危险状态，此时智能手环就会通过蓝牙上传至云平台联系到之前设置的紧急联系人。若系统监测穿戴者处于运动状态，因运动导致检测值偏高，同样会发出警报提醒，穿戴者只需在五分钟内关闭即可，此种状态不会触发联系紧急联系人模式[17]。若穿戴者超过五分钟没有动作，主控芯片会立即发出指令，传感器接收后进行感应测量，一旦检测到身体指标偏高或者偏低，系统会判断穿戴者是否处于昏迷状态，随即发出警报，若五分钟内警报被穿戴者关闭那么指令就自动解除，否则就会被认为处于昏迷状态，持续发出昏迷警报。由于睡眠状态下血压、心率等会比清醒状态下的指标偏低，系统会根据时间判断是否处于睡眠状态。同时穿戴者可在睡觉前将手环调成睡眠模式，排除因睡眠引起的错误警报。

住院病人在住院期间，医生可根据病人的不同体征设置各项指标，一旦检测指标与所设指标有差别时，主控芯片会第一时间将数据传输给主治医师，并发出警报来提醒医生，方便医生接收到数据后了解病人病情。医生可直接在电脑上查看手环检测到的数据，若数据正常，医生可关闭警报，病人处于正常状态；若数据不在正常范围内，医生需立即到病房对病人进行全面检查。

2.3 检测病人身体状况智能手环的设计难点

目前我国在创新和医疗设备的核心技术上与发达国家有一定的距离，只有不断的创新去弥补不足，在医疗设备上实现医疗器械的核心技术逐步成熟。检测病人身体状况的智能手环在设计上同样是具有一定难度的，比如如何将单片机STM32F103C8T6主控芯片与传感器（Pulse sensor脉搏心率传感器采集心率变化）连接才能最高效的将数据整合并传输至云平台[18]。内部电路图结构以及单片机各端口的连接方式是需要通过查阅大量资料和实验才能确定的。

3 检测病人智能手环的创新之处

3.1 人性化报警提示安全性

佩戴上智能手环之后，一旦传感器与皮肤接触便可检测到使用者的各项身体指标，如心率、血压、血糖、血脂、血尿酸等，一旦有异常，便会立即发出警报提示用户，引起用户注意。

3.2 节能与环保性

此手环摒弃传统，不用锂电池，不用数据线，采用无线充电模式，只需将表面放在充电台上，20分钟即可充满，充满一次可使用半年。无线充电避免了数据线缠绕的繁琐也防止了锂电池对环境造成不可逆的污染。这对目前的环境来说是十分友好的，不仅没有污染环境还有助于人们更好的了解自己的身体状况，更好的管理自己身体的各个方面。

3.3 实时监测性

市面上普通手环只有计时和检测心跳的功能，但此款手环一旦戴上就可以实时监测佩戴者的身体各项指标，这对佩戴者来说是十分人性化的，只要戴上手环，就不用为身体健康过多的担忧，想要了解自身身体状况时只需要通过蓝牙连接到手机进行查看，极其方便。

4 总结

检测病人身体状况的智能手环医学市场价值将会更大，各个医院都会采购智能手环将其作为一种医疗机械来使用，这不仅大大节约了人力，还为医务人员减轻了工作量，同时也为医院空出床铺，为更急切需要床位的病人也提供了帮助。智能手环还可听音乐，减缓因身体不适而带来的负面情绪，有助于恢复身体健康。