智能手环系统的设计与实现

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1、智能手环系统的设计与实现摘要：如今，健康及智能医疗是社会关注的热点问题。对此，该文提出了一种智能手环系统的设计与实现，主要用于检测心率与运动量。首先，介绍了手环用到的主要技术，包括光电容积脉搏波描记法与加速度监测技术；然后，介绍手环、手机客户端以及后台服务器三个方面的设计，包括硬件设计、数据的传输与处理以及后台数据库的设计；最后，通过一个设计实例来说明该系统的可行性。在此基础上对该方案做了总结，指出了系统的未来发展方向。中国8/vie　　关键词：智能手环系统；光电容积脉搏波描记法；智能医疗　　中图分类号：TP311文献标识码：A：1009-3044（2016）36-0098-05

2、　　DesignandImplementationofSmartBandSystem　　MAXu-ping，CAIJia-hao，YINYu-ationScienceandTechnologyUniversity，Beijing100101，China）　　Abstract：Noedicalarehotspotofthesociety.Accordingtothis，hereputsforplementationofsmartbandsystem，focusonmeasuringtheheartrateandthesportssituation.Thefirstpartisabo

3、utthemaintechnicsographyandaccelerationmeasure；thenthesecondpartistheintroductionaboutdesignofband，thetelephoneclientandthebackendserverincludingthedesignofhard.Basedonthis，aconclusionisdraartband；PhotoPlethysmography；intelligentmedical　　�S着国内经济的发展、社会的进步和人民生活水平的提高，人们的生活节奏日益加快、工作压力越来越大，尤其是工作中的

4、年轻人，普遍存在亚健康现象。我国已进入老龄化社会，据统计，2015年中国60岁以上老人2.22亿，占总人口16.1%；据预测，21世纪中叶老年人口数量将达到峰值，超过4亿[1]。其中，很多老人缺乏必要的日常监护，对自己的身体状况没有一个清醒的认识。　　针对以上的现象，我们设计并实现了一个基于光电容积脉搏波描记法的手环系统，该系统能有效监控佩戴者的几项生命体征，如心率、运动量，并利用这些数据进行有效分析，从而将佩戴者的基本身体情况反映出来。　　重要的是，随着传感器的发展，手环的功能将可以被设计得越来越强大，能检测更多的生命体征，从而反映出更全面的身体情况。　　1技术简介　　本方案涉

5、及到技术包括光电容积脉搏波描记法与加速度检测技术等，以下主要介绍以上两种技术。　　1.1光电容积脉搏波描记法　　光电容积脉搏波描记法（PhotoPlethysmoGraphy，下文简称PPG）是借助光电手段在活体组织中检测血液容积变化的一种无创检测方法[2]。　　当一定波长的光束照射到指端皮肤表面时，光束将通过透射或反射方式传送到光电探测器，在此过程中该光束将会被皮肤肌肉和血液部分吸收，检测器检测到的光强度将减弱，其中皮肤肌肉、组织等对光的吸收系数是恒定不变的，只会对光电信号中的直流分量大小发生影响，而皮肤内的血液容积在心脏作用下呈周期性变化，当心脏收缩时外周血容量最多，光吸收量

6、也最大，检测到的光强度最小；而在心脏舒张时，正好相反，检测到的光强度最大，故光接收器接收到的光强度随之呈周期性变化，将此光强度变化信号转换成电信号，便可获得容积脉搏血流的变化。　　在各种心率传感器中，获取心率信息的方式往往如图1所示。　　传感器中内置一个LED光源，将一束光打到皮肤上，皮肤作为一种吸收介质，将会吸收一部分光能。因此，传感器可以通过检测皮肤反射光的强度来判断是否产生了一次心跳。　　1.2加速度监测技术　　手环采用三轴加速度传感器来检测自身的加速度。三轴加速度传感器中置有一感应芯片，在其加速的过程中如晃动、跌落、上升、下降等，惯性力的变化会引起电压的变化，并通过内部的

7、ADC（Analog-to-digitalconverter，模拟数字转换器）给出量化后的数值。　　在实际测量过程中，要得到能利用的数据，必须使用滤波来抑制噪声问题。一般三轴加速度传感器自身已嵌入电子滤波器，但通常还会使用数字滤波器对输出的数字信号进行进一步运算和处理，加强降噪效果，从而得到设计要求的高质量数据。　　2智能手环系统的设计