[作品提交] MAX32630FTHR-一种人体脉搏呼吸率及血氧浓度在线监测系统

Justice_Gao 2017-9-26 23:56 楼主

（1）作品名称：
一种人体脉搏呼吸率及血氧浓度在线监测系统
（2）作品实现功能简介：

首先，本系统通过压力传感技术监测人体的心率、呼吸率和体动状态，提供一种非穿戴式的人体基本体征信息监测方案。其次，本系统利用MAX30102心率血氧传感器实现人体心率、血氧参数的采集，提供一种穿戴式的人体基本信息监测方案。再次，本系统接入到云平台（米家智能平台），手机APP可以直观地观察人体的体征信息，查看某段时间的生命体征曲线变化。同时将数据存入SD卡中，方便利用数据校准算法。

本系统最大的亮点在于采用模拟的无源压力传感带作为物理层的采集设备，获取人体的体动、呼吸率和心率，微弱的原始物理信号经过信号调理电路后将心率信号和呼吸信号分成两路，分别接入max32630的两路AD通道进行数字信号处理，实现算法的数据结果精确。

本系统可以应用于养老、医疗、房地产、酒店、长租公寓等领域，还可以与其他智能家居联动，打造卧室生态环境闭环。

（3）原理图：

本系统利用的max32630的资源可以说非常之多，包括：

1）I2C总线控制----->电源管理芯片max14690，心率血氧传感器max30102

2）SPI总线控制----->SD卡

3）2路AD切换采集数据：心率和呼吸率，体动信息

4）定时器，定时器中断TM0和TM1

3）串口（485通信），高效的串口中断接收和发送，UART2

4）M4F处理器的浮点运算：心率算法和呼吸率算法中使用到，物尽其用

5）看门狗：防止程序跑死

6）RTC实时时钟，存入SD中的数据都有时间标签

7）FLASH读写

8）GPIO输入输出，输出控制485和LED等，输入控制设备地址

系统用到max32630的资源大概就这些，下面给出系统架构图和原理图：

图1

如图1所示，除了max32630FTHR应用板上的max14690，SD卡等模块，外接的设备模块还有心率模拟信号和呼吸模拟信号输入，485模块连接串口UART2，心率血氧传感器MAX30102。

其中外接的485模块输出与一块基于max32625的转发中枢的485模块输出A、B段连接，如图2所示，主要包括max32625外围电路，电源电路，485电路，LED双色灯和MIIO模组（WIFI模块）。这样的好处在于，转发中枢可以连接多个从机。

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图2

如图3所示，采用安全可靠的无源压力传感带采集人体的体动、心率和呼吸率信号，通过多通道将三种信号分离分别进行滤波、放大和稳定处理，利用数字电位器程控模块对多通道信号的放大倍数进行自动调整，这种多通道的压力传感带信号采集处理系统将大大降低人体生命体征数据信号处理算法的复杂度，减小微控制器的能耗开销，提高数据的准确性。

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图3

（4）软硬件设计思路：

硬件思路：

首先，基于max32630FTHR作为一个从机，包括复杂的多级微弱信号调理电路，485模块，心率血氧传感器max30102，SD卡，I2C控制电源管理芯片max14690。其中，复杂的多级微弱信号调理电路的输入信号可以是5mV的交流信号，经过多级放大滤波以及程控放大，如图4所示，输出信号电压以1.65V为基准，0~3.3V之间的信号（max32630的VDDH和VDDIO设置3.3V即可处理这样幅度的信号），至于为什么就不解释了。485模块主要与主机中枢连接，心率血氧传感器max30102的性能也不介绍了，作为穿戴式的典型例子。SD卡存储原始的心率信号和呼吸信号，这个不做演示，可以看源代码。

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图4

然后，基于max32625的转发中枢，主要作用是通过485模块接收从机信息，将数据格式转换为符合米家后台的通信数据格式，通过MIIO无线WIFI模组上传后台。

最后手机APP获取云端数据，显示在终端界面。

软件思路：

软件包括max32630FTHR应用板程序（KEIL C语言编程），max32625转发板程序（KEIL C语言编程）和后端APP，本大赛是基于MAX32630FTHR，后面只上传第一个的程序，知识产权问题，望理解。

下面，主要给出心率和呼吸算法的设计思路，如图5所示。

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图5

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图6

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图7

如图6,7为本系统max32630FTHR应用板的程序架构。算法部分涉及知识产权，不公开，望评委见谅

（7）大赛作品演示视频：
https://training.eeworld.com.cn/course/4229/learn?preview=1#lesson/10896

（8）作品总结和展望：

本系统采用安全可靠的无源压力传感带采集人体的体动、心率和呼吸率信号，通过多通道将三种信号分离分别进行滤波、放大和稳定处理，利用数字电位器程控模块对多通道信号的放大倍数进行自动调整。这种多通道的传感带信号采集处理系统将大大降低数据信号处理算法的复杂度，减小微控制器的能耗开销，提高数据的准确性，从而为使用者提供较有参考价值的睡眠健康状况数据，同时亦为专业医疗领域提供睡眠数据的准确参考依据。

本系统可以应用于智慧养老：提供睡眠监测及改善产品和集成软件api接口

通过API对接智慧养老看护系统，详细记录养老院每位老人的个人基本信息、健康信息、床位信息、设备信息，实现了一台电脑，一名护工监护全院老人夜间睡眠状况。异常报警，健康看护：看护系统会针对每位老年人的不同状况，对应性设置老人心率、呼吸率、离床范围，详细记录每位老人的睡眠状况，发现异常及时警报，提升老人的安全系数，降低急救风险。非接触非穿戴，将看护监测系统置入床垫，吻合睡眠习惯，采集健康数据实时传输至云端，在支撑层、智慧层、应用层、服务层构建健康数据云系统，实现健康数据的实时管理、分析、处理同步至PC端。

本系统可以应用于智慧医疗：是基于睡眠诊疗医院等单位/机构推出的睡眠监测及改善服务。

通过为医院病房提供智能睡眠设备，实时监测患者的心率、呼吸、翻身等睡眠体征数据，自动检测生成多维度睡眠报告，客观了解睡眠障碍者的睡眠信息，让医生有针对性的给出治疗方案，结合我们APP的相关改善服务，共同改善患者的睡眠质量。患者也可以通过手机睡眠报告，知道自己睡眠的改善程度。

本系统可以应用于房地产：提供智能家居-卧室睡眠生态联动

针对地产和物业开发的一套完整的智慧社区和智能家居-卧室睡眠生态联动解决方案。通过营造安全、舒适、便利的智能样板间，让住户感受智能家居系统带来的与众不同的生活体验，从而帮助地产商实现项目差异化和增值、提升销售转化和核心竞争力。还同时为住户提供一个安全、舒适、便利的高品质社区及家庭生活环境。通过地产商（样板房、电商、拧包入住项目、物业、社区便利店、社区医院、社区健身房等）各个渠道，为住户提供智能睡眠设备，智能睡眠监控呼吸频率、心跳、翻身、在/离床,自动检测生成睡眠报告，客观了解睡眠信息，预防慢病。发现异常及时报警，保障住户的身体健康。并在次日提交完整且详细的睡眠报告让住户了解睡眠质量情况，有助改善睡眠状况。经过大数据分析后进行设备控制及智能联动，让住户体验科技感的小区服务及智能家居的便捷。例如：温度、湿度、亮度、气味、色彩、音乐等生态联动。

本系统可以应用于酒店：基于酒店应用场景推出的智能化服务平台。通过为酒店客房提供智能睡眠设备，实时监测心率、呼吸、翻身等睡眠体征数据，经过大数据分析后进行设备控制及智能联动，让入住客户体验更舒适的睡眠环境。例如：温度、湿度、亮度、气味、色彩、音乐等生态联动。

最后非常感谢赞助商和主办方提供给我这个平台，让我掌握了新的知识，在工业4.0的浪潮下，美信的工艺技术为低功耗，健康医疗，智能互联提供了可能，今天连夜赶起来，不多说了。