便携式健康手环硬件电路设计

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1、便携式健康手环硬件电路设计　　【摘要】通过设计的传感电路，将用户的心率、体温、身体所处的运动状态、周围环境参数等信息通过蓝牙传输到智能手机再传输到云端，使用户可以对自己的身体、生活环境和状态进行分析。利用该装置可以监测佩戴者的健康状况，提高佩戴者的生活品质。　　【关键词】便携式；健康手环；电路设计　　1系统整体结构及工作原理　　随着科技进步发展，智能设备迅速普及，智能手环作为热门的健康管理设备在市场上迅速铺开[1]。本文设计的正是具有健康管理功能的便携式手环，系统分为两部分：下位机：由手环进行信息采集及

2、处理；上位机：由手机APP进行数据处理、显示及上传。手环通过集成的多种传感器来采集佩戴者的心率、步数、体温，以及当前周围环境的温湿度、PM2.5值、磁场强度、所处方位等数据，并将采集到的数据发送给主控芯片CC2541，CC2541将接收到的数据经处理后通过蓝牙4.0发送给手机，结合手机端APP和手环自带OLED同步显示佩戴者的当前心率、体温、步数以及空气状况等信息，从而达到对使用者的健康状况进行监测和管理的目的。Android端的数据可以通过Wi-Fi或3G网络上传到Web服务器，记录用户每天的身体状况

3、、周围环境与运动状态等信息。对用户的数据信息还可以开展数据挖掘和大数据分析等方面的理论研究及应用。　　2系统硬件设计4　　2.1控制中心　　选用TI公司的CC2541片载系统作为主控制器，并采用CC2541实现低能耗的数据传输[2]。结合多种传感器：红外温度传感器、心率传感器、空气污染传感器、加速度传感器、磁场传感器等传感器，采集佩戴者的心率、步数、体温、环境温湿度、PM2.5值、磁场强度、所处方位等数据，MCU将采集到的数据经处理后通过蓝牙4.0发送给手机。整个控制中心可分为三个部分：CC2541最小

4、系统；蓝牙天线；数据传输接口。　　2.2心率采集电路　　根据光电效应，心率传感器采用红外发射管和红外接收管。医学研究表明，随着心脏的跳动，人体组织的半透明度会随之改变。当血液送到人体组织时，组织的半透明度会减小，当血液流回心脏，人体组织的半透明度会增加。这种现象在手指尖、耳垂等部位最为明显。因此，可以用红外发射管来照射上述部位，用红外接收管附在该部位的另一侧，来检测透射光，并把光信号转换为电信号，该电信号的频率与人体每分钟的脉跳次数成正比，再将该频率信号放大、滤波、整形就可以得到单片机可以识别的与心率相

5、对应的方波信号了[3]。本系统采用SON1303心率传感器进行心率信息的采集，主控制器根据输出的方波信号可计算出每分钟的心跳数即心率，从而判断出使用者的心率状况。　　2.3红外测温电路　　本系统测温采用的是非接触式红外温度传感器SON3818，该传感器可以通过检测物体发热时散发的红外光，对物体的温度进行测量，精度可达到0.1℃，电路简单，外围器件很少，应用简单方便。4　　2.4系统电源电路设计　　本系统采用锂电池为系统供能。由于锂电池的额定电压为3.7V，充电器的输出电压为5V，系统最大供电电压为3.3

6、V，而锂电池在长时间使用后电压会下降，结合这三个方面，需要设计稳定的电源管理模块来保护系统正常运行。为此设计出了具有双向稳压功能的电源管理模块。　　模块分为两部分。第一部分：降压充电电路。该部分采用锂电池恒流充电芯片DH4054将充电器输入的5V电压进行降压处理，对锂电池以100mA电流进行恒流充电。　　第二部分：双向稳压供电电路。锂电池在充满电时，输出电压为4.2V，而在长时间放电过后，电压会急剧降低。为保护系统正常工作，设计以下双向稳压电路。当电量充足时，对电池进行降压稳压；而在电池使用过程中，当电

7、压低于3.3V时，对电池进行升压稳压。通过这种双向的稳压方式，为系统提供平稳的3.3V电压，在保证系统稳定运行的同时，延长了电池的续航时间。　　3结束语4　　便携式健康手环的设计，体现了当前智能穿戴设备的发展趋势，为市场提供了一种低成本、低功耗、多功能、高效率、性能稳定的智能手环硬件电路设计方案。系统采用的低功耗设计，遵循了当前市场产品设计的理念和要求，而低成本、低延迟、高效率的Bluetooth4.0通信方案也是当前智能穿戴设备主流的通讯方式，并且该电路增加了磁场、空气质量传感器用于测量用户所处方位以

8、及周围环境PM2.5值，用户不仅可以了解身体信息还可以了解其周围环境信息，手环自带OLED同步显示佩戴者的当前心率、体温、步数以及空气状况等信息。整个系统稳定可靠，功能多样，借助与手机APP的信息交互，经Wi-Fi或3G网络将数据上传到Web服务器，通过数据挖掘和对大数据的分析研究，能够综合分析判断出使用者的健康状况，可广泛应用于智慧医疗和患者监护领域。　　【参考文献】　　[1]陈念昭，谢敏.从智能手环的热潮看现代信息化健康管理[J].医疗