基于物联网的智能心率检测与情绪监控系统研究

基于物联网的智能心率检测与情绪监控系统研究

作者：张超

来源：《企业科技与发展》2019年第01期

【摘要】文章结合CC3200单片机、Wi-Fi的通用性、云平台丰富的扩展性等特点，提出了一种基于物联网的智能心率检测与情绪监控系统。项目通过移动互联、云服务、智能传感器、物联网等技术，开发一套智能心率检测与情绪监控监控系统，用户可以在手机、平板等智能设备上，使用相应的APP，实时查看本人及家中老人、小孩的心率变化情况并能及时提醒，对医院或个人做到实时观测、实时提醒、实时救治的心率远程检测、情绪变化监控体验。

【关键词】物联网；CC3200；Wi-Fi；云服务；远程控制；数据实时采集和分析

【中图分类号】TN925 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）01-0060-03

0 引言

因生活质量的提高及现代生活节奏的变快，生存压力大等因素，心脏病的发病率越来越高，使人们特别是中老年人对自己的身体健康状况越来越重视。心率是否正常是判断个体情绪和心脏有无病变最直接的方法，现有的检测设备由于不好携带或者无法实时数据采集和分析，就无法及时做出判断和采取措施，人们迫切需求一种新型的、智能的、可穿戴的心率和情绪监测系统来对身体状况做出及时的判断和调整，避免危险情况的发生。利用该系统来实时监测中老年人的心率情况，第一时间对其身体异常情况做出反应，并能长期跟踪分析，以及时准确地掌握中老年人情绪和心率变化规律。本项目基于物联网、数据云、智能传感器、APP移动互联等技术研究建立一个中老年人心率情绪监控系统。

1 智能心率检测与情绪监控系统设计原理

智能心率检测与情绪监控系统的设计原理如图1所示。

智能硬件部分采用了MiCOKit3200开发套件，MiCOKit3200与TI CC3200 LaunchPad连接后，使得CC3200能够连接各类传感器并进行数据传输。利用此开发套件的扩展性，我们在主板增加了心率传感器检测模块、温湿度传感器模块和三轴加速度传感器检测模块。

（1）利用三轴加速度传感器检测模块配以相关算法，可以实现物体的加速度信息的实时检测、监控，判断人体的运动状态。

（2）利用心率传感器检测模块配以相关算法，可以实现对人体心率的实时检测、监控，对人体状态做出判断。

（3）利用温湿度传感器检测模块配以相关算法，可以实现对人体温湿度的实时检测、监控，对人体状态做出判断。

利用心率、情绪变化检测数据对照表1进行数据分析。

当系统检测人体的加速度发生变化时，同时检测身体的温湿度和心率的变化情况，系统将相关信息通过无线路由器转发至云服务器，云服务器对接收到的数据配合算法做出相应的分析判断，最终由云服务器将判断结果信息发送到已绑定的用户手机，来进行相关的报警和提醒操作。

2 智能心率检测与情绪监控系统的设计与实现

整个心率、情绪检测系统的设计可分为三部分：智能穿戴检测装置（嵌入式设备客户端）、云服务器端设计、手机APP设计。三部分运行机制和体系结构设计如图2所示。

3 智能硬件的选择和功能实现

3.1 CC3200

CC3200是TI无线连接SimpleLink Wi-Fi和物联网（IoT）解决方案最新推出的一款单片机，具有内置Wi-Fi，客户借助片上Wi-Fi、互联网和强大的安全协议，无需Wi-Fi经验即可实现快速的开发。

3.2 心率传感器

本模块使用SON1303光电式心率传感器，可放置于人体各部位测试人体心率和脉搏。其采用的反射式光电传感器使测量方式更加自由，应用范围遍及可佩戴式电子产品及新式测试方法的脉搏测量仪器，能扩大脉搏测量配套设备的应用范围。

3.3 加速度传感器

加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。主要感应方式是对微小物理量的变化进行测量，再通过电压信号来表示这些变化量。加速度传感器主要用作人体跌倒检测，利用人体跌倒时加速度的变化结合一定的识别方式，就可以判断出人体是否跌倒。

3.4 温湿度传感器

MiCOKit-3200套件的主板上配置了一个温湿度传感器SHT20。SHT20是一款工业级的数字温度传感器，其工作功耗仅为3.2 ？滋W，因此配合MCU能够实现低功耗的IoT应用。

智能检测设备嵌入式软件设计的主程序流程如图3所示。

3.5 云服务器的设计与实现

云服务平台是专为嵌入式设备提供指定服务的远程服务器。服务器通过为用户提供相应的API接口，实现与嵌入式终端设备的数据通信。同时，用户可以随时随地通过手机、PC机等智能终端来访问服务器，并获取嵌入式设备的传感数据及检测设备的工作状態等。目前比较成熟的有阿里云、百度云、庆科云等。

云服务器主要承担心率检测系统终端设备的管理和信息分析处理及转发功能，并且能够及时响应并处理终端（检测设备、智能手机等）的请求。其功能主要包括以下两个部分。

（1）嵌入式设备客户端与云服务器的数据交互。云服务器接收检测设备的检测数据信息并分析处理。

（2）Android手机客户端与云服务器的数据交互。云服务器将检测设备的检测信息分析处理的结果转发给手机客户端。

检测设备客户端与云服务器、手机客户端与云服务器的数据交互方式都采用C/S（客户端/服务器）点对点的架构模型。它将服务请求功能（客户端）和服务提供功能（服务器）分开。其中，客户端通过向云服务器发送请求信息，服务器接收到请求后将请求内容返回给客户端实现两者的数据交互，两者分别发挥各自优势，相互配合，紧密合作。图4为客户端与云服务器数据交互的结构图。

3.6 APP的设计与实现

将Android移动终端作为此次报警系统的控制终端，具有操作简单、可移动性和便于扩展等优点。

手机客户端主要实现以下功能：手机客户端直接与云服务器进行通信，接收云服务器发送过来的检测处理结果信息；手机客户端接收到结果信息后，进行相关的报警操作；同时管理多个检测设备（传感节点）。

4 结语

本研究提出并设计完成一种基于智能物联网的心率、情绪监测系统，分别从系统工作原理、系统硬件选择嵌入设计、数据云端架构实现与数据分析和APP设计等方面，分析智能物理网在人体健康监测系统中的应用。将无线智能CC3200设备、手机终端、数据云等应用于健康监测中，实现低成本、低功耗、智能化的无线网络通信。通过本系统用户可以实时获知人体健康状况，并可以远程检测、监控。利用物联网云端强大的计算分析能力，为用户、医院提供一种及时、有效、便捷的提醒救治的实时健康检测系统。

参考文献