基于蓝牙 BLE 技术的心率监测方案
胡凯旋 艾信友 曾研 范兵兵 任泽明
摘 要：文章设计了基于Arduino的远程心率测量系统，Arduino接收心率传感器采集的数据并处理分析，通过蓝牙发送到电脑端，电脑利用Processing软件显示脉搏波形和心率数值，同时操作者可在安卓端通过teamviewer软件绑定电脑后查看或控制电脑，从而实现心率测量系统的远程监测。
关键词：Arduino；蓝牙；远程监测
中图分类号：TP274 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）11-0078-02
Abstract： A remote heart rate measurement system based on Arduino is designed in this paper， which receives the data collected by heart rate sensor and processes and analyzes it， and sends it to the computer through Bluetooth. The computer uses Processing software to display pulse waveform and heart rate value. At the same time， the operator can view or control the computer after the Android side binds the computer through the teamviewer software， thus realizes the remote monitoring of the heart rate measurement system.
Keywords： Arduino； Bluetooth； remote monitoring
引言
中国已步入老龄化社会，但年轻人忙于工作难以兼顾照顾家中老人，由于心血管的特殊性，发病后再送医院诊断已是回天乏术。因此，长期的心率监测对心血管病的早期诊断有帮助。所以设计出简单稳定，低成本，易于携带，可远程监测的心率监测系统，蕴藏巨大的市场潜力。
1 系统概述
该系统以Arduino为核心，Pulsesensor传感器為数据采集端，电脑为显示端，手机为远程显示和控制端。总体设计如图1所示：
2 硬件设计
该系统硬件设计由微控制器模块，电源模块，传感器模块，蓝牙模块组成。
2.1 微控制器模块
该模块直接采用Arduino Uno最小系统即可，接收传感器采集的数据并处理发送。
2.2 电源模块
为防止50HZ工频干扰引入传感器影响心率测量，直接使用干净电源即干电池模块，或充电宝。可根据实际情况选择合适电源为Arduino最小系统和传感器供电。
2.3 传感器模块
心率传感器模块选用Pulsesensor（光电反射式模拟传感器），佩戴在手指或耳垂处采集生理信号并输出电信号。
2.4 蓝牙模块
蓝牙模块选择XM-15B蓝牙串口模块，实现Arduino无线传输数据给电脑的功能。
3 软件设计
该系统软件Arduino部分采用C语言编程，电脑显示端采用processing编程。
3.1 主程序设计
传感器输出脉搏电压波形曲线，Arduino将其数字化后与IBI，BPM值分类发送到上位机显示，同时计算相邻脉搏波的峰值点的时间差并滤波，得到心跳间隔时间（IBI），计算心率（BPM=60/IBI）。主程序流程图如图2所示：
3.2 数据处理
心率的计算是根据相邻两个脉搏波的上升段的中间值所需时间之差来确定心跳间隔时间（IBI），为提高测量精确度，采用平均值算法确定IBI，进而算出心率BPM。
由于脉搏波在动脉中的反射，伴随之出现重搏波，会影响IBI的计数，所以在滤波程序中每隔0.6个IBI的值才开始追踪脉搏波形的上升，滤除重搏波。
数据传输中，采用115200波特率发送三种数据到串口，通过加字母前缀的方式来区分三种数据的类别。
3.3 processing显示程序设计
该部分程序设计通过获取串口数据，对数据前缀进行分类，进而同时显示脉搏波形曲线，IBI和BPM数值。
4 安卓软件
通过电脑端和安卓端的teamviewer app进行绑定，手机可随时查看或操作电脑，这里通过使用其远程查看电脑功能来实现远程监测心率。图3为安卓端查看心率相关数值和脉搏波形。
5 结束语
该系统实现了心率的远程测量和查看。软硬件运行稳定，价格低廉，适合普通大众，具有较高应用价值。
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