基于Arduino的远程定位生理参数监测系统设计

　　摘要：基于Arduino平台采用提供高精度三维位置的MXTOS2-200模块，设计了一种体积小巧的远程定位生理参数监测仪。利用独特的过采样技术和低功耗的传感模块，结合Arduino开源环境对人体脉搏、呼吸频率、行走状况(跌倒)等生理状态参数的实时采集测量，与正常生理参数范围做比较，进行预警动作。实验表明，该监测仪可以对生理参数进行实时采集，得到精确的测量数据进行生理判断;Arduino平台提供GSM、GPS以及常用生理参数传感器的库函数可大大降低设计难度;系统具有设计简单、低功耗、低成本的优点。

　　引言

　　目前国内一些便携式生理检测仪设备，虽然可以检测多个生理参数，但很多只是单独地研究了便携式监测仪或采用物联网的形式连接大型医疗设备，其设计大多复杂、价格昂贵，难以得到广泛的应用^[3~5]。

　　本文设计一种基于开源电子平台Arduino的远程定位生理参数监测仪，实时采集人体的生理参数，应用于突发状况下的快速定位和急救，兼具了便携、远程定位和发送、性价比高、设计简单的特点，可以起到定位急救的作用。

　　1 总体设计

　　系统由定位模块MXTOS2-200、Arduino最小系统、生理参数采集模块、无线传输模块和人机交互模块组成，其框图如图1所示。其中，无线数据接收节点主要由无线传输模块、报警器、微处理器和计算器模块组成。生理参数采集模块将采集到的呼吸频率、脉搏、行走状态等参数经A/D转换成数字信号，微处理器对转换后的信号进行处理并显示，然后无线传输模块将处理后的数据打包发送出去，数据接收节点接收到生理参数采集节点的数据后，微处理器将数据进行拆包，取出有效数据并通过串口发送至计算机，计算机对采集的各项生理参数进行分析、处理和显示或者直接通过GSM模块发送至手机。该系统实现了呼吸频率、脉搏等生理参数的采集和测量、行走状态的监控以及实时的GPS(Global Positioning System，全球定位系统)位置坐标和时间信息的获取和信号的无线传输。如果采集到的呼吸频率、脉搏与预设值(标准范围)有差异或检测到人体跌倒时，则通过人机交互模块显示和语音报警，并且启动通讯模块，将生理参数和位置信息传递到上位机或集控中心。这样模拟出人在外遇到突发状况的情景，可以看到系统的各模块的运行;同时系统也可以用于日常的体检自查和远程数据传递，便于医师进行数据分析和疾病诊断。

　　2 硬件设计

　　硬件部分主要包括控制器的选取与电源模块的设计、生理参数测量模块、MXTOS2-200导航模块、GSM无线通信模块与LCD人机交互模块。其中，最小系统采用Arduino MEGA2560，主要在于MEGA2560具有54路数字输入/输出接口(15路用于PWM)和4个硬件串口，丰富的I/O接口便于扩展，其最小系统电路如图2所示。