基于云平台的便携式智能睡眠呼吸监测与报警系统的研究

作者：陈燃孙先松黄强国罗浩梅启程时间：2015-09-07 来源：电子产品世界

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编者按：本项目是在计算机技术和现代测试技术深层次结合的基础上设计的一种新仪器，对人们睡眠时的呼吸进行实时监测和报警，可通过智能手机和先进的电子技术，充分运用软件能力来实现信号采集、数据实时显示和输出等功能。采用单片机(MCU)为主控制器，可通过无线蓝牙模块和无线局域网(WiFi)模块与智能手机通信，使之对接收的数据进行处理并连接云平台实现数据的存储和共享。

4.1 呼吸传感器设计

本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/279220.htm

　　呼吸质量的监测有多种指标，结合现实因素考虑，最终选择方案为通过磁感应来获得所需要的信息，人呼吸时的起伏带动磁通量的变化，再将磁通量的变化转化为电信号，不断调整放大倍数，获得精确有效的信息[8]。

4.2 下位机控制蓝牙和WiFi模块进行通信

　　WiFi模块与蓝牙模块的配置如下

　　蓝牙配置：

　　AT/*测试通讯*/

　　AT+NAMEbreath/*修改蓝牙名称为breath*/

　　AT+BAUD4 /*修改波特率为9600*/

　　AT+PIN1234 /*修改配对密码为1234*/

　　WiFi模块配置：

　　at+netmode=2

　　at+dhcpd=0

　　at+wifi_conf=breath,wpawpa2_aes,12345678

　　at+dhcpc=1

　　at+net_ip=0.0.0.0,0.0.0.0,0.0.0.0

　　at+net_dns=0.0.0.0,0.0.0.0

　　at+remotepro=tcp

　　at+mode=server

　　at+remoteip=192.168.11.245

　　at+remoteport=8080

　　at+CLport=

　　at+timeout=0

　　at+uart=115200,8,n,1

　　at+uartpacklen=64

　　at+uartpacktimeout=10

　　at+net_commit=1

　　at+reconn=1

　　无线蓝牙模块和WiFi模块能与MCU正常连接，接收和发送数据。

4.3 主控单元监测分析传感器数据进行声光报警

　　给出一定的模拟信号，主控单元能正确的识别出不正常的呼吸状况，并启动报警，LED灯开始闪烁，蜂鸣器开始发声^[9]。

4.4 各功能单元工作状态的控制与低功耗设计工作

　　后期精简不必要的元件，缩小仪器的体积。器件的选择，在确保精确度的前提下，使用低功耗的器件，适当修缮主程序，使其更高效稳定工作。

4.5 上位机手机端的高度智能化、人性化的软件设计

　　MCU与手机间的无线通信要求二者建立协议，以保证数据传输的可靠性，同时传输一些特定的命令指令来维持系统的运行。

　　MCU与手机端的协议如下

　　命令格式

　　$000# 停机

　　$001# MCU启动

　　$002#测试单个数据

　　$003#测试连续数据

　　$004#读取MCU状态

　　$005#读取MCU数据长度

　　$006#读取指定数据长度

　　$007#读取命令数据

　　$008#发动报警机制

　　数据格式

　　单个数据格式：&___#

　　连续数据格式：%________________#

　　固定长度数据格式：@__________#(10位)

5 结束语

　　低价格高实用性的呼吸监测仪，有很大的市场，特别对于有睡眠呼吸障碍的人群，该仪器不仅可以对睡眠呼吸的不正常状态实时报警，还可以记录整个睡眠过程中的呼吸状态，便于本人及医生分析掌握病情，从而为广大呼吸暂停低通气症患者带来更好的、科学的监护和诊治。同时该仪器还能使用无线通信与智能手机结合，智能化程度高，更加人性化。

参考文献：

　　[1]陈宜张,臧益民主编.医学生理学[M]. 上海科学技术出版社, 1992

　　[2]陈延航等编著.生物医学测量[M]. 人民卫生出版社, 1984

　　[3]金鑫,张庆稼. 简易睡眠呼吸暂停监测仪的研究[J]. 医疗设备信息. 2002(05):24-26

　　[4]刘雪红,吴爱平,王立业,李川勇. 小波变换去除心电信号中呼吸信号干扰[J]. 生物医学工程与临床. 2003(02):78-80

　　[5]刘宝华. 一种新的阻抗式呼吸检测系统的设计[J]. 生物医学工程学杂志. 2003(03):527-530

　　[6]樊尚春,田园,郭占设. 呼吸力学参数检测方法评述[J]. 传感器与微系统. 2010(05):9-17

　　[7]葛伟庆,王生,刘世杰,罗致诚. 一种用电容式传感器检测呼吸率的方法[J]. 航天医学与医学工程. 1999(02):32-34

　　[8]王卫红,鲍咸能,王博亮. 双频率阻抗法在呼吸监测中的应用研究[J]. 航天医学与医学工程. 1999(01):51-55

　　[9]邓亲恺主编.现代医学仪器设计原理[M]. 科学出版社, 2004:224-231,

　　[10]马黎军,宿长军. 阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征临床相关因素与多导睡眠监测的比较分析[J]. 第四军医大学学报. 2009(12)

　　[11]董国亚,高上凯. 生物阻抗的测量方法[J]. 国外医学.生物医学工程分册. 2000(05):285-290