简易肢体康护训练监测装置的设计.pdf
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1、物联网技术 2023年/第8期 智能处理与应用Intelligent Processing and Application760 引 言目前,人口的老龄化是全球性的人口发展趋势,中国也不例外。1990 年以来,我国老龄人口以平均每年 3.32%的速度增长,根据第七次全国人口普查结果1:60 岁及以上人口约为 2.6 亿人,约占 18.70%;其中 65 岁及以上人口约为 1.9 亿人,约占 13.50%。随着年龄的增加,老年人的肌肉力量和柔韧性逐渐降低,致使老年人行动不便,甚至可能发生跌倒、瘫痪等情况,从而造成居家照顾老人的社会问题和医疗成本增加。柔韧性是肌肉和肌腱对运动做出反应而拉长和伸展的
2、能力,使关节能够在其运动范围内活动。一个好的肢体拉伸康护训练计划可以帮助中老年人维持身体的柔韧性,提高日常生活质量。将物联网技术应用于医学领域能够改变医学领域的服务现状2-5。本文旨在基于物联网云平台设计一种简易智能康护训练监测系统,为需要增加身体柔韧性或者需要做简易肢体康护训练的人群提供简单智能肢体康护训练指导和动态监测。同时,实现对康护训练人员的远程参数监控功能,以便于医护人员或者监护者通过智能终端实时动态监测康护训练人员的训练情况和关键生命体征参数。1 系统方案设计在康护人员进行肢体康护训练时,按照综合医院分级护理指导原则中的规定,需要由医疗人员手动采集康护人员的训练参数,并依据参数的变
3、化分量,适当地调整训练进度和程度。但是,目前我国医疗人力资源正处于严重紧缺状态,本装置可以利用智能技术实现对肢体康护训练人员的训练参数和生命体征参数的动态监测和预警,以缓解医疗人力资源短缺问题。简易肢体康护训练监测装置如图 1 所示。图 1 装置组成结构(1)心率血氧数据采集模块:在完成康护训练时,负责训练人员的主要生命体征参数(心率和血氧饱和度)的数据采集。选用 Maxim 公司的 MAX30102 模块6-7,该模块集成了脉搏血氧仪和心率监测仪的生物传感器模块,有 18 位 AD 分辨率,最高采样率可达 3 200 SPS,且具有低噪的 优点。(2)角度数据采集模块:完成训练肢体弯曲或拉伸
4、角度的数据采集。选用 InvenSense 公司的 MPU6050 模块,该模块是全球首款整合性六轴运动处理组件,内部有三轴 MEMS加速度计、三轴 MEMS 陀螺仪,通过内部 DMP(数字运动处理器)可从主机处理器中卸载运动处理算法的运算,最大限度地降低功耗,简化定时与软件架构。(3)单片机模块(上位机):是核心处理器,完成信息处理、外围电路控制、显示、通信等功能。选择 STM32F103 系列中的 ZET6,该芯片是 F103 系列中配置最为强大的。CPU 频率可达 72 MHz,支持 32 位的 RISC,具有低功耗、低电压,提供了丰富的各种增强性 I/O 和外围设备等。(4)无线网络模
5、块:为实现远程的肢体康复训练参数监测提供无线通信技术支撑。选用 ATK-ESP8266 模块8-9,该模块采用串口与核心处理器通信,内置 TCP/IP 协议栈,仅需专注于应用层面的设计。(5)服务器模块:以物联网云平台为远程数据传输载体。采用 EMQ 公司在线 MQTT10服务器;EMQ 提供开源物联简易肢体康护训练监测装置的设计刘亚娟,林佳威(宜宾学院 智能制造学部,四川 宜宾 644000)摘 要:基于物联网云平台设计了一款简易肢体康护训练监测装置,用于对肢体康护训练人员进行自动智能监测,以缓解日益紧张的医护人员短缺问题。该装置主要由上位机和下位机两部分组成。下位机基于传感器技术自动获取肢
6、体康护训练人员的训练数据,并完成信息处理与数据传输;上位机基于物联网技术实现装置远程控制和动态数据监测。通过测试,该装置能够自动完成被监测人员的肢体弯曲/拉伸角度和心率血氧参数的实时监测。关键词:肢体;康护检测;心率;血氧;关节角度;智能监测中图分类号:TP39 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2023)08-0076-03收稿日期:2022-09-23 修回日期:2022-10-21DOI:10.16667/j.issn.2095-1302.2023.08.0192023年/第8期 物联网技术智能处理与应用Intelligent Processing and Applicati
7、on77网数据基础设施,拥有来自 50 多个国家的 20 000 多家企业用户,连接全球超过 1 亿台物联网设备。(6)微信小程序(下位机):实现智能终端肢体康护训练数据监测。选用微信开发者工具,该开发工具包括了开发、测试模块等;主要编程语言是 JavaScript,该语言是一种解释型语言,具有良好跨平台性和交互性。2 软件设计软件开发平台为 Keil5 MDK,该软件开发平台能够提供高效开发方案,支持 Win7 以上的操作系统。本装置的软件设计主要分为上位机和下位机两部分,各自对应的流程如 图 2 和图 3 所示。图 2 下位机流程图 3 上位机流程上位机主要功能有:(1)控制外围传感器,获
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