隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)自身的健康狀況越來(lái)越關(guān)注，其健康理念已經(jīng)逐漸從單純“預(yù)防疾病”向“改善和促進(jìn)健康”轉(zhuǎn)變——即由“早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療”的二級(jí)預(yù)防向“利用各種健康促進(jìn)手段來(lái)改善健康狀況”的一級(jí)預(yù)防轉(zhuǎn)變。與此相適應(yīng)，智能化監(jiān)護(hù)儀器作為健康管理和促進(jìn)的重要手段已經(jīng)成為一個(gè)新興的應(yīng)用領(lǐng)域和重要市場(chǎng)，每個(gè)人都可以通過(guò)一定的健康促進(jìn)手段來(lái)對(duì)個(gè)人進(jìn)行“健康管理”。本文所述的便攜式運(yùn)動(dòng)量及生理參數(shù)監(jiān)測(cè)儀就是一種可用于個(gè)人健康管理的智能化儀器，其設(shè)計(jì)理念和應(yīng)用背景充分體現(xiàn)了我國(guó)新興的健康管理產(chǎn)業(yè)的基本發(fā)展趨勢(shì)。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)
便攜式運(yùn)動(dòng)量及生理參數(shù)監(jiān)測(cè)儀能實(shí)時(shí)記錄和監(jiān)測(cè)人體的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并定量評(píng)估人體運(yùn)動(dòng)量和體能消耗程度，通過(guò)以卡路里為單位的熱量形式實(shí)時(shí)顯示出來(lái);監(jiān)測(cè)儀還能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)人體血氧飽和度、心電信號(hào)、心率、體溫等重要生理參數(shù)，從運(yùn)動(dòng)量和生理參數(shù)兩方面評(píng)估體育鍛煉或康復(fù)訓(xùn)練中的運(yùn)動(dòng)是否過(guò)量，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)量及生理參數(shù)的數(shù)值是否在安全范圍來(lái)決定是否進(jìn)行報(bào)警提示。因此該監(jiān)測(cè)儀既能保證運(yùn)動(dòng)效果，又可以有效預(yù)防因“過(guò)量運(yùn)動(dòng)”導(dǎo)致意外的發(fā)生。
如圖1所示，便攜式運(yùn)動(dòng)量及生理參數(shù)監(jiān)測(cè)儀是一個(gè)典型的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意滿(mǎn)足微功耗、微型化及可靠性的要求。便攜式運(yùn)動(dòng)量及生理參數(shù)監(jiān)測(cè)儀的現(xiàn)場(chǎng)使用性要求其電流消耗小，以降低系統(tǒng)的功耗，延長(zhǎng)電池使用時(shí)間。因此，微功耗設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。微功耗設(shè)計(jì)的核心是最小功耗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，它不僅能降低系統(tǒng)功耗，還使系統(tǒng)具有較低的電磁輻射和較高的可靠性。本監(jiān)測(cè)儀的微功耗設(shè)計(jì)具體包括系統(tǒng)的運(yùn)行功耗分析、低功耗設(shè)計(jì)、功耗管理以及低功耗的軟件設(shè)計(jì)。
具體而言，便攜式運(yùn)動(dòng)量及生理參數(shù)監(jiān)測(cè)儀需滿(mǎn)足以下要求：
● 能以高精度采集和存儲(chǔ)人體的運(yùn)動(dòng)信號(hào)、生理信號(hào)，并通過(guò)相關(guān)算法對(duì)數(shù)據(jù)作相應(yīng)處理;
● 具有友好的中文人機(jī)操作界面，能夠方便地設(shè)置和操作;
● 能夠與PC機(jī)方便地交換數(shù)據(jù)，并可通過(guò)PC機(jī)上的配套軟件進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)分析和處理;
● 監(jiān)測(cè)儀能方便地佩帶于人體，重量輕，體積小，1~2節(jié)電池供電。
如圖1所示，運(yùn)動(dòng)傳感器、數(shù)字式血氧模塊、心電模塊以及信號(hào)調(diào)理單元構(gòu)成了系統(tǒng)內(nèi)的前向通道，人體的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和血氧飽和度、心電、心率等生理參數(shù)的數(shù)據(jù)通過(guò)前向通道進(jìn)入中央控制單元。
中央控制單元采用了具有超低功耗的16位微控制器MSP430F149(以下簡(jiǎn)稱(chēng)F149)，其片內(nèi)集成有8通道12位精度的A/D轉(zhuǎn)換模塊、60kB的FLASH ROM和2kB的數(shù)據(jù)RAM，且具有硬件乘法器和2個(gè)串行通信接口。采用F149作為本系統(tǒng)的中央控制單元，可以在無(wú)需片外A/D芯片的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)信號(hào)及各種生理信號(hào)的采集、接收和處理。提升了系統(tǒng)的先進(jìn)性、可靠性和集成度，能有效降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度，較大程度提升系統(tǒng)的整體性能。
