基于Lora的脉搏采集设计与实现

金佩芬 董丽

摘要：随物联网时代大数据时代的到来，传统单一的脉搏测量方式已经不满足时代的进步性，为此本文设计了一套以stm32单片机为控制核心，通过控制esp8266模块接入onenet物联网平台的人体脉搏实时监测系统，系统采用MAX30102心率模块对人体脉搏进行检测，并通过lora搭建多节点网络传输，实现了云平台远端实时监测多节点脉搏值的功能，经测试性能稳定可靠，电路简单且成本低廉。

关键词： 单片机; 血压脉搏测量; 物联网;

1引言

脉搏信息包含了很多人身体健康的信息，能反映出人的心血管机能。中医医生可以通过对患者脉搏来诊测来了解患者的基本身体状况，并且在西方医疗体系中脉搏仍然是一项身体状况的重要指标。随着时代和科技的发展，医院中汞柱式脉搏血压仪的一些弊端越来越明显，繁琐的操作步骤，橡皮材料的部件易老化，冬季衣着繁多操作更加不便，并且对于急性病患来讲，时间就是生命。随着现代生活节奏的加快和社会压力的加重，绝大数人也都处于亚健康的状况。所以迫切地需要一种全新的可实时检测、多点监测的脉搏检测仪，价格适宜、功能可靠、易操作且维护方便，适用于大范围人群集体检测的系统。本文以STM32 单片机为硬件处理核心，结合MAX30102检测模块和Lora物联网模块，实现了对人体脉搏的集中监控。

2系统总体结构

该设计以单片机为控制核心。其功能是对多点位的人体脉搏信息进行监控，并将信息实时传输到物联网云平台onenet。系统分为发射机与接收机。发射机可批量布置，发射机部分通过IIC通信协议加载MAX30102测量的数据信息，利用程序对数据进行计算和优化，把优化后的数据通过自身串口控制lora模块将其传输至接收机。接收机向esp8266模块发送AT指令，使系统接入局域网连接onenet物联网平台，将自身接收的数据传输至物联网平台，系统框图如图 1 所示。

3硬件设计

3.1单片机控制模块

本设计选择采用STM32f103c8t6单片机为核心，其复位电路、晶振电路为主要核心电路，该单片机的cpu是Cortex-M3增强型MCU。cpu处理速度最高可达72 MHz，具有高达1MB的Flash、电机控制、USB和CAN。其FLASH（KB）大小为64RAM（KB），具有16位定时器数4个，工作电压为2～3.6V。其电路设计如下图。

3.2 esp8266 Wifi模块

该系统是通过局域网接入onenet物联网平台，采用的esp8266是一款高性能的wifi模块，且支持uart串口通信，ESP8266的应用模式分为三种，AP模式、单STA模式和混合模式：

AP模式：可以将ESP8266作为热点，可以让其他的设备连接上它;

STA模式：可以连接上当前环境下的WIFI热点。

在本设计中采用单片机串口1与其进行通信，通过发送AT指令，将esp8266设置成STA模式连接局域网，利用MQTT协议将数据传输至局域网下pc端上的onenet云平台。其接线图如下图。

3.3 脉搏检测模块

脉搏数据检测使用MAX30102模块，它是一个集成的脉搏血氧仪和心率监测仪生物传感器模块，它主要由红外光LED、光电检测器、光器件以及带环境光抑制的低噪声电子电路等组成。该模块利用光电容积法测量心率，基本原理是利用人体组织在血管搏动时造成透光率不同来进行脉搏和血氧饱和度测量，该模块采用标准I2C接口与STM32微处理器进行信息传输，便于后续对信息的处理，同时它具有体积小，安装简单的特点，可以快速高效的采集数据，其与单片机连接图如图4。

3.4 Lora通信模块

本系统采用的 lora 模块型号是 sx1278 是一种串口 lora 无线模块，工作频段默认是在 433MHZ，模块具有数据的压缩和加密功能。Lora 模块具有三种传输功能分别是：透明传输、定点传输、广播传输，通过控制M0、M1高低电平选择模式。该系统发射端接收端都采用广播模式进行设置，广播模式下要求通信的信道和空率必须相同。否则将接受不到数据，广播模式下发送时候信道相同的都可以收到广播发送的数据，当广播监听的时候信道相同的所有模块都可以监听可以收集各个节点的数据。该模块通过和单片机串口2进行通信将接收到的数据发送给单片机，其接线图如下

4软件设计

系统设计运用Keil5为开发环境，使用 C 语言进行软件设计。系统开始运行后各点位对自身各模块进行初始化，初始化成功后各发射端进入脉搏循环检测模式，并通过IIC通信协议将MAX30102脉搏检测模块中的数据读取出，通过Lora模块以广播状态将数据实时发送给接收端，接收端通过esp8266将数据上传至物联网平台，程序流程图如下。

6结语

本文所介绍的基于Lora的脉搏采集设计，主要实现了多点位脉搏采集集中監控的功能，在实际应用环境中，可根据实际应用场景，增加采集点;例如医院中可实现病人集体监控，医护人员可通过平台查看病人现状，该物联网平台还兼具阈值报警功能，可实现自动监控报警的功能。在系统中采集器和平台属于双向传输，可对平台进行进一步优化，实现定时检测，点时进行测量，进一步降低能耗，但仍然存在不足，不能单点定位测量，设计仍然需要进行逐步的完善和优化。

参考文献

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