心率监控及反馈系统终稿

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智能身心反馈训练系统(智能生物反馈仪)—标准版

智能身心反馈训练系统(智能生物反馈仪)标准版HC-SXZ-BZ型随着社会与经济的快速发展，生活质量不断提高，人们在享受丰富物质文明的同时，却常常因工作与学业习的压力、各种突发事件等感到身心疲劳、长期处于紧张与压力状态，引发了如失眠、焦虑、紧张、抑郁、情绪不稳定、注意力不集中等身心不适。

为了有效的解决人们因压力、紧张产生的身心不适，上海惠诚公司基于生物反馈原理、医学、生理学、心理专业训练、结合传感器技术、三维虚拟动画技术、人工智能、自动控制、指纹识别，研发了用于自我身心控制、情绪、压力和紧张度调节的智能身心反馈训练系统。

该系统现已申请国家专利，是惠诚公司整合多年经验，精心研发，在全球尚属首创的划时代、高科技、多学科一体化的新兴心理训练产品。

1、生物反馈理论它基于著名美国心理学家、生物反馈学说的创始人米勒（Miller NE），于1967年提出的内脏学习理论。

相比传统放松训练，生物反馈放松训练则更能及时提供人体心理生理信息的客观参数，因此，可以更为准确地判断训练方法运用是否得当，方向是否正确，从而克服训练中的盲目性。

2、专业心理放松训练应用美国Edmund Jacobson博士创立的雅克布松的渐进性放松训练、德国医学博士舒尔茨创立的自律训练法、呼吸调整训练、意像放松训练及其他放松训练等16种专业的心理放松训练方法。

3、心率变异性（HRV）理论美国心脏数理研究所(The Institute of HeartMath，简称IHM)，通过16年的科学试验，发现心率变异性取决于自主神经系统两个分支系统的相互作用。

4、自主神经系统人体呼吸、呼吸均匀度、脉搏、心率变异性、血压等状态的变化，取决于自主神经系统两个分支系统的相互作用，它能直接、动态反映人体情绪与压力状态。

因此通过监测HRV即能实时监测人体情绪与压力的变化状况。

惠诚智能身心反馈训练系统，是上海惠诚公司最新独立研发的一套自我身心控制、情绪调节的专业心理训练综合设备。

一种心率监测系统的设计

析关键电路；然后详细阐述计算机软件及云数据库的设计思路；最后通过分析系统实际运行效果，验证系统的有效性。相较于现有同类产品，本系统功能上得到了进一步的提升。关键词：心率监测；单片机；Ｃ＃；ＳＱＬ；云数据库中图分类号：ＴＰ２７４．２文献标志码：Ａ文章编号：１６７１－８７９８（２０１７）０６ — ０４４２ — ０８
ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２３，Ｚｈｅｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｃａｓｅｔｈｅｈｅａｒｔｒａｔｅｏｆｔｈｅｅｌｄｅｒｌｙｉｓｕｎｓｔａｂｌｅ，ａｐｏｔｅｎｔｉａｌｓａｆｅｔｙｈａｚａｒｄｍａｙｏｃｃｕｒ．
将采集得到的相关数据传输给计算机，然后由计算机软件通过因特网存储至云数据库，供医疗人员查询、统计及
分析，移动终端则可以主动查询心率监测器的Ｔ作数据。首先简要介绍系统的整体构成及硬件设计，给ｍ并分
Ｄｅｓｉｇｎｏｆａｈｅａｒｔｒａｔｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ
ＺＨＡＮＧＪｉａｌｏｎｇ，ＷＡＮＧＹａｎｇ，ＺＨＡＮＧＺｈｅｎｙｕ

智能心率监测系统的设计

Abstract：An intelligent heart rate monitoring system is designed，which is mainly used in the intelligent wearable fields of
the elderly and middle⁃aged people，and is convenient for portable measurement of heart rate. The reflective photoelectric sensor
基于物联网的智能监护大数据云服务平台
（黔科合平台人才[2016]5707）
对比几种滤波算法的去除噪音的效果，
本文选择最优数据
滤波和心率算法处理，
从而消除脉搏的信号杂质。本文主
要通过研究前端信号采集、
信号转换、
数字滤波、
算法处理
和数据远程传输来完成整体系统设计。
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便时刻观察使用者的情况。心率所呈现出综合信息
健康情况意义并不是很大。老年人的发病率远远超过
在很大程度上可以反映出许多生理疾病，通过心率信息
年轻人，发病的主要原因是生理的基本参数没有得到及
判断出心率输出量、算出休克指数和估计出心肌耗氧数。
时的监测，其心率作为最重要的生理参数，将成为可穿
本文设计采用的是反射式光电传感器作为前端数
时避免突发疾病因时间耽误急救。该系统设计经过多种运动状态试验对比，表明此设计的智能心率监测系统具有稳定性、
高精度和可行性。
关键词：反射式光电传感器；智能穿戴设备；高精度数字滤波；信号采集
中图分类号：TN931+.3⁃34；TP311

心电监护各项报警参数及设置、使用注意事项

心电监护各项报警参数及设置、使用注意事项心电监护报警参数设置及使用注意事项为确保心电监护的有效性，需要设置各项报警参数。

下面是心电监护报警参数设置对照表：实际心率（次分）小于60心率上限（数值）：+20下限（数值）：-10实际收缩(mmHg)收缩压上限（数值）：+20下限（数值）：-20实际舒张(mmHg)舒张压上限（数值）：+20下限（数值）：-20备注：1.基础生命体征在正常范围的情况下，按照实际值的20%-30%计算。

2.不正常范围的心率下限不得低于40次分，上限不得高于150次/分。

3.血氧饱和度设置一般下限为95%，呼吸衰竭病人设置可以为85%。

4.异常血压和心率在用药治疗后，连续三次维持在相对稳定的数值后，及时重新设置报警参数。

5.特殊病人按医嘱设置。

如何设置各项报警值？1.心率参数设置先检查心率来源是PLETH(体积脉搏图)还是ECG。

根据患者病情需要酌情预先调整好测量值的上、下报警限，若为窦性心律上下限一般在自身心率上下的30%。

特殊情况下根据心电监护波形走速调整。

ECG设置提醒：心电监测分为心律监测和心率监测。

危重病人ECG监测，是对心脏节律监测最有效的手段。

通过监测，可发现心脏节律异常，各种心律紊乱，如房性、室性早搏，心肌供血情况、电解质紊乱等。

2.RESP(呼吸)参数设置左下和右上的电极片是呼吸的感应电极片。

病人如果以腹式呼吸为主，可以把左下的电极片放在左侧腹部起伏最明显处。

注意呼吸报警上限设置不能高于30次/分，下限设置不能低于12次/分，否则不安全。

RESP设置提醒：胸廓的运动、身体的非呼吸运动都会造成呼吸阻抗值的变化。

因此，当病人出现严重而又持续的身体运动时，呼吸率的测量及波形显示可能会不准确。

SpO2参数的正常设置为吸入空气时测得值≥95%，低于90%为轻度低氧血症，报警低限应高于90%。

对于COPD病人、ARDS病人以及肺部感染病人，应根据病情进行设置。

需要注意的是，将SpO2报警上限设为100相当于关闭上限报警，因为高氧水平会对早产儿造成晶体状后纤维组织症。

运动训练中运用心率监控训练负荷的研究

运动训练中运用心率监控训练负荷的研究导读：简易心率表法：用心率表测量,事先将程序输好,系好心率发射带。

心率对运动刺激的反应比较敏感,能够比较确切地反映身体负荷的不同变化，概念上比较简单,理解难度较小且不易产生歧义，能够在实验室进行,尤其便于现场测定和实时测定，易于对测试结果进行比较与评价，易于应用于运动训练实践。

关键词：心率，心率监测，运动训练运动训练目的是充分挖掘人体机能的最大潜力,不断超越已有的生理负荷平衡, “没有疲劳的训练是无效训练,没有恢复的训练是耗损训练” [1]但无论是疲劳还是恢复,都要有科学的评判标准。

在实验室条件下，可以通过取血样和尿样选取生理生化指标：评价运动量的常用指标有血红蛋白( Hb)、血尿素氮(BUN)、血睾酮( T)、血皮质醇(C)等；评价运动强度的常用指标有血乳酸(BLa) 、血清肌酸激酶(CK)、尿蛋白等 [2,3,4,5,6]。

训练负荷是关系到运动训练质量的关键因素，在长期的训练实践中运动负荷的监控是长期困扰训练的问题。

对一次训练课可选择指标血尿素氮评价训练量的大小,血乳酸和尿蛋白评价运动强度的大小。

免费论文参考网。

对一周训练运动量的评价可选择血红蛋白和血尿素氮,运动强度的评价可选择血清肌酸激酶, 评价机体的免疫、机能状态选择血红蛋白、血尿素氮和血清肌酸激酶，全血分析尤其是白细胞数量及其分类[7,8,9]。

生理生化指标的研究为运动训练负荷的监控提供了一些科学的方法，大多指标在运用中面临具体的困难，设备昂贵、取血、操作复杂、结果反馈时间长等，如何在运动训练中用无创伤、高效、快速生理指标进行运动负荷监控成为长期的关注点。

在实践层面，运用心率在运动训练中被广泛采用。

1心率测量的主要方法[18]1．1脉搏触摸法：用手直接切运动员手腕动脉。

1．2简易心率表法：用心率表测量,事先将程序输好,系好心率发射带。

可比较准确地记录安静时、运动中和运动后心率。

目前心率遥测系统较多,使用时按不同系统的要求. 将电极贴在相应的部位，一般放在颈部(颈动脉),太阳穴(颞浅部动脉)及左心前区(胸前左侧第5肋间心尖部),打开接受器即可。

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第四届“含弘杯”学生课外学术科技作品竞赛

心率监控及反馈系统

作品类别：科技发明制作信息技术类二〇一四年十月 1

目录目录 ................................................................. 1 摘要 ................................................................. 1 关键词 ............................................................... 1 一、前言 ............................................................ 1 二、工作原理 ........................................................ 1 1、硬件部分 ...................................................... 1 1.1 信号采集模块 .............................................. 2 1.2数据处理模块 ............................................... 3 1.3 人机交互模块 .............................................. 3 1.4 数据传输模块 .............................................. 3 1.5 数据存储模块 .............................................. 4 1.6 报警模块 .................................................. 4 1.7 数据接收模块 .............................................. 5 2、软件设计部分 .................................................. 5 2.1 心率采集算法原理及相关C语言程序 ......................... 5 2.1.1 心率采集算法原理 .................................... 5 2.1.2 心率采集算法相关C语言程序 .......................... 9 2.2 程序代码（见附录） ....................................... 11 三、测试方法与误差分析 .............................................. 11 1、测试方法 ...................................................... 11 2、误差分析 ...................................................... 11 四、市场应用及价值 .................................................. 13 五、作品实际图片 .................................................... 14 参考文献 ............................................................ 14 附录： .............................................................. 15 1

摘要：心率一项能够比较准确反映人体身体状况的生理指标，通过对心率数值的连续测量来获得准确而客观的数据分析，同时通过模块化的设计将相关的数据进行智能化分析存入SD卡中，同时通过NRF2401A模块或GSM 模块进行数据的传输，有效地提高了心率测量仪器的应用范围和分析的准确性。关键词：心率测定 MSP430单片机 NRF2401A模块 GSM模块一、前言随着人们生活水平的提高，人们对于健康的关注程度也在逐渐上升。我国的医疗设备市场存在着很大的发展空间，拥有巨大的市场潜力。心率是指心脏每分钟跳动的次数，是一项能够比较准确的反映出一个人身体状况的生理指标。通过心率的测量和连续心率数据的处理发掘，可以较客观的获得个体的身体状况分析。根据模块化设计的思想，可以依照用户的需求进行差异化的定制，从而得到相应所需的产品，极大的扩展了产品的使用范围。同时通过程序的设计使其能够对于数据进行优化处理，使设备更加智能化，操作更加简便快捷。二、工作原理 1、硬件部分

硬件部分采用了模块化的设计方案，通过不同的模块与基础测量部

分的搭配，从而达到扩展功能的目的。硬件部分分为信号采集模块、数据处理模块、人机交互模块、数据传输模块、数据存储模块、报警模块、数据接收模块七个部分。信号采集模块将采集到的信号输入到MSP430单片机中，然后经过单片机的处理，显示在屏幕上，同时将数据存储进SD卡中。在安装数据传输模块后可以选择将数据通过NRF2401A模块或GSM模块进行传输，一旦心率超出正常范围，报警模 2

块将开始工作，同时将报警信息通过数据传送模块发送到数据接收端。系统框图如图一所示：

图一系统框图 1.1 信号采集模块

信号采集模块采用的是PulseSensor生物传感器。该传感器采用光电容积法来测量。当光束透过人体外周血管，由于动脉搏动充血容积变化导致这束光的透光率发生改变，此时由光电变换器接收经人体组织反射的光线，转变为电信号并将其放大和输出。其价格低廉，精度高，体积较小，工作状态稳定性好，可以使用微处理器进行数据分析处理，用以分析脉搏变化以及实时自我调节心率，维持较为稳定的健康的心率状态。工作电压在+3～+5V，作品采用+5V供电。

图二传感器波形图 3

1.2数据处理模块数据处理模块选择的是德州仪器生产的MSP430单片机，其工作速度快，片内存储空间大，同时具备64个通用IO口，具备优良的数据处理和控制性能。将PulseSensor传感器采集到的数据进行处理后再传输给下一级硬件部分。下图为MSP430单片机：

图三 MSP430单片机 1.3 人机交互模块人机交互模块采用的了10.1英寸的TFT触摸彩屏，同时对控制部分进行优化。通过运用工业化集成屏幕，使用触摸进行操作，使系统操作更加便捷。大屏幕增强了图形显示的效果，使人机交互的功能得到增强。 1.4 数据传输模块为了适应不同的数据传输需求，数据传输模块采用了两种方式。近距离的数据传输采用NRF2401A无线传输模块。该模块能够工作在2.4~2.5GHZ的公共频段，工作晶振为16MHZ，采用3.3V电压供电，分 4

为配置模式，直接发送模式，突发模式等多种模式，该模块选择的是突发模式，在该模式下无线通信模块可以直接将从单片机获得的8位二进制数据传送给同一频段的接收端，空旷地区实测传输距离可达400米，接收端再将8位数据校验完成后输出。

图四 NRF2401A无线传输模块原理图远距离的数据传输采用华为的GTM900 GSM\GPRS通信模块，其能够

在接收到MSP430传递的数据后通过2G网络将数据以短信的形式发送到绑定的手机，工作性能稳定。 1.5 数据存储模块在数据存储模块部分采用的是大容量SD卡存储设备。其通过SPI总线与MSP430单片机相连，在数据采集后能够迅速完成数据的存入和读取，同时体积较小，具备极高的兼容性，方便数据的转移。同时扩大了数据的存储空间和存储效果。 1.6 报警模块报警模块采用了蜂鸣器和屏幕共同工作的方式。当报警模块工作时，蜂鸣器开始工作同时屏幕开始间歇性点亮熄灭，从而起到发出警 5

报的效果。 1.7 数据接收模块在远距离数据传输中，采用手机作为数据接收端；在近距离的数据传输中，由于使用了NRF2401A无线通信模块，所以接收端采用了相同的通信模块和STC89C52RC单片机来构成，其能够将接收到的数据显示在LCD1602的屏幕上，同时在发送端发出警报信号时，在接收端的蜂鸣器工作进行报警。下图为接收端LCD1602的电路原理图：

图五 LCD1602显示部分原理图 2、软件设计部分

2.1 心率采集算法原理及相关C语言程序 2.1.1 心率采集算法原理 6

N N Y Y

(Signal > thresh) && (Pulse == false) && (time > (IBI/5)*3)

IBI = sampleCounter - lastBeatTime; lastBeatTime = sampleCounter;

ADC电压采样得Signal

Signal < thresh) && (time > (IBI/5)*3) ((Signal > thresh)

&& (Signal > Peak)

Signal < trough Trough= Signal Peak= Signal