基于MSP430的便攜式運動量及生理參數監(jiān)測儀設計

　　隨著我國經濟和醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的快速發(fā)展，人們對自身的健康狀況越來越關注，其健康理念已經逐漸從單純“預防疾病”向“改善和促進健康”轉變——即由“早發(fā)現、早診斷、早治療”的二級預防向“利用各種健康促進手段來改善健康狀況”的一級預防轉變。與此相適應，智能化監(jiān)護儀器作為健康管理和促進的重要手段已經成為一個新興的應用領域和重要市場，每個人都可以通過一定的健康促進手段來對個人進行“健康管理”。本文所述的便攜式運動量及生理參數監(jiān)測儀就是一種可用于個人健康管理的智能化儀器，其設計理念和應用背景充分體現了我國新興的健康管理產業(yè)的基本發(fā)展趨勢。

　　系統(tǒng)設計

　　便攜式運動量及生理參數監(jiān)測儀能實時記錄和監(jiān)測人體的運動數據，并定量評估人體運動量和體能消耗程度，通過以卡路里為單位的熱量形式實時顯示出來;監(jiān)測儀還能夠實時監(jiān)測人體血氧飽和度、心電信號、心率、體溫等重要生理參數，從運動量和生理參數兩方面評估體育鍛煉或康復訓練中的運動是否過量，并根據運動量及生理參數的數值是否在安全范圍來決定是否進行報警提示。因此該監(jiān)測儀既能保證運動效果，又可以有效預防因“過量運動”導致意外的發(fā)生。

　　如圖1所示，便攜式運動量及生理參數監(jiān)測儀是一個典型的單片機應用系統(tǒng)，在系統(tǒng)設計中應注意滿足微功耗、微型化及可靠性的要求。便攜式運動量及生理參數監(jiān)測儀的現場使用性要求其電流消耗小，以降低系統(tǒng)的功耗，延長電池使用時間。因此，微功耗設計是系統(tǒng)設計的重要內容。微功耗設計的核心是最小功耗系統(tǒng)的設計，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)測儀的微功耗設計具體包括系統(tǒng)的運行功耗分析、低功耗設計、功耗管理以及低功耗的軟件設計。

　　具體而言，便攜式運動量及生理參數監(jiān)測儀需滿足以下要求：

　　● 能以高精度采集和存儲人體的運動信號、生理信號，并通過相關算法對數據作相應處理;

　　● 具有友好的中文人機操作界面，能夠方便地設置和操作;

　　● 能夠與PC機方便地交換數據，并可通過PC機上的配套軟件進行后續(xù)數據分析和處理;

　　● 監(jiān)測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，運動傳感器、數字式血氧模塊、心電模塊以及信號調理單元構成了系統(tǒng)內的前向通道，人體的運動數據和血氧飽和度、心電、心率等生理參數的數據通過前向通道進入中央控制單元。

　　中央控制單元采用了具有超低功耗的16位微控制器MSP430F149(以下簡稱F149)，其片內集成有8通道12位精度的A/D轉換模塊、60kB的FLASH ROM和2kB的數據RAM，且具有硬件乘法器和2個串行通信接口。采用F149作為本系統(tǒng)的中央控制單元，可以在無需片外A/D芯片的基礎上實現運動信號及各種生理信號的采集、接收和處理。提升了系統(tǒng)的先進性、可靠性和集成度，能有效降低系統(tǒng)設計的難度，較大程度提升系統(tǒng)的整體性能。