现在，可穿戴技能正作为一类严重科技革新而鼓起，其实质便是能直接穿在身上，整合进衣服中，乃至植入身体中的相关科学技能。可穿戴技能的开展将会跟着硬件技能、传感器技能、电池技能、通讯技能的完善越来越遭到职业的注重，成为下一个爆发性的技能热潮。
压电薄膜是一种新式的高分子聚合物型传感资料，具有高的压电常数，且质量轻、柔性好、加工性性能好、频率呼应宽等特性。运用其压电特性制造的传感器有结构简略、呼应速率快、后端的处理简略等长处，已在健康监测和仿生学方面有广泛的运用。
可编程片上体系是一种可编程的半导体器材，既具有现场可编程门阵列的数字阵列，又具有体系可编程模仿器材的模仿阵列，有处理数字和模仿两种信号的才能。可编程片上体系技能是一种全新的嵌入式规划，能够在体系运转过程中编程，以修正和重构电子体系，在小型体系规划方面得到越来越广泛的运用。
研讨的可穿戴体征监测体系结合了压电薄膜传感器和可编程片上体系技能，正是将可穿戴技能浸透于消防和服装的一次探究。
1 技能剖析
本体系依据CYPRESS公司的PSOC5硬件渠道资源，运用与之配套的PSoC Creator2.0软件开发渠道，选用C言语作为编程言语，来完结整个可穿戴体征监测体系的完结。首要完结依据PSoC渠道压电薄膜传感器的调度电路的完结，完结依据，PSoC渠道模数转化电路的完结，完结依据PSoC渠道的声光报警电路的完结，完结体系软件的规划完结。
1.1 PSoC5体系架构
下面介绍CY8C55系列的低功耗、片上可编程体系，选用其间一款可选的32位的PSoC5渠道。CY8C55系列首要组成部分如图1所示：ARM Cortex M3 CPU子体系，非易失性质体系，编程调试子体系，数字、模仿子体系，时钟和电源模块。
因为PSoC体系的显著特点，能把规划人员从繁琐的低水平编程中摆脱出来，软件渠道能够供给丰厚的器材及功用库，进步规划功率，缩短规划周期，加快样机成型。当规划需求改动时能够很快修正，新产品更新换代无需太改变，集成度高，多种功用于一身，便于研制、收购、出产，然后降低了本钱。
1.2 压电薄膜传感器
压电薄膜传感器选用MEASUREMENT公司的SDT1-28K类型，如图2所示。SDT1压电薄膜传感器由一个矩形压电薄膜和一个带有同轴电缆的成型塑料外壳组成。压电资料外表印刷银墨，而且本身折叠，使得传感器发生自屏蔽。这在高规范EMI环境下的运用是适当重要的。
传感器以相对的形式运作，压电薄膜的长度改变发生相应的电荷，因而电压出现在薄膜的电极点。传感器好像一个“活跃的”电容，所以丈量器材的输入信号加载时有必要考虑负载阻抗匹配问题。因为薄膜极端的细薄，发生的寄生%&&&&&%和规范1 MΩ负载足以构成低频呼应。
2 技能完结
研讨的可穿戴体征监测体系由三大部分组成：传感器调度电路，模数转化电路，声光报警电路。整个体系组成部分如下图3所示。
2.1 传感器调度电路的规划与完结
压电薄膜传感器是无源传感器，无源传感器的差分输出是一个低差分电压(毫伏级)。输出阻抗相对较高，因而信号需求一级扩大。而且共模信号难于按捺，需求一个差分扩大。图4显现了模仿部分的装备，由图形化装备东西PSoCCreator完结。
输入模块的榜首级由一个运算扩大器构成的增益为1的电压跟从器，作为在传感器与负载之间的阻抗匹配。在这一级之后，是一个增益G固定到4的可编程增益扩大器。在这一级预扩大之后，需求一个带偏置补偿的二级扩大。偏置补偿因为传感器的初始偏置导致，所以有必要要9位的DAC完结补偿。二级扩大由运算扩大器构成的二阶有源低通滤波电路，增益G在1—48之间。一切的偏置补偿和增益自动地由固件依据实践需求进行装备参数的挑选。
信号经过滤波之后，电压幅值在PSoC的模仿地AGND，和Vcc/2之间。二级扩大是由带有参阅电压Vdda的Opamp_1构成。最终经过扩大的信号将送入由守时器和计数器构建的特别的模数转化电路。
2.2 模数转化电路的规划与完结
模仿脉息呼应信号在经过了传感器调度电路之后，调度后的较抱负的信号波形将送入由电压比较器、计数器、守时器构成的特别的模数转化电路。
图5显现了模数转化电路的规划实践图的装备，由图形化装备东西PSoC Creator完结。调度后的信号幅值满意PSoC内置的电压比较器所需的电平巨细值。电压比较器依据固件装备的参数、比较器的参阅电压Vref，在每个clock的上升沿时，进行逻辑凹凸的判别并输出。因为调度后的信号幅值大致在1.2 V左右，故体系在给电压比较器的参阅电平为1.2 V，而且设定clock的频率为24 K(只需大于脉息振荡的频率)，电压比较器的输出由计数器对其进行计数。一起运用守时器发生6s的时刻距离，在这段时刻距离内计数器进行计数。守时器守时中止后，由PSoC内嵌的Cortex—M3微控制器进行中止处理，从头对守时器、计数器进行装备，而且将计数器的值转化后经过LCD显现成果。
2.3 声光报警电路的规划与完结
声光报警电路的规划作用在于，在体系探测到反常的数据时，能够作出相应的反应以提示用户采纳相应的办法。软件在判别出计数器转后的数值反常时，将会履行紧迫报警部分的代码。在临界值和超出值之间选取不同的计划，对蜂鸣器和LED灯进行不同的操作。硬件电路上，PSoC硬件渠道上已装备有蜂鸣器和LED灯，在运用时只需固件装备好引脚分配计划，用杜邦线将对应的引脚衔接即可。图6显现了此模块电路的完好规划。
2.4 体系软件的规划与完结
体系的软件部分首要作用，在于对PSoC的所需的各个硬件模块进行装备。模块的初始化，参数的装备，模块的RESET功用的完结均在软件内部完结。此外.软件还有一个重要的功用便是，在守时器的中止服务程序中完结脉息振荡数的显现功用以及在紧迫状况下的声光报警功用。
体系软件流程图如图7所示，PSoC Creator 2.0供给汇编和C言语两种言语完结软件规划。
软件履行部分正如流程图所示，开始的人体脉息模仿量经过压电薄膜传感器、传感器调度电路、模数转化电路后，成为了一个相对实践的数字量。数字量首要会经过LCD显现器显现出来，给予一个直观的感触。一起，程序将会把这个生成的数字量和预先设定的阀值(一个正常人的脉息跳动数的规模)作出比较。假如数字量在这正常的规模内，则绿灯常亮，蜂鸣器不响;假如数字量跃出这一正常规模的两头阀值，则红灯闪耀，蜂鸣器急响。
程序在发动履行后，首要对各个硬件模块初始化，由上述可知，所需的硬件模块有：运算扩大器(Opamp)，可编程扩大器(PGA)，电压比较器(Comp)，守时器(Timer)，计数器(Counter)，字符型显现器(LCD)，时钟模块(clock)，中止模块等。
程序在初始化完结，将会直接进入for函数引导的无限循环。函数的首要代码履行都将在守时器的中止服务子程序中CY_ISR(Intermpt Handler)。在守时器的中止服务子程序
中，首要完结以下的操作：对计数器状况装备和对其寄存器的读取;对计数器的计数进行数据转化;调用LCD进行成果显现;进行阀值判别判别是否履行紧迫声光报警模块，对守时器状况装备等。
综上可知，PSoC可编程片上体系的开发是适当简练的，其上的硬件资源与软件资源适当丰厚，而且二者融合得适可而止。在硬件上，运用者能够侧重考虑体系规划的全体功用，避免了分立元件建立体系的调试困难。在软件上，PSoC对各个硬件模块的驱动程序封装的API也是适当奇妙，程序开发也变得简略、简练。
3 体系测验
因为本体系是比较具有实用价值的、可供医疗、消防方面运用的设备渠道，有必要进行实践的运用测验，以调查是否适用于绝大多数的人群运用。在实践测验过程中，特别是操作压电薄膜传感器时，有必要留意MEASUREMENT公司提出的SDT1压电薄膜传感器的操作辅导。测验衔接方法如图8所示。
4 定论
本体系根本完结了生命体征监测的功用而且带有告警功用，能够运用在本文提出的智能服装范畴，改进消防人员的救援作用。一起，此体系改进了传统的消防救急办法，加入了现代化的电子信息体系，能够进步全体消防的功率。别的，从体系的根底功用能够看出，此电子体系还可运用在医疗电子设备、临床医学监护等范畴，有着广泛的运用性和拓展性。
