使用ESP8266和Arduino的基于物联网的患者监护系统

风筝

健康监测是当今世界的主要问题。由于缺乏适当的健康监测，患者患有严重的健康问题。现在有很多物联网设备可以通过互联网监控患者的健康状况。健康专家也在利用这些智能设备来关注他们的病人。凭借大量新的医疗保健技术初创企业，物联网正在迅速改变医疗保健行业。

在本篇文章中，我们将建立一个基于物联网的健康监测系统，记录患者的心跳率和体温，并在这些读数超过临界值时发送电子邮件/短信警报。脉搏率和体温读数记录在ThingSpeak和Google表格上，以便通过互联网从世界上任何地方监测患者的健康状况。还附加一个按键，以便患者可以在紧急情况下按下它以向他们的亲属发送电子邮件/短信。

所需的材料

●    Arduino Uno开发板

●    ESP8266 Wi-Fi模块

●    LM35温度传感器

●    脉搏传感器

●    按钮

●    10k电阻

●    连接导线

●    面包板

脉搏传感器

脉搏传感器（Pulse Sensor）是一款精心设计的即插即用的心率传感器，适用于Arduino。传感器夹在指尖或耳垂上，然后插入到Arduino。它还包括一个开源监控应用程序，可实时显示您的脉搏。

传感器的正面是一个心形徽标。这是与皮肤接触的一面。在正面你会看到一个小圆孔，这是LED从后面照射的地方，在LED下方还有一个小方形。它是一种环境光传感器，与手机、平板电脑和笔记本电脑中使用的传感器完全相同，可在不同光线条件下调节屏幕亮度。 LED将光照射到指尖或耳垂或其他毛细血管组织中，并且传感器读取反弹的光量。这就是计算心率的方法。传感器的另一侧是其他部件的安装位置。

在我们使用这种传感器之前，我们需要保护传感器的暴露面，以便我们能够获得准确的读数并避免因汗水而导致的短路。为此，您可以使用Velcro条带或黑色胶带。如图所示。

传感器有三根电线：信号（S）、Vcc（3 - 5 V）和GND。信号线连接到Arduino开发板的模拟引脚。

LM35温度传感器

LM35是一款模拟线性温度传感器。其输出与温度成正比（以摄氏度为单位）。工作温度范围为-55°C至150°C。响应每次°C上升或温度下降，输出电压变化10mV。它可以采用5V和3.3 V电源供电，待机电流小于60uA。

ESP8266-01

有很多数人将ESP8266称为WIFI模块，但它实际上是一个微控制器。 ESP8266是由Espressif Systems开发的微控制器的名称，Espressif Systems是一家位于上海的公司。该微控制器可以执行WIFI相关活动的能力，因此被广泛用作WIFI模块。

有两种方法可以使用ESP8266模块。本教程将帮助您开始使用ESP8266。一种方法是使用AT命令。另一种方法是使用Arduino IDE。这里我们将使用AT命令将数据从Arduino发送到ESP。

电路原理图

以下是详细的连接：

●    脉搏传感器的信号引脚 - > arduino的A0

●    脉搏传感器的Vcc引脚 - > arduino的5V

●    脉搏传感器的GND引脚 - > arduino的GND

●    LM35的Vout - > Arduino的A1

●    ESP8266的Tx - > arduino的10号引脚

●    ESP8266的Rx - > arduino的11号引脚

●    ESP8266的CH_PD和Vcc - > arduino的3.3 V

●    ESP8266的GND - > arduino的GND

●    按钮 - > arduino的数字引脚8

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配置ThingSpeak在线记录患者数据

ThingSpeak为基于物联网的项目提供了非常好的工具。通过使用ThingSpeak网站，我们可以使用ThingSpeak提供的频道Channels和网页监控我们的数据，以及通过互联网控制我们的系统。 ThingSpeak'收集（Collect）'来自传感器的数据，'分析和可视化（Analyze and Visualize）'数据和通过触发一条反应'执行（Acts）'。本文中，我们简要说明如何使用ThingSpeak实现物联网患者监测项目。

我们将使用ThingSpeak通过互联网在线监测患者的心跳和体温。我们还将使用IFTTT平台将ThingSpeak连接到电子邮件/消息服务，以便在患者处于危急状态时发送警报消息。

第1步： - 首先，用户需要在ThingSpeak.com上创建一个帐户，然后登录并单击“Get Started”。

第2步： - 现在转到“频道”菜单，然后单击同一页面上的“New Channel”选项。

第3步： - 现在您将看到一个用于创建频道的表单，根据您的选择填写名称和说明。然后在Field 1、Field 2和Field 3标签中填写'Pulse Rate'、'Temperature'和'Panic'，勾选Fields的复选框。同时勾选表格中“Make Public”选项的复选框，最后保存频道。现在您的新频道已创建。

第4步： - 您将看到如下所示的三个图表。注意Write API key，我们将在代码中使用此密钥。

第5步： - 现在，我们将使用服务器的ThingHTTP应用程序来触发IFTTT小程序，以便将数据输入到Google表格以及发送电子邮件/短信。 ThingHTTP支持设备、网站和Web服务之间的通信，而无需在设备级别实现协议。您可以在ThingHTTP中指定要使用其他ThingSpeak应用程序（如React）触发的操作。

要制作New ThingHTTP，我们将需要用于触发的URL，我们将从IFTTT获得。

配置IFTTT以根据ThingSpeak值触发邮件/ SMS

第1步： - 登录IFTTT并搜索Webhooks，然后单击它。

第2步： - 单击Documentation。

第3步： - 在事件框中键入“Patient_Info”并复制URL。我们将在ThingHTTP中使用此URL。

现在让我们让Applet将ThingHTTP链接到Google表格并发送电子邮件/短信。之后我们将跳转到完成我们的ThingHTTP。

第4步： - 单击My Applete中的New Applete选项。

第5步： - 单击“+ this”并搜索Webhooks，然后单击它。选择触发器作为“接收Web请求”。

第6步： - 在webhooks URL的事件框中键入与您编写的事件名称相同的事件名称。单击“Create Trigger”。

第7步： - 点击“+ that”并搜索Google表格并点击它。

单击“Add row to spreadsheet.”。

第8步： - 为您的工作表提供任何名称。在格式化的行框中，您将显示日期和时间、事件名称、BPM值和体温，如下所示

第9步： - 检查您的小程序，然后单击“完成”。

同样，我们必须制作applet，以便在发生Panic事件时发送电子邮件。

所以再次点击“+ this”并选择Webhooks，然后在事件名称中输入“Panic”。在“+ that”中搜索Gmail并单击它。

现在，单击发送电子邮件。

当患者发生Panic时，键入您希望接收电子邮件的电子邮件地址。

在电子邮件中键入要发送的正文内容，然后单击“创建操作”。检查并完成。

我们已经让我们的applet执行任务。现在，回到Thingspeak-> Apps-> ThingHTTP。

用于连接ThingSpeak和IFTTT的ThingHTTP

第1步： - 点击New ThingHTTP。命名，然后粘贴您从webhooks文档中复制的URL。填写剩下的信息，如下所示。

在Body中，我们必须编写我们想要发送到IFTTT applet的信息。我们发送患者脉搏读数和温度。所以格式是

1. { "value1" : "%%channel_channelID_field_fieldNumber%%","value2" : "%%channel_channelID_field_fieldNumber%%"}

复制代码

填写完这些信息后，单击Save ThingHTTP。

以同样的方式，我们必须使ThingHTTP成为“Panic”。按照相同的步骤。

在URL中，写下Panic来代替Patient_Info。正文保持空白，所有其他信息与之前的ThingHTTP相同。保存。

现在，我们必须让React触发URL。

React与ThingHTTP应用程序一起使用，以在通道数据满足特定条件时执行操作。

要制作React，请单击Apps - > React。单击New React。

第2步： - 给你的React命名。条件类型为数字和测试频率与数据插入相同。

选择要触发URL的条件。从If Channel下拉菜单中选择您的频道。选择字段1即脉冲率并使条件大于任何值。我填写的是60。如图所示：

从Action下拉菜单中选择ThingHTTP，然后选择ThingHTTP。

选择“每次满足条件时运行操作”，然后单击“保存反应”。

以同样的方式，如图所示为Panic制作React。

选择“每次满足条件时运行操作”，然后单击“保存反应”。

我们已经完成了基于Web的工作。现在，我们将介绍基于Arduino的代码。

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Arduino代码

在本文的末尾处给出了完整的Arduino代码，这里我们只介绍一些重要部分。我们将使用脉博传感器库，可以从此链接下载。此外，我们使用计时器来设置间隔以获取读数。为此，我们需要Timer库，可以从此链接下载。

让我们开始介绍代码部分......

首先，我们需要包括所有使用的库。我们使用串口与esp8266进行通信。

1. #include <SoftwareSerial.h>
   
2. #include "Timer.h"
   
3. #include <PulseSensorPlayground.h>     //pulse sensor library

复制代码

在我们的代码中使用定时器、SoftwareSerial和脉博传感器的实例。

1. Timer t;
   
2. PulseSensorPlayground pulseSensor;
   
3. SoftwareSerial esp8266(10,11);   //Rx,Tx

复制代码

设置低级中断以实现最准确的BPM匹配，并使DEBUG能够在串行监视器上显示正在进行的命令。

1. #define USE_ARDUINO_INTERRUPTS true           
   
2. #define DEBUG true

复制代码

设置您的WiFi名称、密码和thingspeak.com的IP

1. #define SSID "*********"      // "your WiFiname"
   
2. #define PASS "**********"   // "wifi password"
   
3. #define IP "184.106.153.149"      // thingspeak.com ip

复制代码

声明String以更新ThingSpeak通道的信息。您将需要API密钥，可以从ThingSpeak channel - > API密钥中找到。复制Write API密钥并粘贴到此处。

1. String msg = "GET /update?key=Your Api Key";

复制代码

在setup函数中，设置Arduino串行监视器和esp8266之间串行通信的波特率。通过给AT命令启动ESP通信并通过调用connectWiFi()函数连接。之后我们将通过调用t.every(time_interval，do_this)来初始化Timers；在您定义的每个time_interval之后，它将获取传感器的读数并在通道上更新。

1. void setup()
   
2. {
   
3.   Serial.begin(9600);
   
4.   esp8266.begin(115200);
   
5.     pulseSensor.analogInput(PulseWire);   
   
6.   pulseSensor.blinkOnPulse(LED13);       //auto-magically blink Arduino's LED with heartbeat.
   
7.   pulseSensor.setThreshold(Threshold);   
   
8. 
   
9.   // Double-check the "pulseSensor" object was created and "began" seeing a signal.
   
10.    if (pulseSensor.begin()) {
    
11.     Serial.println("We created a pulseSensor Object !");  
    
12.   }
    
13.   Serial.println("AT");
    
14.   esp8266.println("AT");
    
15.   delay(3000);
    
16. 
    
17.   if(esp8266.find("OK"))
    
18.   {
    
19.     connectWiFi();
    
20.   }
    
21.   t.every(10000, getReadings);
    
22.    t.every(10000, updateInfo);
    
23. }

复制代码

我们需要编写connectWiFi()、panic_button()、update_info()和getReadings()函数。

connectWiFi()函数根据连接的Wi-Fi，它将返回True或False。 AT + CWMODE = 1将使ESP8266在站模式下工作。 AT + CWJAP = \，此功能中使用的命令是连接到您的接入点（您的Wi-Fi路由器）。

1. boolean connectWiFi()
   
2. {
   
3.   Serial.println("AT+CWMODE=1");
   
4.   esp8266.println("AT+CWMODE=1");
   
5.   delay(2000);
   
6.   String cmd="AT+CWJAP="";
   
7.   cmd+=SSID;
   
8.   cmd+="","";
   
9.   cmd+=PASS;
   
10.   cmd+=""";
    
11.   Serial.println(cmd);
    
12.   esp8266.println(cmd);
    
13. ……
    
14. …..

复制代码

getReadings()函数用于获取脉搏传感器和LM35读数并使用dtostrf()函数将它们转换为字符串。

1. void getReadings(){
   
2.    raw_myTemp = analogRead(A1);
   
3.   Voltage = (raw_myTemp / 1023.0) * 5000;         // 5000 to get millivots.
   
4.   tempC = Voltage * 0.1;                //in degree C
   
5.   myTemp = (tempC * 1.8) + 32;             // conver to F
   
6.   Serial.println(myTemp);
   
7.   int myBPM = pulseSensor.getBeatsPerMinute();  // Calls function on our pulseSensor object that returns BPM as an "int".
   
8. if (pulseSensor.sawStartOfBeat()) {            // Constantly test to see if "a beat happened".
   
9. Serial.println(myBPM);                        // Print the value inside of myBPM.
   
10. }
    
11. delay(20);

复制代码

为BPM和temp定义char数组，并使用dtostrf()将这些传感器的浮点值转换为String。

1.      char buffer1[10];
   
2.      char buffer2[10];
   
3.     BPM = dtostrf(myBPM, 4, 1, buffer1);
   
4.     temp = dtostrf(myTemp, 4, 1, buffer2);
   
5.   }

复制代码

编写函数，在ThingSpeak通道上更新传感器信息。

“AT + CIPSTART = \”TCP \“，\”“，AT命令将通过端口80建立TCP命令

1. void updateInfo()
   
2. {
   
3.   String cmd = "AT+CIPSTART="TCP","";
   
4.   cmd += IP;
   
5.   cmd += "",80";
   
6.   Serial.println(cmd);
   
7.   esp8266.println(cmd);
   
8.   delay(2000);
   
9.   if(esp8266.find("Error"))
   
10.   {
    
11.     return;
    
12.   }

复制代码

使用“＆field1 =”附上带有GET URL的读数; 用于脉冲读数和“＆field2 =”; 用于温度读数。 使用“AT + CIPSEND =”命令发送此信息。

1.   cmd = msg ;
   
2.   cmd += "&field1=";    //field 1 for BPM
   
3.   cmd += BPM;
   
4.   cmd += "&field2=";  //field 2 for temperature
   
5.   cmd += temp;
   
6.   cmd += "\r\n";
   
7.   Serial.print("AT+CIPSEND=");
   
8.   esp8266.print("AT+CIPSEND=");
   
9.   Serial.println(cmd.length());
   
10.   esp8266.println(cmd.length());
    
11.   if(esp8266.find(">"))
    
12.   {
    
13.     Serial.print(cmd);
    
14.     esp8266.print(cmd);
    
15.   }
    
16. …
    
17. …

复制代码

同样，为panic_button创建函数。 当按钮变为高电平时，esp8266使用AT + CIPSTART和AT + CIPSEND命令将信息发送到服务器。

1. void panic_button(){
   
2.   panic = digitalRead(8);
   
3.     if(panic == HIGH){
   
4.     Serial.println(panic);
   
5.       String cmd = "AT+CIPSTART="TCP","";
   
6.   cmd += IP;
   
7.   cmd += "",80";
   
8.   Serial.println(cmd);
   
9.   esp8266.println(cmd);
   
10. …..

复制代码

将此信息附加到“＆field3 =”。

1.   cmd = msg ;
   
2.   cmd += "&field3=";   

复制代码

在loop函数中，使用t.update()函数调用panic_button()和计时器。

1. void loop()
   
2. {
   
3.   panic_button();
   
4.   start: //label
   
5.     error=0;
   
6.     t.update();            
   
7. ……
   
8. ……

复制代码

实际运行的患者监护系统

现在，根据电路图连接硬件组件并将代码上传到Arduino。 打开串行监视器以查看代码内部的内容。

在您在计时器设置中定义的时间间隔之后，您将看到Google网盘上的Google表格中定义的数据已更新。

按下紧急按钮4-5秒，您将收到患者出现状况的电子邮件，如下所示：

代码

本文使用的完整代码如下所示： main.rar (1.65 KB, 下载次数: 80)

2018-11-20 15:05 上传

点击文件名下载附件

大大大佬啊

前辈，按照您的做法一步一步来的。库文件我都放里面了，可是烧写程序出错了，

Arduino:1.8.7 (Windows 10), 开发板："Arduino/Genuino Uno"

C:\Users\LAZYBO~1\AppData\Local\Temp\ccrQ71Yu.ltrans0.ltrans.o: In function `begin':

E:\安装软件\软件\Arduino\libraries\PulseSensorPlayground-master\src/PulseSensorPlayground.cpp:55: undefined reference to `PulseSensorPlayground::UsingInterrupts'

E:\安装软件\软件\Arduino\libraries\PulseSensorPlayground-master\src/PulseSensorPlayground.cpp:56: undefined reference to `PulseSensorPlaygroundSetupInterrupt()'

collect2.exe: error: ld returned 1 exit status

exit status 1
为开发板 Arduino/Genuino Uno 编译时出错。

大大大佬啊

好像是库文件src 文件里未定义PulseSensorPlaygroundSetupInterrupt()'

风筝

大大大佬啊 发表于 2018-11-18 15:22
好像是库文件src 文件里未定义PulseSensorPlaygroundSetupInterrupt()'

非常感谢您的回复。

已经重新上传了代码附件。

问题主要是由于#define宏定义应该位于include语句的前面。

shiphook

楼主您好，请关于esp8266系统配置是怎么做的，在这个实例中貌似没有看到？

azi1974

这个很有学习的必要

wax

我想请问一下，thingspeak已经注册好账户了，为什么登陆的时候输入email后点击next没有反应？求解决方案

mzbljm

wax 发表于 2019-11-26 15:22
我想请问一下，thingspeak已经注册好账户了，为什么登陆的时候输入email后点击next没有反应？求解决方案 ...

我也是这样，很苦恼