劉春蘭 姚勝欽 魏勇 趙嫦欣

【摘要】心率儀在現(xiàn)代社會不僅廣泛應(yīng)用于醫(yī)療系統(tǒng)，也成為一種普遍的家用儀器，為了解決現(xiàn)有家用測量儀器的單一性、使用繁雜的問題，筆者在此運用TRIZ創(chuàng)新理論方法，改變原有的系統(tǒng)，使用51單片機(jī)系統(tǒng)，增加了心率儀的功能。最終證明了運用TRIZ理論的特性傳遞分析能夠快速建立基礎(chǔ)系統(tǒng)，有效組成系統(tǒng)，并解決關(guān)鍵問題。

【關(guān)鍵詞】TRIZ理論；心率儀；特性傳遞

一、初始問題描述

（一）工作原理

現(xiàn)有的電子心率觀測功能是利用臂式血壓壓迫法，實現(xiàn)心率的測量；溫度計和濕度計由紅外線傳感器或者內(nèi)部的感溫元件膨脹進(jìn)行工作測量；PM2. 5的觀測儀采用重量/微量振蕩/β射線法進(jìn)行PM2.5濃度的檢測。其原理如圖1。

（二）問題的提出

現(xiàn)有的電子傳感類儀器受制于傳感器的類型，無法擁有更多的功能，并且售價昂貴。人們的日常生活往往需要更多功能的檢測器來測量數(shù)據(jù)，因此在觀測數(shù)據(jù)時需要使用的儀器多，不利于操作，并且購置儀器需要花費高。

所以筆者希望開發(fā)制作一種多功能心率儀系統(tǒng)，其應(yīng)該具備的主要優(yōu)點有：（1）造價低廉，結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)組件容易獲得。（2）測量精度高，功能齊全。

二、裝置的技術(shù)系統(tǒng)分析

（一）特性傳遞

（1）識別體統(tǒng)的主要功能：觀測儀的主要功能是觀測環(huán)境數(shù)據(jù)及人體數(shù)據(jù)。（2）系統(tǒng)的優(yōu)點、缺點：系統(tǒng)的優(yōu)點是觀測的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，缺點是收集到的數(shù)據(jù)信息不完善，操作有一定限制。（3）確定競爭系統(tǒng)：可以觀測數(shù)據(jù)的系統(tǒng)有心率計、溫度計、濕度計、pm2.5檢測器等，它們的功能都是可觀測數(shù)據(jù)。如表1所示。（4）尋找備選系統(tǒng)：溫度計、濕度計、電子心率儀。（5）確定基礎(chǔ)系統(tǒng)：由于多功能心率觀測儀是我們的目標(biāo)，而且需要該系統(tǒng)的成本低，所以將測心率的功能作為基礎(chǔ)系統(tǒng)的主要功能，因此心率計成為基礎(chǔ)系統(tǒng)。（6）識別特性來源工程系統(tǒng)中造成優(yōu)點的特性或者組件：由于我們選擇了心率計作為基礎(chǔ)系統(tǒng)，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，溫度計、濕度計中的DHT11/紅外線傳感器中的傳感器組件是兩系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集端口，而PM2.5的光學(xué)空氣質(zhì)量傳感器可以實時檢測空氣中的PM2.5濃度，因此我們可以將溫度計、濕度計中的DHT11傳感器，PM2.5檢測儀中的光學(xué)空氣質(zhì)量傳感器接入心率計的控制器，在相應(yīng)的程序下可以獲得一個擁有多種功能的心率觀測儀。

三、基于TRIZ原理的解決方法

（一）運用物理矛盾找出解決方案

通過上述分析可知，存在待解決的問題：如何在保證系統(tǒng)造價便宜的同時使系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)完善。

經(jīng)過分析，我們在分離矛盾需求“基于系統(tǒng)級別分離”中找到突破方向，也即可以不通過解決“系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集組件多少和成本高低”這個問題來嘗試解決這個矛盾，最終確定原理5：組合c。

根據(jù)“組合c”原理的提示，將原本的紅外線傳感器組件進(jìn)行檢測啟動和觀測心率組合即可實現(xiàn)一個雙功能的傳感器，所以“系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集數(shù)據(jù)的多少和成本高低”這個矛盾就不存在了。

（二）多功能心率儀的設(shè)計方案

將原本的電子心率計用相對廉價的單片機(jī)系統(tǒng)代替，降低成本；而電子溫度計、電子濕度計更替為DHT11傳感器系統(tǒng)；PM2.5監(jiān)測器也相應(yīng)更替為單片機(jī)系統(tǒng)。為了攜帶方便和加強(qiáng)安全性能，供能電源可為干電池或者5V的電源輸入，與常規(guī)儀器相比，該系統(tǒng)成本低廉，操作簡單，效果直觀，可廣泛用于日常生活的環(huán)境及人體檢測。

四、結(jié)語

（1）運用TRIZ理論的特性傳遞分析，找到了改進(jìn)后系統(tǒng)的基礎(chǔ)系統(tǒng)，通過矛盾的解決方法找到了改進(jìn)原有系統(tǒng)的最理想系統(tǒng)。（2）改進(jìn)后系統(tǒng)不僅具有原有系統(tǒng)的測量心率的功能，也因為增加了傳感器的原因具有新的功能，給人們的生活帶了便利。

參考文獻(xiàn)

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[2]徐瑞雄，楊博，王篧飛，李香坪，肖芳菲，郭建強(qiáng).基于51單片機(jī)的心率測量及預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計[J].電子制作，2016（12）：15.

作者簡介：劉春蘭（1989.03—），女，漢族，四川人，碩士，助理實驗師，研究方向：光纖傳感；姚勝欽（1997.05—），女，漢族，重慶人；魏勇（1987.06—），男，漢族，內(nèi)蒙包頭人，博士，講師，研究方向：光纖傳感、大學(xué)生創(chuàng)新教育；趙嫦欣（1991.03—），女，漢族，黑龍江齊齊哈爾人，碩士，助理實驗員，研究方向：光纖傳感。