基于STM32智能手環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王彰云

(廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530001)

0 前言

隨著國(guó)內(nèi)人們的平均壽命變長(zhǎng)以及新生兒出生率降低，老年人的比重越來越大，老年人的身體健康是社會(huì)需要加大關(guān)注的一個(gè)問題。利用便捷的電子設(shè)備來監(jiān)測(cè)老年人的身體健康狀況，已經(jīng)成為老年人監(jiān)護(hù)領(lǐng)域的熱門研究方向。本文研究的智能手環(huán)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)老人的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)老人的心率及血壓值，并能連續(xù)存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)，為老人的健康管理提供有效的參考[1]。

1 智能手環(huán)控制系統(tǒng)組成

智能手環(huán)控制系統(tǒng)由溫濕度采集模塊、心率/血壓采集模塊、陀螺儀模塊、WIFI模塊以及OLED現(xiàn)實(shí)模塊組成。智能手環(huán)使用STM32作為控制器，接收傳感器發(fā)送的溫度、濕度、心率、血壓以及運(yùn)動(dòng)狀況等數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分析人體所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及身體健康情況，并把結(jié)果在OLED顯示屏進(jìn)行顯示，同時(shí)數(shù)據(jù)通過WIFI模塊上傳到計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)，作為老人健康動(dòng)態(tài)管理的依據(jù)。智能手環(huán)控制系統(tǒng)框圖如圖1所示[2-3]。

圖1 智能手環(huán)控制系統(tǒng)框圖

2 智能手環(huán)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 STM32微處理器

采用STM32F411作為系統(tǒng)的微處理器，該處理器功能強(qiáng)大，擴(kuò)展性能好，最高可以運(yùn)行100MHz的頻率信號(hào)，有16通道的12位A/D轉(zhuǎn)換接口，有3個(gè)I2C接口，3個(gè)usart串行接口、1個(gè)SDIO接口，內(nèi)部有豐富的定時(shí)器，并且可以運(yùn)行簡(jiǎn)易的操作系統(tǒng)。

2.2 心率/血壓采集模塊

該模塊采用HP-6傳感器，該傳感器采用光電信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)人體心率和血壓的監(jiān)測(cè)。傳感器工作的原理是通過綠色發(fā)光二極管發(fā)光來捕獲人體脈搏跳動(dòng)的強(qiáng)弱變化，把這些變化轉(zhuǎn)換成電壓來反映心率血壓的變化，再根據(jù)其內(nèi)部心率和血壓計(jì)算算法得到準(zhǔn)確的心率和血壓測(cè)量數(shù)據(jù)[4]。其電路如圖2所示。

2.3 陀螺儀模塊

在該模塊中采用MPU6050六軸傳感器，該傳感器內(nèi)部帶有三軸陀螺儀和三軸加速度傳感器，2個(gè)I2c接口，利用自帶數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器硬件加速引擎，還可以輸出9軸姿態(tài)融合演算數(shù)據(jù)。內(nèi)部的三軸陀螺儀可以檢測(cè)人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，三軸加速度傳感器還可以對(duì)人體運(yùn)動(dòng)計(jì)步，并轉(zhuǎn)換成消耗的卡路里。陀螺儀模塊對(duì)應(yīng)的電路如圖3所示。

圖2 心率和血壓測(cè)量

2.4 溫濕度采集模塊

在溫濕度采集模塊中，采用SHT20傳感器。該傳感器輸出的溫濕度信號(hào)為數(shù)字量，并采用I2C接口模式，電路連接簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)傳輸與采集很便捷。另外該傳感器溫濕度轉(zhuǎn)換精度高，可以工作在潮濕、高溫的復(fù)雜環(huán)境，可以實(shí)時(shí)輸出當(dāng)前環(huán)境溫度和濕度數(shù)據(jù)。

2.5 OLED顯示模塊以及WIFI模塊

本系統(tǒng)采用OLED顯示屏，其具有發(fā)光效率高且能耗低、屏薄且重量輕、抗震特性好、視角度廣畫面不失真、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在電子產(chǎn)品中。通過OLED顯示屏，可以顯示心率、血壓、運(yùn)動(dòng)步數(shù)、環(huán)境溫度等參數(shù)。為了更好地記錄這些數(shù)據(jù)，可以通過ESP8266 WIFI向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的智能手環(huán)控制系統(tǒng)，經(jīng)過安裝測(cè)試，其具有功能多、數(shù)據(jù)精度高、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，具有較高的使用價(jià)值。