單片機MSP430設計的心靈安撫智能手環

海口經濟學院 郭慶峰 張 河 方廷源 王凱博 邢博理 楊亞洲

伴隨著快節奏時代的到來，人們對高品質生活的追求在無形之中加大了自身的壓力，便引發了人們較為普遍的恐慌感和焦灼情緒。情緒焦慮已經在人們日常生活中不可缺少，想緩解心理壓力卻沒有一個合適的方法.

相比于去醫院找心理醫生進行心理壓力舒緩，我們團隊基于心靈安撫來研發的可佩戴式的智能手環，在很大程度上解決了大部分人們沒有時間看心理醫生進行心理輔導的壓力。該智能手環在生活中可便攜佩戴，及時通過脈搏傳感器、語音收集器，對身邊產生壓力的信息進行收集，反饋到MSP430芯片由核心算法來快速計算，準確的通過智能手環的一系列調節來對使用者經行心理壓力的舒緩。

1 基于心靈安撫的基礎設備產品介紹

（1）心靈安撫基礎設備顧名思義是一種只能提供心靈緩解的設備，我們設計初衷只是讓心情不好的人并不想起到治療的作用，可能在對于患者的治療中可以起到輔助治療的作用。關于設備的使用材料目前采用仿真皮膚硅膠人體硅膠制作手環的表帶。

（2）關于設備使用，設備可以直接通過情緒變化時心率的變化或直接從麥克風采集語音的方式與使用者進行互動，設備直接從數據庫中選擇與其相適合的音樂。也可以通過采集當事人發生的事件，自我拾取信息，并在要求的情況下，適當播放相關故事，讓當事人可以從故事中找到心理慰藉，更好的調節情緒。手環提供心率傳感器，檢測心率。手環與手機適配，同樣支持藍牙5.0。設備設置USB插口，以便于對設備進行充電。在后期還支持設備的固件升級與軟件算法的更新，使設備能滿足更多人的需求。

2 結構介紹

2.1 核心信息處理器

MSP430與外圍功能模塊電路相連接，MSP430一款16位的低功耗單片機，

采用RISC結構，具有豐富的尋址方式、27條強大內核指令，擁有較高的運算和處理速度，具有超低的功耗。MSP430單片機擁有豐富的外圍功能，通過這些模塊的組合，可滿足不同的功能需求，極大的提高了芯片的使用效率。MSP430作為主控芯片對溫度傳感器、光源顯示、藍牙模塊、心率收集器、語音收集、麥克風播放、進行控制。

2.2 設備形態

手環主要是由一塊屏幕和表帶所組成，手環整體顏色選項淡藍色，白色（藍色減輕壓力，改善睡眠，白色平靜情緒，平和心態）。屏幕大小適中，設計輕薄，視覺上可以不給人以壓力，帶給人輕松的感覺。

2.3 設備材料

最直觀的手鐲是OLED顯示屏，OLED屏幕功耗低，可以更直觀地展現時間、心率、顏色顯示。手鐲腕帶的主要接觸部分使用更硬的彈性材料，接觸部分更柔軟，更敏感，透氣和防汗，穿著更舒適。手鏈帶使用硅橡膠，比普通純有機橡膠具有更好的耐高溫和低溫性能。無論是在300℃或-90℃的極端環境中，它都保持了一種保持平靜和靈活的化學結構。

2.4 溫度傳感器

整個智能溫度傳感器系統由鉑電阻溫度傳感器、溫度-電流變送器、模數轉換電路、MSP430、數據采集與存儲電路，MSP430控制非線性校準和在線標校模塊、RS422串行通信接口組成。可精準得在一定溫度范圍進行調準。在10°-20°可使人情緒冷靜。21°-30°可使人心情穩定。31°-45°使人心情達到愉悅。

2.5 藍牙模塊

藍牙模塊結合系統的低功耗需求，選擇CC2541型號。該型號是一款低功耗以及2.4GHz的功率優化片載系統解決方案。具有出色的RF收發器和可編程的8051MCU、8KB容量大小的RAM連接，從而使其具有功能強大、低功耗等特點，同時藍牙模塊與主控芯片的通信則通過UART接口。

2.6 顯示器設計

OLED屏幕具有藍寶石玻璃保護層，OLED屏幕功耗低，OLED（有機發光顯示屏）是手機液晶屏上一種新型的有機發光顯示屏，OLED顯示技術不同于傳統的LCD顯示屏，無背光，非常薄的有機材料涂層和玻璃基板。在不使用普通手表等功能顯示時間等信息時。

2.7 光電脈搏傳感器

圖1 光電脈搏傳感器

圖2 工作流程圖

當體我們使用一束光來確定指尖或耳垂皮膚表面的光波長時，光電子接收器可以傳輸或反射光束來接收和過程，當光束照射在皮膚上時，皮膚、組織和其他光的吸收保持不變，但皮膚內血管中的血量會隨著心臟作用而周期性變化。基于這一原理，光電傳感器將光強度變化的信號轉換為模擬電壓信號，從而導致脈沖心率的變化。將傳感器連接到控制器傳感器模塊的電源輸入、接地和輸出線路，分別連接Pro Mini的5V VCC、GND和A0，控制器連接到由USB供電的計算機USB，并建立了串行數據傳輸通道。如圖1所示。

2.8 電池選用

在電池挑選我們選用鋰離子電池，結合電池電壓、額定容量、電池體積，放電截止電壓，放電深度造、電池成本等因素，分析電池的額定電壓和內阻來保證最安全的電池條件。電池在充電時可以保證溫度控制在20°左右。采用鋰離子電池體積小，充電速度快，可在20min之內充電完成90%，續航在連續12h，配置標準充電器，電池使用壽命在充電5000次以上放電，使用壽命更長。采用容量為2000mA的電池。

2.9 軟件設計

使用者可選擇由手環來自動進行對事物的監聽，這時數據進入了核心處理系統，系統通過藍牙模塊進入手機app數據庫，由核心算法來算出最佳的匹配燈光、溫度、播放音樂或講故事，來提供給使用者使用。或者使用者手動來選擇心理狀態，數據反饋到核心處理系統，將預設定好的燈光顏色由顯屏幕顯示出來，溫度傳感器傳遞合適的范圍溫度，由語音播放器播放音樂或者故事。

2.10 工作流程圖（圖2）

結語：本文介紹了一種基于情緒識別的智能手環裝置，以實現在遇見困難的人出現情緒波動時，及時獲得安撫。這種裝置在未來可以極大程度方便人們得生活，來緩解在高速發展的社會帶給人們的心理壓力。一方面，該手環功能較為齊全，簡單快捷基礎上可以讓用戶達到完美體驗。使其成為生活中不可取少的一部分。