基于STM32的可穿戴式手表

胡文馨黎 豪張雁寧張 薇胡 宇（.西南科技大學環(huán)境與資源學院，四川 綿陽 600；.西南科技大學信息工程學院， 四川 綿陽 600）

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基于STM32的可穿戴式手表

胡文馨1黎 豪2張雁寧2張 薇2胡 宇2
（1.西南科技大學環(huán)境與資源學院，四川 綿陽 621010；2.西南科技大學信息工程學院， 四川 綿陽 621010）

摘 要：基于STM32單片機的可穿戴式手表能檢測環(huán)境信息，以防家中的老人發(fā)生意外；檢測老人的血壓、脈搏，使老人獲取自己的身體狀況；自動提示老人吃藥和鍛煉的時間，解決老人的生活難題；利用GSM模塊，能將老人的健康狀況能及時地反饋給家屬。該設計成本較低，技術實現(xiàn)相對較為容易，易于實現(xiàn)對目標群體的健康監(jiān)測。

關鍵詞：STM32單片機；環(huán)境檢測；生理健康監(jiān)測

1 系統(tǒng)的總體設計及工作原理

本文的設計目標“基于STM32的可穿戴式手表”是為用戶提供根據(jù)采集到的用戶生理信息進行反饋的監(jiān)測設備。系統(tǒng)可對外界環(huán)境的溫濕度、溫度進行監(jiān)控，以STM32、溫濕度傳感器和GSM/ GPRS模塊的算法為核心，以鋰電池為電源部分。對于人體多項生理信息監(jiān)測的實現(xiàn)，選用STM32單片機，使用DHT11溫濕度傳感器準確檢測到環(huán)境的溫度、濕度的信息；使用MQ-2煙霧氣敏傳感器探測室內的液化氣、丁烷、丙烷、煙霧等氣體的泄露；通過BP300TUS9116-00壓力傳感器檢測老人的血壓；通過pulsesensor心率傳感器檢測老人的脈搏；同時將信息反饋給單片機進行處理。通過SPI控制DS1302時鐘芯片，達到鬧鐘功能，在日常生活使用時，事先設定時間，手表將會根據(jù)時間設置，提醒老人吃藥時間和鍛煉時間；通過GSM模塊，當老人的身體狀況不佳，腕表將以短信的方式把老人的身體信息發(fā)送給家屬。

圖1 GSM短信發(fā)送流程圖

2 系統(tǒng)硬件電路設計

2.1 溫濕度采集模塊

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器能輸出數(shù)字信號的溫濕度。傳感器包括電阻式感濕元件和NTC測溫元件，與高性能8位單片機相互連接。該傳感器具有體積小、功耗低、極強的抗干擾能力和超快的響應速度的特點，因而性價比極高。但是溫度的精度不高，誤差是±2℃，范圍為0℃～50℃。

2.2 脈搏信號處理模塊

首先傳感器通過電極提取心電和脈搏信號，前置放大器放大后通過濾波電路濾除干擾信號。留下的心電信號通過50Hz陷波器，濾除工頻干擾，最后后置的放大器將信號的幅值放大直到后續(xù)電路所需要的信號幅值大小。心電信號的頻率在100Hz以下，通過低通濾波電路把高頻的干擾信號濾掉；高通濾波電路濾除直流分量等低頻干擾信號；陷波電路需要滿足后續(xù)電路數(shù)字處理電路需要V量級的信號幅值。

2.3 時鐘模塊

DS3231時鐘模塊包含集成的溫補晶振和晶體，具有低成本、高精度的特點。該模塊的電池輸入端保證了斷開主電源時仍可保持精確的計時。集成晶振使得器件的長期精確度提高，元件數(shù)量減少。

2.4 火焰模塊

紅外火焰?zhèn)鞲衅髂軌蛱綔y到的紅外光的波長在700納米～1000納米范圍內，探測角度為60°，紅外光波長最大靈敏度的位置在880納米附近。遠紅外火焰探頭能夠使得外界的紅外光變化與電流變化相互轉換，再通過A/D轉換器轉換為0～255范圍內的數(shù)值變化。比較器輸出具有信號干凈、波形好、驅動能力強，超過15mA等優(yōu)點。外界紅外光越強，輸出數(shù)值越?。煌饨缂t外光越弱，輸出數(shù)值越大。

2.5 短信發(fā)送GSM模塊

我們通常采用TC35i GSM模塊來設計智能家居的遠程控制系統(tǒng)，但是TC35i GSM模塊存在工作頻段少、功耗較高并且不支持GPRS技術等缺陷。針對性能設計的不足，本文采用SIM900A無線通信技術。SIM900A模塊尺寸較小，封裝采用SMT，采用ARM926EJ-S架構，性能加強，廣泛應用在車載耕種、無線POS、車隊管理、電力監(jiān)控等。

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 溫濕度檢測設計

在本系統(tǒng)中，通過液晶顯示屏將DHT11傳感器測得的相關環(huán)境參數(shù)進行顯示，方便用戶對所處環(huán)境有進一步了解，同時便于對老人健康的準確分析。此模塊硬件電路結構以及顯示程序都較為簡潔，且價格也比較合理，為溫濕度模塊的理想選擇。

3.2 脈搏檢測設計

（1）傳感器識別階段：啟動血壓測量功能時，pulsesensor脈搏、心率傳感器啟動，當轉換電壓到達軟件設定值后，開始采集信號。

（2）血壓信號獲取階段：當?shù)谝淮潍@得預定電壓時，傳感器對血壓及脈搏波信號進行獲取。

（3）信號處理階段：當采集時間達到預定值，脈搏波消失，血壓和脈搏信號采集完畢；放大后的信號是模擬的，必須經(jīng)過A/D轉換器轉換成數(shù)字信號才能送給控制器處理；然后完成血壓和脈搏的信號分析處理，確定最后的值。

（4）顯示階段：把采集到的數(shù)據(jù)輸出到顯示屏，有波形和數(shù)值兩種方式，每2s更新一次。

3.3 短信發(fā)送設計

整體邏輯流程如圖1所示，SIM900A上電后開始初始化，完畢后向STM32發(fā)送“RDY +CFUN：1 +CPIN：READY Call Ready”字符串，其中RDY 表示模塊啟動成功準備就緒，+CFUN：1 表示模塊功能全部打開，+CPIN：READY 表示插入的SIM 正常，Call Ready 表示網(wǎng)絡連接正常，可以執(zhí)行基本的撥打電話發(fā)短信、數(shù)據(jù)通信等任務，STM32與SIM900A的串口采用的是9600固定波特率。GSM的控制程序主要執(zhí)行TC35模塊的初始化、接受、讀取并發(fā)送和刪除信息等操作。GSM模塊與單片機通過串口連接，串口的接收、發(fā)送函數(shù)和 GSM 模塊程序設計為一個模塊。

通過SIM900A模塊，當老人的身體狀況不佳時，腕表將以短信的方式把老人的身體情況發(fā)送給家屬。增加老人與家人的交流，使得老人的健康狀況能及時地反饋給家屬。

結語

隨著人們生活水平的不斷提高，科技產(chǎn)品在便攜式健康監(jiān)測領域的需求日漸增大，健康監(jiān)測設備對于老人日常生活的幫助極大。本手表適用于日常老人健康監(jiān)護、醫(yī)院里病人護理等情況；可用于對老人的日常生活環(huán)境監(jiān)測，電路模塊化，集成度較高，小巧易攜，不影響老人的正常生活。

本手表以STM32單片機控制為主，結合各個傳感器及時獲取相應值并傳回單片機處理得出當前佩戴者的生理特征及所處環(huán)境特征值，再根據(jù)植入單片機的微型系統(tǒng)判斷做出相應動作，遇緊急情況及時通知，一旦生理指標出現(xiàn)異常還可通過GSM將信息及時發(fā)送給家人或醫(yī)院。手表是以STM32為核心的主控板，搭配溫濕度、脈搏、時鐘、火焰、GSM短信收發(fā)等模塊構成本手表的硬件系統(tǒng)；通過各個模塊的軟件算法實現(xiàn)手表的監(jiān)測功能，并顯示相關數(shù)據(jù)；最后通過多次測試驗證了其切實可行性。

參考文獻

［1］鄭國軍，戴巧琪，肖德瑞.基于STM32的便攜式體檢裝置設計［J］.醫(yī)學信息： 中旬刊，2010， 5（8）： 1989-1991.

［2］宋霞萍.基于STM32的小型智能家居系統(tǒng)設計［D］.中南林業(yè)科技大學，2014.

中圖分類號：TP29

文獻標識碼：A