基于STM32單片機(jī)的健康監(jiān)測智能手環(huán)的研究

王天馳 于蕾 王浩然 蔡鎮(zhèn)潞

摘要：本產(chǎn)品以STM32為主控芯片，內(nèi)建LCD控制顯示器，利用脈搏傳感器測量佩戴者的心率且實(shí)時(shí)傳達(dá)給佩戴者，利用慣性傳感器測量行走步數(shù)，利用溫濕度傳感器測量環(huán)境溫濕度以及紫外線傳感器測出太陽觀光紫外線強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)多功能的智能運(yùn)動(dòng)手環(huán)。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);健康檢測;運(yùn)動(dòng)手環(huán)

中圖分類號：TP368文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-9129（2018）06-0139-01

Research on Health Monitoring Smart Bracelet Based on STM32 Microcontroller

WANG Tianchi*， YU Lei， WANG Haoran， CAI Zhenlu

（Xuzhou Institute of Engineering， Jiangsu Xuzhou， 221000， china）

Abstract：This product uses STM32 as main control chip， built-in LED control display. The major functions are： Measuring heart rate by using the pulse sensor， and transmit data to wearers timely; Counting walking steps via inertial sensor; Scaling the environmental humidity and temperature through thetemperature and humidity sensor; Testing theintensity of solar ultraviolet radiation by using ultraviolet radiation sensorin order to achieve multi-functional smart bracelet.

Keyword： microcontroller; health monitoring; sports bracelet

引用：王天馳， 于蕾， 王浩然， 等. 基于STM32單片機(jī)的健康監(jiān)測智能手環(huán)的研究[J]. 數(shù)碼設(shè)計(jì)， 2018， 7（6）： 139-139.

Cite：WEI Fangfang， WU Yonghong， YU Wenjing， et al. Research - based PE Teachers' Growth Strategies from the Perspective of Teachers' Action Research[J]. Peak Data Science， 2018， 7（6）： 139-139.

引言

國民的生活水平不斷提高，健康監(jiān)測是人們提高生活質(zhì)量的必然選擇。運(yùn)動(dòng)手環(huán)可以給出簡單的測量數(shù)據(jù)給佩戴者參考，讓佩戴者了解自身身體情況以及環(huán)境的變化，滿足佩戴者的生活需求。

1 ?系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)選取STM32F103C8T6為主控模塊，由屏幕顯示模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊，按鍵輸入電路，脈搏測量模塊，紫外線指數(shù)測試模塊，計(jì)步器和溫濕度模塊組成，實(shí)現(xiàn)對脈搏的計(jì)數(shù)，紫外線強(qiáng)度的讀取，行走的步數(shù)統(tǒng)計(jì)和溫濕度的測量。通過數(shù)據(jù)傳輸模塊，將數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，使用者可以根據(jù)綜合的數(shù)據(jù)，對外部情況和自身身體狀況進(jìn)行綜合判斷，旨在達(dá)到健康運(yùn)動(dòng)的目的。

2 ?模塊設(shè)計(jì)

2.1? 脈搏收集模塊

本文選用紅外傳感器作為信號采集模塊，將紅外二極管作為傳感器的發(fā)射部分，紅外三極管作為接收部分。紅外三極管可以將光信號轉(zhuǎn)化成電信號，并將其放大，與光照強(qiáng)度成正比例關(guān)系。

當(dāng)二極管通過手指傳輸光信號時(shí)，一部分光通過血液反射回來，另一部分被投射過去并被三級管接受。。

將采集得到的信號進(jìn)行放大處理，放大之后將雜波過濾并將其轉(zhuǎn)化成為有規(guī)律的矩形波，輸入到STM32中，利用定時(shí)器功能即可進(jìn)行一分鐘的測量脈搏數(shù)。

2.2? 紫外線模塊

本文選取GUVA-S10GD傳感器，它可以探測的范圍為200～370nm，可輸出對應(yīng)紫外線指數(shù)的先行電流。其原理大致如下：

外部光被照射到擴(kuò)散板中，并且光被散射以使其均勻地通過紫外線濾光片。紫外濾光片的紫外光通過熒光轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化為可見光。半導(dǎo)體探測器是硅光電管。當(dāng)入射光譜成分保持不變時(shí)，光電流與光的強(qiáng)度成正比。由于模塊的輸出電流很小，需要通過信號調(diào)制電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換、濾波、放大，最后輸出待處理的標(biāo)準(zhǔn)信號。

STM32微處理器的ADC采用逐次逼近法，其工作原理為當(dāng)電路啟動(dòng)后，第一個(gè)CP將移位寄存器置為100000000000，該數(shù)字經(jīng)DA轉(zhuǎn)換后與輸入的模擬電壓不斷進(jìn)行比較，直到輸出最后的數(shù)字量。

2.3? 計(jì)步器模塊

當(dāng)人體在步行的過程中，大致可以看成有三個(gè)分量，即前進(jìn)方向X軸，垂直方向Z軸，和側(cè)向Y軸，當(dāng)人體在邁出一步時(shí)，人體的重心會(huì)先升高后下降，從而產(chǎn)生一個(gè)變化的加速度。，為了穩(wěn)定性能，本文采取三軸合一的方法得到準(zhǔn)確數(shù)字，即采用2-范數(shù)的方法：

將收集到的數(shù)據(jù)先進(jìn)行濾波處理，從而得到有效的步數(shù)，在系統(tǒng)中設(shè)定兩個(gè)移位寄存器。

2.4? 溫濕度模塊

本文選取DHT11數(shù)字傳感器作為傳感裝置。該裝置是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的復(fù)合傳感器。DHT11內(nèi)部包含兩個(gè)原件，一個(gè)濕度敏感電阻和一個(gè)NTC測溫元件。當(dāng)外界溫度和濕度變化時(shí)，電阻會(huì)發(fā)生變化。在使用DHT11的時(shí)候，需要在輸出引腳端加一個(gè)上拉電阻。加上上拉電阻不僅可以將不確定信號通過時(shí)置為高電平，而且還可以限制電流。

DHT11與為單線雙向串行接口，在產(chǎn)生通訊的時(shí)候輸出的數(shù)據(jù)為40bit且高為在線。數(shù)據(jù)由16位濕度數(shù)據(jù)、16位溫度數(shù)據(jù)和8位校驗(yàn)組成。

3? 結(jié)束語

本文基于STM32系列單片機(jī)，設(shè)計(jì)脈搏收集模塊、紫外線模塊、計(jì)步器模塊和溫濕度模塊組成。該健康手環(huán)可以對人體的脈搏，戶外的溫度濕度、紫外線強(qiáng)度、行走步數(shù)進(jìn)行測量和提示，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]????? 晏勇，雷航，周相兵，梁潘.基于三軸加速度傳感器的自適應(yīng)計(jì)步器的實(shí)現(xiàn)[J].東北師大學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，48（03）：79-83.

[2]????? 趙玉紅. 基于STM32人體脈搏無線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].北方工業(yè)大學(xué)，2015.

[3]????? 謝延軍. 基于STM32的小范圍空氣質(zhì)量的監(jiān)測與預(yù)報(bào)[D].遼寧科技大學(xué)，2015.

[4]????? 許全君，張奎.便攜式太陽光紫外線檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技視界，2012（35）： 121-122.

[5]????? 張祥，蔡景，林海彬，刁海飛.基于STM32的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國儀器儀表，2013（07）：62-65.