毛　銳，洪遠(yuǎn)泉，李康明，鄭萬意韶關(guān)學(xué)院電子系，廣東韶關(guān)　512005

?

基于STM32可穿戴實時監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計

毛銳，洪遠(yuǎn)泉，李康明，鄭萬意
韶關(guān)學(xué)院電子系，廣東韶關(guān)512005

摘要圍繞可穿戴思路，從健康監(jiān)測、實時防護(hù)角度出發(fā)，提出了可穿戴實時監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計方案。以STM32處理器為控制核心，主要包含智能手表和防護(hù)頭盔2個模塊。實現(xiàn)了多功能手表、計步、體參測量、跌倒檢測報警等功能。

關(guān)鍵詞嵌入式處理器；可穿戴設(shè)備；體參監(jiān)測；跌倒檢測

隨著社會的發(fā)展和電子技術(shù)進(jìn)步，可穿戴設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛。將電子產(chǎn)品嵌入到衣服、帽子、鞋、手表等物體上，形成智能穿戴設(shè)備，對方便我們生活、提高生活質(zhì)量很有幫助，受到越來越多人的喜愛［1］。本文介紹了一款功能強(qiáng)大的可穿戴實時監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計，具有體參測量、多用手表、一鍵定位報警、運動數(shù)據(jù)采集、身體危險監(jiān)測與報警等功能，適合戶外運動、戶外作業(yè)等各類人群的應(yīng)用。

1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，系統(tǒng)主要由微型智能手表和可嵌入帽子2個模塊組成。2個模塊都以STM32微處理器為核心，既可相互配合工作，也可獨立運行。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1微型智能手表模塊設(shè)計

微型智能手表模塊主要由微處理器、脈率測量模塊、計步模塊、觸摸屏、無線傳輸模塊等組成。在實現(xiàn)傳統(tǒng)手表功能的基礎(chǔ)上，還可監(jiān)測脈搏體參數(shù)據(jù)，并根據(jù)人體運動時手勢的變化，進(jìn)行走動步數(shù)監(jiān)測。

脈率測量電路如圖2所示。將紅外傳感器嵌入手表底部，檢測由于心臟周期性收縮和擴(kuò)張產(chǎn)生的搏動心電信號，經(jīng)過放大、濾波、整形后，送到單片機(jī)進(jìn)行處理，得出脈率數(shù)據(jù)［2-4］。

圖2　脈率測量電路圖

1.2可嵌入式帽子模塊設(shè)計

帽子模塊主要由體溫監(jiān)測模塊、人體姿態(tài)檢測模塊、GPS定位模塊、GSM通信模塊等組成。采用三維角度傳感器MPU6050模塊檢測人體姿態(tài)信號，作為老人、戶外作業(yè)人群等使用群體摔倒時的判斷依據(jù)，實現(xiàn)摔倒意外監(jiān)測功能。采用單片機(jī)控制GPS模塊，完成地理位置信息，實現(xiàn)戶外定位、導(dǎo)航等功能。系統(tǒng)設(shè)計最大特色是一體設(shè)計，采用無線供電貼片，取消所有外置接口。這種設(shè)計能夠大大加強(qiáng)可穿戴設(shè)備的防水防潮防塵能力，顯著提高設(shè)備的穩(wěn)定性與使用壽命。

2　系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1智能手表模塊軟件設(shè)計

手表模塊軟件部分主要負(fù)責(zé)多用手表的功能實現(xiàn)、脈率測量、計步測量和帽子端無線數(shù)據(jù)傳輸。主程序流程如圖3所示。采用前后臺結(jié)構(gòu)的模塊化編程。主程序完成各個功能模塊的初始化、通端控制。手表、脈率測量、計步等功能，一旦啟動，都有相應(yīng)的中斷程序負(fù)責(zé)監(jiān)控處理，各個功能模塊完成數(shù)據(jù)采集處理后，按照指定的格式，將數(shù)據(jù)放在顯示緩沖區(qū)。主程序循環(huán)對顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容進(jìn)行屏幕刷新。脈率測量程序利用STM32內(nèi)置高級計數(shù)器來實現(xiàn)，通過計算預(yù)置系統(tǒng)時間內(nèi)脈搏脈沖引起的計數(shù)器計數(shù)值來獲得脈率信息，并進(jìn)行數(shù)字濾波，消除工頻干擾。體參數(shù)據(jù)由2.4G無線傳輸模塊，從帽子端接收到數(shù)據(jù)，手表端會進(jìn)行數(shù)據(jù)正確性判斷、整理，然后儲存在外部儲存器中，最后刷新屏幕進(jìn)行顯示。

圖3　手表端主流程圖

2.2可嵌入式帽子端軟件設(shè)計

帽子端的軟件部分主要負(fù)責(zé)人體姿態(tài)數(shù)據(jù)的采集、跌倒判斷以及報警處理等，流程圖如圖4所示。采用定時中斷，獲取MPU6050姿態(tài)數(shù)據(jù)，如果姿態(tài)數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)，則進(jìn)行卡爾曼數(shù)字濾波，減少數(shù)據(jù)干擾。濾波后如果判斷為跌倒姿態(tài)，則計數(shù)器Count加1，連續(xù)T次為跌倒?fàn)顟B(tài)，則啟動報警，并發(fā)送定位信息。調(diào)整參數(shù)T的大小，可以控制跌倒報警的靈敏度，

避免正?；顒樱缗懿?、彎腰拾取物體等動作產(chǎn)生的誤報警［5-6］。

圖4　帽子端程序流程圖

3　結(jié)論

本設(shè)計開發(fā)了基于STM32處理器為控制核心的可穿戴實時監(jiān)測防護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可通過嵌入在頭盔或者帽子中的模塊實時監(jiān)測人體體參數(shù)據(jù)顯示在手表模塊上。當(dāng)檢測到用戶摔倒、體溫過高、脈率失常等異常情況時，能自動進(jìn)行短信或語音報警并提供用戶所處的地理位置信息。體參信息可長時間記錄并能通過電腦軟件進(jìn)行健康狀況分析，在線獲取健身運動建議。系統(tǒng)經(jīng)過測試，實現(xiàn)了跌倒報警、脈率測量、地理位置發(fā)送、健康狀況分析等功能，可在可穿戴式手表、帽子產(chǎn)品中推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

［1］封順天.可穿戴設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢［J］.信息通信技術(shù)，2014（3）：52-57.

［2］樓然苗，李光飛.單片機(jī)課程設(shè)計指導(dǎo)［M］.2版.北京：北京航天大學(xué)出版社，2012.

［3］趙祥，周建斌，周靖，等.基于Cortex-M3處理器的紅外脈搏數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計［J］.電子產(chǎn)品世界，2015（6）：75-78.

［4］張家盛，張加嶺，等.可穿戴式心率檢測系統(tǒng)的設(shè)計［J］.自動化與儀器儀表，2015（2）：107-108.

［5］劉莉，鄭冬云，劉曉軍.基于MPU6050的老年人跌倒監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計［J］.中國醫(yī)療器械雜志，2015（5）：327-330.

［6］曲鳳娟.可穿戴式跌倒檢測與預(yù)警系統(tǒng)研究［J］.科技視界，2015（1）.

中圖分類號TP933

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號1674-6708（2016）165-0143-01

作者簡介：毛銳，學(xué)生，韶關(guān)學(xué)院電子系。洪遠(yuǎn)泉，韶關(guān)學(xué)院電子系。李康明，學(xué)生，韶關(guān)學(xué)院電子系。鄭萬意，學(xué)生，韶關(guān)學(xué)院電子系。