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

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基于STM32可穿戴實(shí)時(shí)監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(shí)時(shí)防護(hù)角度出發(fā)，提出了可穿戴實(shí)時(shí)監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(gè)模塊。實(shí)現(xiàn)了多功能手表、計(jì)步、體參測量、跌倒檢測報(bào)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(shí)時(shí)監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具有體參測量、多用手表、一鍵定位報(bào)警、運(yùn)動數(shù)據(jù)采集、身體危險(xiǎn)監(jiān)測與報(bào)警等功能，適合戶外運(yùn)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(gè)模塊組成。2個(gè)模塊都以STM32微處理器為核心，既可相互配合工作，也可獨(dú)立運(yùn)行。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1微型智能手表模塊設(shè)計(jì)

微型智能手表模塊主要由微處理器、脈率測量模塊、計(jì)步模塊、觸摸屏、無線傳輸模塊等組成。在實(shí)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(yùn)動時(shí)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(jì)

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(shí)的判斷依據(jù)，實(shí)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(shí)現(xiàn)戶外定位、導(dǎo)航等功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大特色是一體設(shè)計(jì)，采用無線供電貼片，取消所有外置接口。這種設(shè)計(jì)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(jì)

2.1智能手表模塊軟件設(shè)計(jì)

手表模塊軟件部分主要負(fù)責(zé)多用手表的功能實(shí)現(xiàn)、脈率測量、計(jì)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(gè)功能模塊的初始化、通端控制。手表、脈率測量、計(jì)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(gè)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(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)，通過計(jì)算預(yù)置系統(tǒng)時(shí)間內(nèi)脈搏脈沖引起的計(jì)數(shù)器計(jì)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(jì)

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(bào)警處理等，流程圖如圖4所示。采用定時(shí)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(jì)數(shù)器Count加1，連續(xù)T次為跌倒?fàn)顟B(tài)，則啟動報(bào)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(bào)警的靈敏度，

避免正?；顒?，如跑步、彎腰拾取物體等動作產(chǎn)生的誤報(bào)警［5-6］。

圖4　帽子端程序流程圖

3　結(jié)論

本設(shè)計(jì)開發(fā)了基于STM32處理器為控制核心的可穿戴實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(shí)，能自動進(jìn)行短信或語音報(bào)警并提供用戶所處的地理位置信息。體參信息可長時(shí)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(yùn)動建議。系統(tǒng)經(jīng)過測試，實(shí)現(xiàn)了跌倒報(bào)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)

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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。