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STM32智能健康監(jiān)測手環(huán)設計與實現

來源：泰然健康網時間：2024年11月25日 08:11

摘要

隨著科技的飛速發(fā)展，人民的生活質量得到極大改善，同時人們對自身的健康狀況更加關注。因此，需要設計了一款基于STM32的智能手環(huán)系統，其可顯示步數、心率、溫度、血氧等數據，使人們更快更好地實時了解健康情況。

本次設計的智能健康監(jiān)測手環(huán)主要組成是STM32單片機電路、ADXL345加速度傳感器、心率血氧檢測電路、OLED液晶顯示電路、電源電路、時鐘DS1302和DS18B20溫度傳感器組成。通過ADXL345測量重力加速度，是用來判斷人體狀態(tài)，根據狀態(tài)的數值變化進行計步功能。通過心率血氧傳感器測試，通過手指脈動放大經過比較器處理后發(fā)送給單片機進行心率血氧采集。并將步數、心率血氧，溫度、時間顯示在液晶LCD1602上，并且我們也可以通過藍牙把當前的數據發(fā)生到手機端進行顯示，這樣也方便陪練人員隨時觀察運動者狀態(tài)。本次設計系統價格成本較低，功能比較全面，具有良好的市場前景。

本文著重介紹了智能健康監(jiān)測手環(huán)的原理、整體設計方案、硬件選擇、軟件設計等。結果表明，本文設計的智能健康監(jiān)測手環(huán)具有成本低，操作簡便，穩(wěn)定性較好等特點。

關鍵詞：STM32；健康監(jiān)測手環(huán)；DS18B20溫度傳感器；計步器；液晶顯示

ABSTRACT

With the rapid development of science and technology, the quality of people's life has been greatly improved, and people are paying more attention to their health conditions. Therefore, it is necessary to design an intelligent bracelet system based on STM32, which can display data such as step number, heart rate, temperature, blood oxygen, etc., so that people can understand the health condition faster and better in real time.

The design is mainly composed of STM32 microcontroller circuit, ADXL345 acceleration sensor, heart rate blood oxygen detection circuit, OLED liquid crystal display circuit, power circuit, clock DS1302 and DS18B20 temperature sensor. Through ADXL345 measurement of gravity acceleration, is used to judge the state of the human body, according to the state of the numerical change of the step function. After heart rate and blood oxygen sensor test, finger pulsation amplification is processed by comparator and sent to single chip microcomputer for heart rate and blood oxygen collection. The number of steps, heart rate, blood oxygen, temperature and time are displayed on the LCD LCD1602, and we can also display the current data to the mobile phone through Bluetooth, which is convenient for the sparring staff to observe the status of the athletes at any time. This design system price cost is low, the function is more comprehensive, has a good market prospect.

This paper mainly introduces the principle, overall design scheme, hardware selection and software design of intelligent health monitoring bracelet. The results show that the smart health monitoring bracelet designed in this paper has the characteristics of low cost, simple operation and good stability.

KEY WORDS: STM32; Health monitoring bracelet; DS18B20 temperature sensor; A pedometer; Liquid crystal display

1 緒論… 5

1.1 智能健康監(jiān)測手環(huán)的背景及意義… 5

1.2 本文研究的目的… 5

1.3 智能健康監(jiān)測手環(huán)的國內外研究現狀… 6

1.4 本文的研究內容… 7

2 系統控制方案設計… 8

2.1 智能健康監(jiān)測手環(huán)系統所實現的功能… 8

2.2 智能健康監(jiān)測手環(huán)系統的設計思路… 8

2.3 智能健康監(jiān)測手環(huán)系統總體設計方案… 8

2.4 元器件選型… 9

2.4.1 主芯片選擇… 9

2.4.2 顯示方案的選擇… 9

2.4.3 傾角傳感器的選擇… 10

2.4.4 心率血氧監(jiān)測模塊選擇… 10

2.4.5 溫度傳感器模塊選擇… 10

2.4.6 無線傳輸模塊選擇… 10

2.4.7 時鐘模塊選擇… 11

2.5 本章小結… 11

3 智能健康監(jiān)測手環(huán)系統的硬件電路設計… 2

3.1 單片機最小系統設計… 2

3.2 電源模塊設計… 3

3.3 ADXL345電路設計… 3

3.4 心率血氧傳感器設計… 4

3.5 OLED顯示屏電路設計… 5

3.6 DS18B20溫度設計… 6

3.7 HC05藍牙無線通信設計… 8

3.8 DS1302時鐘電路設計… 8

3.9 按鍵設置電路… 9

3.10 硬件系統總體設計… 10

3.11 本章小結… 10

4 智能健康監(jiān)測手環(huán)系統軟件部分設計… 11

4.1 單片機系統運行控制程序設計… 11

4.2 計步模塊控制程序設計… 12

4.3 心率血氧采集模塊控制程序設計… 13

4.4 液晶顯示模塊控制程序設計… 14

4.5 DS18B20溫度采集控制程序設計… 15

4.6 藍牙模塊控制程序設計… 15

4.7 本章小結… 16

5 系統調試… 17

5.1 實物焊接過程… 17

5.1.1 元器件清單… 17

5.1.2 實物焊接過程… 17

5.2 系統調試過程… 19

5.3 實物調試過程… 20

5.4 本章小結… 22

6 總結和展望… 23

參考文獻… 24

致謝… 25

緒論智能健康監(jiān)測手環(huán)的背景及意義

隨著智能信息領域飛速發(fā)展，國民經濟穩(wěn)固提升，人民的生活質量得到極大保障，與此同時，人們面臨的學習、工作等方面的壓力逐漸增大，身體時常處于亞健康狀態(tài)。智能手環(huán)方便攜帶，可以更好地幫助人們進行健康管理、監(jiān)測人體睡眠質量、獲取步數、溫度等運動信息。智能手環(huán)的受眾人群較廣，可在家庭中廣泛使用[1]。

在現代化進程的快速發(fā)展和社會的高速進步下，老齡化已是一個普遍現象。中國已成為世界上老年人最多的國家，雖然這種情況給社會發(fā)展帶來了挑戰(zhàn)，但老年人群體在某些領域也是很重要的。根據中國發(fā)展研究基金會在2020年6月11日發(fā)布的一份有關我國人口老齡化的研究報告[2]，預計我國將在2022年左右逐漸地步入一個老齡的社會，65歲及以上的老年人到時所占的比例會增加至14%以上。而跌倒不僅被認為是居于世界范圍內的意外傷亡事故因素第二位，也是導致我國65周歲及以上的老年人重大傷亡的主要原因[3]。

當前我國的經濟發(fā)展已落后于人口老齡化發(fā)展速度不少，所以我們從老齡化社會步入老齡社會時很有必要改善社會勞動和生產的效率。社會保險制度、養(yǎng)老服務制度以及對老年人的健康扶助制度都將面臨著巨大挑戰(zhàn)[4]。當今社會的經濟建設發(fā)展快，人們的生活節(jié)奏也很快，加上工作等原因，子女大都和父母分開居住，難以實時了解父母的身體狀況，如果發(fā)生意外，子女或親屬也難以及時趕到，若不能及時的得到醫(yī)療救助，極可能會帶來嚴重后果。當下科技發(fā)展迅猛，可穿戴醫(yī)療設備在近幾年受到了國內外的廣泛關注[5]，相比于傳統的監(jiān)測醫(yī)療儀器來說，可穿戴設備的便攜、遠程監(jiān)護等功能更勝一籌，不僅可以做到實時監(jiān)測身體狀態(tài)，若某項指標出現異常時，還可以及時提醒使用者，早就醫(yī)早預防。

本文研究的目的

隨著科技的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，高科技產品越來越普及，如何研發(fā)能夠大大提高人們生活質量并且使用便捷的成為健康運動生活的重要研究領域．近幾年，隨著社會的不斷發(fā)展，人們群眾的生活水平越來越好，大家也越來越關注健康問題。智能手環(huán)是一種便攜式反映人體狀況的儀器，通過計算行走的步數和心率溫度等參數使智能手環(huán)是符合大眾需求，有兩大特點：使用簡單，攜帶方便[11]。

同時，隨著國內人們的平均壽命變長以及新生兒出生率降低，老年人的比重越來越大，老年人的身體健康是社會需要加大關注的一個問題。利用便捷的電子設備來監(jiān)測老年人的身體健康狀況，已經成為老年人監(jiān)護領域的熱門研究方向。研究的智能手環(huán)能實時監(jiān)測老人的運動姿態(tài)，實時監(jiān)測老人的心率及血壓值，并能連續(xù)存儲這些數據，為老人的健康管理提供有效的參考[12]。

智能健康監(jiān)測手環(huán)的國內外研究現狀

國外主流健康監(jiān)測設備有：Fitbit、Jawbone-Up、Withings Pulse、Garmin Vivofit、Misfit Shine、Nike Fuelband、Series 6等，主要以步數、心率、睡眠數據監(jiān)測為主，Garmin Vivofit等品牌續(xù)航時間相較國內設備更長[6] [7]。國外非主流健康監(jiān)測設備主要針對身體某項指標或疾病進行監(jiān)測，例如Google Glass、Belty智能腰帶、Nike智能跑鞋、Ravijour胸罩、iTBra、New Atlas智能Ｔ恤、Sensoria Fitness智能抹子等設備和產品[14] [15]。

智能手環(huán)最早是由意大利的倫納德達芬奇醞釀的,但是現存的最早的機械式智能手環(huán)最早是在達芬奇之后150年,即現在的德國1667年制作的[15]?，F代日本最早的機械式智能手環(huán)最早是由iragcn.naihiraga在1755年制作的[19]。在中世紀和近代,智能手環(huán)并未被廣泛的使用,因為當時人們并不是很清楚它的用途。這說明機器的發(fā)明(硬件)遠遠不及找到它對于人類的意義和用途(包括軟件)重要。在現代日本,智能手環(huán)已經廣泛使用了40多年,主要是用于進行體育運動和跑步的分析記錄行走步調[16]。1965年,智能手環(huán)正式進入日本商用市場,并被日本正式命名為智能手環(huán)。manpo-meter(manpo的是日語含義,也就是10000步)。這是的智能手環(huán)通常都是利用了擺鐘的原理作為記步技術,利用加重的機械計數器和開關裝置來檢測自己的步伐,并且通常都帶有一個簡單的機械式計數器。如果你輕輕晃動這些計數器的裝置,就可以清楚的聽到旁邊有一個金屬制成的圓球來回滑動,或者一個擺鐘左右擺動來回敲響的咣當塊。這種機械式的自動智能手環(huán)早已逐漸淡出了歷史,取而代之的是電子式的自動智能手環(huán)[8]。隨著人們生活水平的不斷提高，對健康要求也越來越高，所以本次設計一款基于單片機的智能手環(huán)具有很高的顯示意義。

近年來,全球的醫(yī)療器械高新技術產業(yè)快速地發(fā)展,貿易往來活躍,平均每年經濟增速7%左右,是同期全球國民經濟平均增長速度的兩倍左右[9]。我們把醫(yī)療器械高新技術產業(yè)發(fā)展作為推動全球醫(yī)療器械高新技術產業(yè)發(fā)展和競爭的重要戰(zhàn)略焦點和領域,其市場競爭正在向技術、人才、管理、服務、資本、標準等領域多維度、全方位地拓展。與發(fā)達國家產業(yè)相比,我國的醫(yī)療器械高新技術產業(yè)基礎薄弱,產業(yè)發(fā)展鏈條不完整,整體的競爭力弱,基礎技術產品的綜合應用性能和核心產品可靠性之間存在一定的差距,部分的核心產品關鍵技術尚未得到充分掌握,在醫(yī)療器械產業(yè)市場競爭中始終處于不利的地位。醫(yī)療器械產業(yè)是典型的發(fā)達國家高新技術支柱產業(yè),具有多學科高新技術應用密集、學科技術交叉廣泛、技術與集成應用融合等的顯著特點,是一個發(fā)達國家前沿技術的發(fā)展創(chuàng)新水平和多學科技術交叉集成與應用融合創(chuàng)新能力的集中體現,是發(fā)達國家?guī)雍椭我I多學科高新技術融合發(fā)展的重要力量和引擎。當前,國際上在醫(yī)療器械應用領域的國際科技合作和創(chuàng)新高度活躍,電子、信息、網絡、材料、制造、納米等先進醫(yī)療器械技術的應用和創(chuàng)新研究成果向國際醫(yī)療器械應用領域的傳播和滲透日益地加快,創(chuàng)新技術和產品不斷涌現。但是,由于其創(chuàng)新能力薄弱,創(chuàng)新技術服務體系不完善,產學研醫(yī)結合不緊密,我國多學科醫(yī)療器械的科技創(chuàng)新發(fā)展的水平與發(fā)達國家相比還存在較大的差距。是提高醫(yī)療器械自主研發(fā)創(chuàng)新能力、培育國家戰(zhàn)略性發(fā)展新興產業(yè)、建設戰(zhàn)略性創(chuàng)新型發(fā)達國家的重要歷史階段,也是進一步地深化國家醫(yī)藥衛(wèi)生管理體制改革的一個攻堅性關鍵時期。醫(yī)療器械的發(fā)展是我國現代醫(yī)療衛(wèi)生服務體系現代化建設的重要推動力和基礎,具有高度的社會戰(zhàn)略性、帶動性和巨大的成長性,其獨特的戰(zhàn)略地位和重要性受到了當今世界各國的普遍高度重視,已成為一個發(fā)達國家的科技進步和其國民經濟的現代化發(fā)展水平的重要歷史標志[10]。

本文的研究內容

本次論文主要闡述的是智能健康監(jiān)測手環(huán)從理論原理到實物模型制作的整個過程，最終做成一個成本低、性價比高、實用性高的智能健康監(jiān)測手環(huán)系統。主要研究內容如下：智能健康監(jiān)測手環(huán)的工作原理、設計方案、智能健康監(jiān)測手環(huán)的硬件電路的設計和搭建、軟件控制程序的編寫和調試，實物的焊接和調試。具體如下：

(1) 智能健康監(jiān)測手環(huán)系統元器件的選型以及各元器件的功能。

(2) 根據智能健康監(jiān)測手環(huán)所需實現的功能要求，確定智能健康監(jiān)測手環(huán)硬件電路的設計

(3) 智能健康監(jiān)測手環(huán)系統的主程序及各模塊的子程序的設計。

(4) 智能健康監(jiān)測手環(huán)的硬件焊接與調試，確定是否滿足功能需求。

系統控制方案設計

本章介紹了智能健康監(jiān)測手環(huán)能實現的功能、確定了本設計的硬件設計思路、制定了智能健康監(jiān)測手環(huán)系統的總體設計方案，選擇了智能健康監(jiān)測手環(huán)硬件設計中所需要的元器件。

智能健康監(jiān)測手環(huán)系統所實現的功能 ……需要完整版論文私信

網址: STM32智能健康監(jiān)測手環(huán)設計與實現 http://www.u1s5d6.cn/newsview76556.html