基于STM32可穿戴實時監測保護系統設計

毛　銳，洪遠泉，李康明，鄭萬意韶關學院電子系，廣東韶關　512005

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基于STM32可穿戴實時監測保護系統設計

毛銳，洪遠泉，李康明，鄭萬意
韶關學院電子系，廣東韶關512005

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

關鍵詞嵌入式處理器；可穿戴設備；體參監測；跌倒檢測

隨著社會的發展和電子技術進步，可穿戴設備的應用越來越廣泛。將電子產品嵌入到衣服、帽子、鞋、手表等物體上，形成智能穿戴設備，對方便我們生活、提高生活質量很有幫助，受到越來越多人的喜愛［1］。本文介紹了一款功能強大的可穿戴實時監測保護系統設計，具有體參測量、多用手表、一鍵定位報警、運動數據采集、身體危險監測與報警等功能，適合戶外運動、戶外作業等各類人群的應用。

1　系統結構

如圖1所示，系統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　系統結構

1.1微型智能手表模塊設計

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。在實現傳統手表功能的基礎上，還可監測脈搏體參數據，并根據人體運動時手勢的變化，進行走動步數監測。

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張產生的搏動心電信號，經過放大、濾波、整形后，送到單片機進行處理，得出脈率數據［2-4］。

圖2　脈率測量電路圖

1.2可嵌入式帽子模塊設計

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

2　系統軟件設計

2.1智能手表模塊軟件設計

手表模塊軟件部分主要負責多用手表的功能實現、脈率測量、計步測量和帽子端無線數據傳輸。主程序流程如圖3所示。采用前后臺結構的模塊化編程。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，都有相應的中斷程序負責監控處理，各個功能模塊完成數據采集處理后，按照指定的格式，將數據放在顯示緩沖區。主程序循環對顯示緩沖區的內容進行屏幕刷新。脈率測量程序利用STM32內置高級計數器來實現，通過計算預置系統時間內脈搏脈沖引起的計數器計數值來獲得脈率信息，并進行數字濾波，消除工頻干擾。體參數據由2.4G無線傳輸模塊，從帽子端接收到數據，手表端會進行數據正確性判斷、整理，然后儲存在外部儲存器中，最后刷新屏幕進行顯示。

圖3　手表端主流程圖

2.2可嵌入式帽子端軟件設計

帽子端的軟件部分主要負責人體姿態數據的采集、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姿態數據，如果姿態數據在正常范圍內，則進行卡爾曼數字濾波，減少數據干擾。濾波后如果判斷為跌倒姿態，則計數器Count加1，連續T次為跌倒狀態，則啟動報警，并發送定位信息。調整參數T的大小，可以控制跌倒報警的靈敏度，

避免正常活動，如跑步、彎腰拾取物體等動作產生的誤報警［5-6］。

圖4　帽子端程序流程圖

3　結論

本設計開發了基于STM32處理器為控制核心的可穿戴實時監測防護系統。該系統可通過嵌入在頭盔或者帽子中的模塊實時監測人體體參數據顯示在手表模塊上。當檢測到用戶摔倒、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行健康狀況分析，在線獲取健身運動建議。系統經過測試，實現了跌倒報警、脈率測量、地理位置發送、健康狀況分析等功能，可在可穿戴式手表、帽子產品中推廣應用。

參考文獻

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

［2］樓然苗，李光飛.單片機課程設計指導［M］.2版.北京：北京航天大學出版社，2012.

［3］趙祥，周建斌，周靖，等.基于Cortex-M3處理器的紅外脈搏數據采集系統的設計［J］.電子產品世界，2015（6）：75-78.

［4］張家盛，張加嶺，等.可穿戴式心率檢測系統的設計［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的老年人跌倒監測系統設計［J］.中國醫療器械雜志，2015（5）：327-330.

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

中圖分類號TP933

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2016）165-0143-01

作者簡介：毛銳，學生，韶關學院電子系。洪遠泉，韶關學院電子系。李康明，學生，韶關學院電子系。鄭萬意，學生，韶關學院電子系。