基于STM32和物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺(tái)的心率監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)

劉昱鑫 佟維妍 李淼 黃蒙召 付龍續(xù)

沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 化工過(guò)程自動(dòng)化學(xué)院 遼寧 遼陽(yáng) 111003

引言

當(dāng)前社會(huì)老齡化發(fā)展趨勢(shì)日益嚴(yán)重，從關(guān)注老年人身體健康的實(shí)際要求出發(fā)，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)老人的身體數(shù)據(jù)。本文利用心率傳感器將被監(jiān)測(cè)人的心率實(shí)時(shí)上傳至云端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程云監(jiān)測(cè)。當(dāng)監(jiān)測(cè)到心率異常時(shí)，及時(shí)發(fā)出警報(bào)，減少了安全隱患、提高報(bào)警效率。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以STM32F103C8T6單片機(jī)作為核心控制器，通過(guò)心率傳感器采集數(shù)據(jù)送入STM32F103C8T6單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)換。采用串口通信方式將計(jì)算結(jié)果顯示在OLED屏幕上，并通過(guò)WiFi模塊根據(jù)EDP協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絆neNET云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)端實(shí)時(shí)接收監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。當(dāng)心率出現(xiàn)異常，STM32發(fā)出報(bào)警信息，警示使用者。移動(dòng)端也會(huì)接收到來(lái)自云平臺(tái)的警報(bào)。這樣在出現(xiàn)危險(xiǎn)的第一時(shí)間做到最高效的通知。系統(tǒng)組成如圖1所示[1]。

圖1 系統(tǒng)組成示意圖

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 傳感器電路

心率傳感器MAX30102是一個(gè)集成的脈搏血氧儀和心率監(jiān)測(cè)儀生物傳感器的模塊。采用1.8V電源和標(biāo)準(zhǔn)的I2C兼容的通信接口。將STM32單片機(jī)的PB8、PB9這兩個(gè)端口重映射作為軟件I2C與MAX30102心率傳感器進(jìn)行通信。MAX30102的電路與連接方式如圖2所示。

圖2 MAX30102接線圖

2.2 顯示電路

系統(tǒng)選用0.96寸的OLED屏顯示HR(心率)、SP02(血氧飽和度)數(shù)值和波形圖。OLED是一種利用多層有機(jī)薄膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生電致發(fā)光的器件，只需要低電壓驅(qū)動(dòng)，其比LCD更輕薄、亮度高、功耗低、清晰度高。將PB6、PB7這兩個(gè)端口作為硬件I2C與OLED通信。0.96寸OLED顯示屏與連接方式如圖3所示。

圖3 OLED接線圖

2.3 無(wú)線通信電路

使用安信可開發(fā)的集成了ESP8266的ESP-12F Wi-Fi模塊與STM32的UART2(PA2、PA3)進(jìn)行串口通信。ESP-12F的管腳圖與連接方式如圖4所示[2]。

圖4 Wi-Fi模塊接線圖

3 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)介紹

本設(shè)計(jì)云端搭建在OneNET-中國(guó)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺(tái)上。OneNET是由中國(guó)移動(dòng)打造的PaaS物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)。平臺(tái)能夠幫助開發(fā)者輕松實(shí)現(xiàn)設(shè)備接入與設(shè)備連接，快速完成產(chǎn)品開發(fā)部署，為智能硬件、智能家居產(chǎn)品提供完善的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

將STM32計(jì)算得出的數(shù)據(jù)傳輸給ESP-12F，通過(guò)EDP協(xié)議以5s為周期循環(huán)發(fā)送數(shù)據(jù)到OneNET云平臺(tái)，通過(guò)OneNET云平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)心率數(shù)據(jù)。若檢測(cè)到心率異常時(shí)平臺(tái)將會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)。Onenet平臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 基于OneNET平臺(tái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)界面

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上研究發(fā)現(xiàn) ，基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的心率監(jiān)測(cè)儀，有利于對(duì)心率的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)以及有效的預(yù)警。在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)有利于提高心率測(cè)量的精確度與警報(bào)的準(zhǔn)確度。基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)下設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，可以借鑒和應(yīng)用上述方法。