基于STM32老年智能手环物联网设计【附代码】

基于STM32老年智能手环物联网设计【附代码】

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/checkpaper/article/details/142309148

基于STM32的智能手环设计涉及到硬件和软件两方面的设计，以满足老年人在健康监测和紧急响应方面的需求。该系统能够记录心率、体温、运动状态、跌倒信息，并通过蓝牙与智能手机同步数据，支持GPS定位，提升老年人的生活质量和安全性。

系统总体设计

系统构成

该智能手环系统主要由以下几个模块组成：

• 心率采集模块：监测佩戴者的心率。
• 运动状态采集模块：记录佩戴者的运动状态，包括步数和跌倒检测。
• OLED显示模块：显示心率、体温、步数等信息。
• 蓝牙通信模块：实现手环与智能手机之间的数据通信。
• GPS定位模块：提供实时定位功能，方便监护人追踪手环佩戴者的位置。

功能实现

系统具备以下功能：

• 心率监测：实时记录佩戴者的心率数据。
• 体温监测：测量佩戴者的体温。
• 运动记录：包括步数计算和运动状态监测。
• 跌倒检测：检测佩戴者是否发生跌倒，并触发警报。
• 实时定位：通过GPS定位功能追踪佩戴者的位置。
• 数据同步：通过蓝牙将数据同步到智能手机，监护人可以查看数据和接收警报。

硬件设计

主控芯片选择

选择了基于ARM Cortex-M3内核的STM32系列微控制器作为智能手环的主控芯片。STM32F103C8T6由于其体积小、成本低以及丰富的外设接口，适合用于这类嵌入式应用。

心率采集模块

心率采集模块采用光电反射式传感器，如MAX30100。这种传感器可以通过光电方式检测血液流动变化，从而计算心率。其电路设计包括信号放大、噪声抑制、阀值比较等功能。

• 信号放大：放大微弱的光电信号，以提高测量精度。
• 噪声抑制：通过滤波电路减少环境光对测量的干扰。
• 阀值比较：通过算法设定心率阈值，提取有效的脉冲信号。

运动状态采集模块

运动状态采集模块使用三轴加速度传感器，如ADXL345。它可以测量佩戴者的加速度，从而计算步数并检测跌倒情况。

• 步数计算：通过加速度数据的采集和处理，结合步态识别算法，计算佩戴者的步数。
• 跌倒检测：根据加速度数据的剧烈变化检测跌倒事件，并触发警报。

OLED显示模块

OLED显示模块用于显示手环的各种信息，如心率、体温和步数。选择了一款128x64的OLED显示屏，以便清晰地显示数据。

• 显示驱动：使用STM32的I2C接口驱动OLED显示屏。
• 信息更新：实时更新显示内容，提供清晰的信息反馈。

蓝牙通信模块

蓝牙通信模块采用HC-05或HC-06蓝牙模块，实现手环与智能手机之间的数据传输。蓝牙模块通过UART接口与STM32连接，完成数据的无线传输。

• 数据传输：实现手环数据的实时传输和同步。
• 配对管理：处理与智能手机的配对和连接。

GPS定位模块

GPS定位模块使用模块，如NEO-6M，实现手环的实时定位功能。GPS模块通过UART接口与STM32连接，提供准确的地理位置数据。

• 位置获取：通过GPS信号获取当前位置，并进行数据处理。
• 定位精度：确保定位数据的准确性和稳定性。

软件设计

硬件模块的软件设计

软件设计包括对各个硬件模块的控制和数据处理：

• 心率采集程序：读取光电传感器数据，进行信号处理，计算心率，并通过OLED显示模块显示结果。
• 运动状态程序：读取加速度传感器数据，进行步数计算和跌倒检测，将结果显示在OLED屏幕上，并通过蓝牙发送到手机。
• 体温监测程序：读取体温传感器数据，进行处理和显示。
• GPS定位程序：从GPS模块获取位置信息，并通过蓝牙发送到手机。

手机应用程序设计

手机应用程序基于Android平台开发，提供数据展示和警报功能：

• 数据展示：显示手环记录的心率、体温、步数等数据，并提供历史数据查看功能。
• 警报功能：接收来自手环的跌倒警报，通过短信或推送通知监护人。
• 定位功能：显示手环的实时位置，支持地图定位功能。

实验与测试

功能测试

进行全面的功能测试，确保各模块能够正常工作：

• 心率监测：验证心率传感器的准确性，确保数据稳定。
• 体温测量：测试体温传感器的读数准确性。
• 运动状态：测试步数计算和跌倒检测的准确性。
• OLED显示：检查显示内容的清晰度和更新频率。
• 蓝牙通信：验证数据传输的稳定性和准确性。
• GPS定位：测试定位功能的准确性和实时性。

实际应用测试

将手环投入实际使用，评估其在日常生活中的表现：

• 佩戴舒适性：检查手环的佩戴舒适性和稳定性。
• 数据同步：验证手环与手机的同步功能，确保数据传输的可靠性。
• 紧急响应：测试跌倒检测和警报功能的响应时间和准确性。

代码实现

#include "stm32f10x.h"
#include "OLED.h"
#include "Bluetooth.h"
#include "GPS.h"
#include "HeartRate.h"
#include "Accelerometer.h"
#include "Temperature.h"

// 初始化系统
void init_system(void) {
    SystemInit();
    OLED_Init();
    Bluetooth_Init();
    GPS_Init();
    HeartRate_Init();
    Accelerometer_Init();
    Temperature_Init();
}

// 主函数
int main(void) {
    init_system();
    while (1) {
        // 读取心率数据
        float heart_rate = HeartRate_Read();
        OLED_DisplayHeartRate(heart_rate);
        // 读取体温数据
        float temperature = Temperature_Read();
        OLED_DisplayTemperature(temperature);
        // 读取运动数据
        int step_count = Accelerometer_ReadSteps();
        bool fall_detected = Accelerometer_DetectFall();
        OLED_DisplaySteps(step_count);
        if (fall_detected) {
            Bluetooth_SendAlert("Fall detected!");
        }
        // 读取GPS数据
        GPS_Data gps_data = GPS_GetLocation();
        Bluetooth_SendGPSData(gps_data);
        // 延时
        Delay(1000);
    }
}

#include "stm32f10x.h"
#include "usart.h"

// 初始化蓝牙模块
void Bluetooth_Init(void) {
    USART_Init();
}

// 发送数据
void Bluetooth_SendData(const uint8_t* data, uint16_t length) {
    for (uint16_t i = 0; i < length; i++) {
        USART_SendData(data[i]);
    }
}

// 发送警报
void Bluetooth_SendAlert(const char* message) {
    Bluetooth_SendData((const uint8_t*)message, strlen(message));
}

// 发送GPS数据
void Bluetooth_SendGPSData(GPS_Data gps_data) {
    char buffer[100];
    snprintf(buffer, sizeof(buffer), "Lat: %f, Lon: %f", gps_data.latitude, gps_data.longitude);
    Bluetooth_SendData((const uint8_t*)buffer, strlen(buffer));
}