基于单片机的可穿戴个人健康监测仪-智能手环

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概要

  近几年智能化的不断发展，人们生活中无处可见的智能化产品，成为人们生活的日常搭配，智能手环便于携带和能够随时检测身体情况，记录日常的数据，对生活中身体的状况进行实时的督促。此次设计的智能手环是由单片机STM32F103C8T6芯片作为主控制，ADXL345倾角传感器模块测量步数、Pulse Sensor 脉搏心率传感器采集心率变化、DS18 B20采集温度，结合LED1602液晶显示、电源供电模块通过蓝牙调试助手输出数据。各个功能模块采集完信息后，并经过电路处理将信号放大后发送到核心芯片进行数据分析处理，处理后数据会在LED1602液晶上进行显示和通过蓝牙调试助手传输数据到APP端，将步数、脉搏、温度等显示出来。电路的设计研究和对数据的分析更加完善系统，合理的实现功能。

关键词：STM32单片机；智能手环；心率监测模块；ADXL345传感器；

一、方案的设计与论证

  

2.1设计任务及要求

1、智能手环选用单片机STM32F103C8T6芯片作为主控制，ADXL345倾角传感器模块测量步数、Pulse sensor 脉搏心率传感器采集心率变化、DS18 B20采集温度，电源供电结合LED1602液晶显示、通过蓝牙调试助手输出数据。
2、LED1602液晶能显示当前的温度值、每分钟的心率、以及当前的步数，并且能够实时更新数据变化。

2.2 模块技术和方法综述

1. STM32F103C8T6单片机： 该款芯片是以C语言为编程语言，内置资源丰富，有充足的定时器、计数器、寄存器、大量的串口，程序运行稳定，能进行仿真，体积小，市场推广下久、应用价值高。
2. 1602液晶显示屏：LED1602液晶作为显示屏，显示效果美观，能根据需要调节亮度，数字和字符都能显示，操作简单，价格低。
   3、倾角传感器：采用基于ADI公司的倾角传感器ADXL345模块在ADXL345模块不能检测倾斜的角度并且来检测老人的位置信息，而且内置具有很多寄存器配置，而且成本低，易于控制，容易开发，资料齐全。
   4、心率监测模块：采用Pulse Sensor 脉搏心率模块采集心率数据，采集到的数据精确、并且干扰性强，开发简单，经过LM393电压放大后，模拟量转化成数据量，并且通过主控芯片处理并显示出来。
   5、温度传感器模块：DS18B20温度传感器是数字温度传感器，主控芯片不需要模数转化就能直接采集并显示，测量范围广、温度显示精确。

2.3 设计可能遇到的困难

预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施问题：
（1）主控制芯片的选择，需要选择内部资源具有AD的功能，功能模块多，内部配置的资源要充足；
（2）程序的编写和调用模块的源代码，包括各个传感器信息采集处理，数据传输和显示；
解决措施：
（1）可以在图书馆的资料库或者上网查询产品中寻找满足智能手环功能的芯片，芯片体积小，内置资源丰富，模块兼容性好并且价格低；
（2）提前查阅了解相关功能模块的数据信息，找到合适要求的模块，了解掌握相关的模块的资料，并且能够编写和调用相关的程序。

二、 系统总体框架

3.1 硬件设计

在智能手环由STM32F103C8T6单片机为主控制芯片、ADXL345传感器模块测量倾斜角度对步数的计量、心率传感器对人体的心率进行实时检测、温度传感器采集人体的体温、LED1602液晶显示屏心率、温度、时间、步数等信息、电源模块对各个功能模块进行供电等部分组成。在ADXL345倾角传感器和心率采集传感器、温度传感器采集相应的数据后，传输给主控制芯片STM32F103C8T6，再由主控制芯片对采集到的数据处理分析，并通过液晶显示、蓝牙调试助手APP进行参数数据显示。

图3-1系统硬件框图
STM32单片机核心板内部电路图如下图3-3所示。

图3-3 STM32单片机核心板内部原理图

三 软件部分

4.1 主程序流程框

对智能手环上电的过程中，系统各个部分开始分布进行初始化主要分为两个部分：STM32F103C8T6芯片内部时钟、IO口、定时器、计数器和串口等进行初始化；各个功能模块也进行初始化。芯片内部定时器来控制每次温度、步数、心率采集时间，同时ADXL345模块、Pulse Sensor脉搏心率模块、DS18B20温度模块将把采集到相应数据传输到STM32F103C8T6主控制芯片处理分析，在通过液晶和蓝牙调试串口显示出相应的温度、心率、步数、时间等数据。主程序流程图如图4-1所示。

图4-1主程序流程图

四、 结论

此次智能手环系统的设计，采用STM32F103C8T6芯片为智能手环的核心，现下单片机的技术在我国的研发已经非常成熟，市场上有许多的电子产品都是首选单片机作为核心芯片，在市面上推广性非常好计步器进行升级，增加心率、温度等功能，提高安全性，此次设计的智能手环是以采用ADXL345模块、Pulse Sensor脉搏心率模块、DS18B20温度模块为主的设计，实现计步、温度、心率和时间的记录，操作十分方便。
制作成品最主要的两个方面：硬件电路设计和软件代码编译。整体设计之前要明确设计要求，如是实现功能，选用什么芯片和模块，这些都是对系统的设计方案进行对比后，决定STM32F103C8T6芯片、ADXL345模块、Pulse Sensor脉搏心率模块、DS18B20温度模块定出最后方案。硬件分进行设计，在电脑上进行原理图的制作，还需要能提前进行合理的布局，之后在进行布线，布局合理布线的操作就能节省很多时间，而且整体的美观性也很好。电路的焊接需要注意检测电路的焊接的情况，借助万用表来排查电路中出现短路或者开路的现象。软件的设计上，我在语言编译上花了很多的时间的，C语言的语法和ADXL345模块、Pulse Sensor脉搏心率模块、DS18B20温度模块等程序调用，调用的程序的难度比较大，结合上出现了很多的问题。从头开始学，摔了不少次，老师的不断指导和同学的不离不弃，才得以让我在后期能够设计好并用程序驱动整个系统。此次设计的智能手环系统是能在行走和运动，能实时检测人体的心率、温度、步数，实时检测的数据能更有效的提供有效的数据帮助老人了解身体和成年人制定合理的运动计划，为了实现设计要求，反复调试多次，检测电路，检测程序，排查所有的问题后，经老师提点，实现智能手环的实时数据检测显示，这是我自己为我大学交上最满意的答卷。

五、 文章目录

目 录
1 概述 1
1.1课题背景及其意义 1
1.2 国内外的研究状况 1
1.3 论文主要工作 2
2 方案的设计与论证 3
2.1设计任务及要求 3
2.2 模块技术和方法综述 3
2.3 设计过程遇到困难 3
3 硬件部分 5
3.1 硬件设计 5
3.2 STM32F103C8T6单片机的概述 5
3.3 1602液晶显示模块 7
3.4 ADXL345倾角传感器模块 7
3.5 Pulsesensor脉搏心率传感器模块 8
3.6 温度传感器模块 9
4系统部分 11
4.1 主程序流程框 11
4.2编程环境工具KEILMDK 11
4.3 液晶显示程序 12
5系统调试 14
5.1 主芯片测试 14
5.2温度模块的调试 14
5.3心率模块的调试 14
5.4 ADXL345倾角传感器模块调试 14
5.5 电源调试 15
5.6 实物测试 15
总结 17
参考文献 19
致谢 20