湖北省电子设计大赛 无线运动传感器节点设计（A题）省级特等奖

无线运动传感器节点设计
摘要
本系统基于TI模拟前端芯片ADS1292、温度传感器LMT70和陀螺仪MPU6050设计制作而成的无线运动传感器节点。实现测温，心电图显示，测试心率以及测量步数和路程的功能。测试结果表明，本设计能够实现精确测量心率，温度，步数以及路程，心率，步数与路程测量精度优于5%，温度测量精度优于2度。

关键字 LMT70 ADS1292 MPU6050 传感器 数据传输

一、系统方案
方案描述
1、系统框图：

2、系统描述：
系统通过采集测试对象的手温，心电以及路程和步数数据，分别将温度数据传给LMT70，心电数据传给ADS1292，步数和路程距离数据传给MPU6050。LMT70芯片将温度信号线性转换为直流电信号，ADS1292芯片将心电信号滤波放大，MPU6050得到坐标轴数据，最后将三种芯片得到的信号通过无线网络传输给STMF407单片机，电脑进行分析，显示。

二、比较与选择
1、心电测量模块：
方案一：在计算心率时，直接计数一分钟内超过阈值电压的心电信号个数，直接计算出：心率= 心电个数/1 （次/分钟）。
方案二：因为人的静心心率几乎是不变化的，所以在计算心率时，可以测量前一个心电信号到下一个心电信号的时间t，再通过心率=60/t 的公式就可以计算出心率。
结果：方案一的测试时间长且测量精度低于方案二测量精度，所以我们选择方案二。
2、体表温度温度测量模块：
方案一：在LMT70后接入减法器和放大器，我们先预设好温度区间，例如20～50℃，再在芯片手册上找到20℃和50℃对应的直流电值，使50℃时LMT70输入给单片机的电压值为0，20℃时输入给单片机的电压值为3.3，即LMT70的输出信号先通过减法运算减去预设最高温度对应的电压值，再通过放大处理使得输入单片机的温度信号电压值在0～3.3V之间，从而对输入单片机的温度信号进行调理，充分利用了采样区间，增加测量精度。
方案二：由于LMT70输出的电压值不会超过3.3V，可以直接输入单片机进行采样，所以可以直接在LMT70后接入电压跟随器后直接接入单片机，电压跟随器起到缓冲稳定输入信号的作用，使采样更加稳定。
结果：方案一，二接入单片机后测量误差均小于5%，由于方案二电路更简单，我们最终选择方案二。

3、运动量统计模块：
方案一：采用MMA7361传感器来进行运动测量。
方案二：采用MPU6050传感器来进行运动测量。
结果：MPU6050比MMA7361测量更加精确，所以选择MPU6050。

三、理论分析与计算
1、心电测量方法
① ADS1292芯片介绍：ADS1292是多通道同步采样24位ADC，它们具有内置的可编程增益放大器 (PGA)、内部基准和板载振荡器。可实现心电测量。
② 计算公式： 心率= （次/分）
③ 测量方法：测量出前一个心电信号到下一个心电信号的时间T，时间T的倒数便是频率再乘以一分钟60秒的时间就能求得心率。
2、体表温度测量方法
① LMT70芯片介绍：LMT70是多通道同步采样24位ADC，它们具有内置的可编程增益放大器 (PGA)、内部基准和板载振荡器。 LMT70 几乎适用于所有高精度、低功耗的经济高 效型温度感测应用 。
② 计算公式： 温度=-5.2265x+1095.6 （℃）
（x为LMT70输出直流电压值）
③ 测量方法：温度信号通过LMT70转换为直流电信号通过模块输入电脑，再通过计算公式得到温度。

3、运动量统计
① MPU6050芯片介绍：MPU6050能采集六个方位的坐标，从而判断运动状态，测出加速度。
② 计算公式：步程= (m) 路程= （m）
(a=加速度 t=跨出一步的时间)
③ 测量方法：MPU6050测得z轴和x轴变化信号，提腿时会得到一个向上的信号，此时开始计时，通过MPU6050得到加速度a，落脚时得到一个向下的信号，计时结束得到时间t，根据步程公式得到步程，并将加速度置为0，达到减小误差的作用，最后将步程累加得到路程。

四、电路设计与系统软件设计

1、电路框图、具体电路设计
① 心电测量模块
!心电测量模块我们选用的是ADS1292R ，经过供电模块给ADS1292R提供4.5V电压，使其正常工作，并由DOUT输出给单片机，进行计算。
② 体表温度测量模块：

体表温度测试模块我们选用的是LMT70，经过实际测试之后，我们决定在LMT70与单片机之间添加一个跟随器模块，以达到缓冲稳定信号的作用。跟随器我们选用的是OPA227高精度低噪声运算放大器，以达到更好的稳定效果。
③ 运动量统计模块：

运动量统计模块我们选用的是MPU6050，MPU6050能采集六个方位的坐标，判断运动状态，能直接得到加速度。MPU6050通过单片机输出的3.3V电压供电，并将数据通过SCL，SDA引脚传给单片机。
显示结果：