基于STM32可穿戴实时监测保护系统设计

毛　锐，洪远泉，李康明，郑万意韶关学院电子系，广东韶关　512005



基于STM32可穿戴实时监测保护系统设计

毛锐，洪远泉，李康明，郑万意
韶关学院电子系，广东韶关512005

摘要围绕可穿戴思路，从健康监测、实时防护角度出发，提出了可穿戴实时监测保护系统的设计方案。以STM32处理器为控制核心，主要包含智能手表和防护头盔2个模块。实现了多功能手表、计步、体参测量、跌倒检测报警等功能。

关键词嵌入式处理器；可穿戴设备；体参监测；跌倒检测

随着社会的发展和电子技术进步，可穿戴设备的应用越来越广泛。将电子产品嵌入到衣服、帽子、鞋、手表等物体上，形成智能穿戴设备，对方便我们生活、提高生活质量很有帮助，受到越来越多人的喜爱［1］。本文介绍了一款功能强大的可穿戴实时监测保护系统设计，具有体参测量、多用手表、一键定位报警、运动数据采集、身体危险监测与报警等功能，适合户外运动、户外作业等各类人群的应用。

1　系统结构

如图1所示，系统主要由微型智能手表和可嵌入帽子2个模块组成。2个模块都以STM32微处理器为核心，既可相互配合工作，也可独立运行。

图1　系统结构

1.1微型智能手表模块设计

微型智能手表模块主要由微处理器、脉率测量模块、计步模块、触摸屏、无线传输模块等组成。在实现传统手表功能的基础上，还可监测脉搏体参数据，并根据人体运动时手势的变化，进行走动步数监测。

脉率测量电路如图2所示。将红外传感器嵌入手表底部，检测由于心脏周期性收缩和扩张产生的搏动心电信号，经过放大、滤波、整形后，送到单片机进行处理，得出脉率数据［2-4］。

图2　脉率测量电路图

1.2可嵌入式帽子模块设计

帽子模块主要由体温监测模块、人体姿态检测模块、GPS定位模块、GSM通信模块等组成。采用三维角度传感器MPU6050模块检测人体姿态信号，作为老人、户外作业人群等使用群体摔倒时的判断依据，实现摔倒意外监测功能。采用单片机控制GPS模块，完成地理位置信息，实现户外定位、导航等功能。系统设计最大特色是一体设计，采用无线供电贴片，取消所有外置接口。这种设计能够大大加强可穿戴设备的防水防潮防尘能力，显著提高设备的稳定性与使用寿命。

2　系统软件设计

2.1智能手表模块软件设计

手表模块软件部分主要负责多用手表的功能实现、脉率测量、计步测量和帽子端无线数据传输。主程序流程如图3所示。采用前后台结构的模块化编程。主程序完成各个功能模块的初始化、通端控制。手表、脉率测量、计步等功能，一旦启动，都有相应的中断程序负责监控处理，各个功能模块完成数据采集处理后，按照指定的格式，将数据放在显示缓冲区。主程序循环对显示缓冲区的内容进行屏幕刷新。脉率测量程序利用STM32内置高级计数器来实现，通过计算预置系统时间内脉搏脉冲引起的计数器计数值来获得脉率信息，并进行数字滤波，消除工频干扰。体参数据由2.4G无线传输模块，从帽子端接收到数据，手表端会进行数据正确性判断、整理，然后储存在外部储存器中，最后刷新屏幕进行显示。

图3　手表端主流程图

2.2可嵌入式帽子端软件设计

帽子端的软件部分主要负责人体姿态数据的采集、跌倒判断以及报警处理等，流程图如图4所示。采用定时中断，获取MPU6050姿态数据，如果姿态数据在正常范围内，则进行卡尔曼数字滤波，减少数据干扰。滤波后如果判断为跌倒姿态，则计数器Count加1，连续T次为跌倒状态，则启动报警，并发送定位信息。调整参数T的大小，可以控制跌倒报警的灵敏度，

避免正常活动，如跑步、弯腰拾取物体等动作产生的误报警［5-6］。

图4　帽子端程序流程图

3　结论

本设计开发了基于STM32处理器为控制核心的可穿戴实时监测防护系统。该系统可通过嵌入在头盔或者帽子中的模块实时监测人体体参数据显示在手表模块上。当检测到用户摔倒、体温过高、脉率失常等异常情况时，能自动进行短信或语音报警并提供用户所处的地理位置信息。体参信息可长时间记录并能通过电脑软件进行健康状况分析，在线获取健身运动建议。系统经过测试，实现了跌倒报警、脉率测量、地理位置发送、健康状况分析等功能，可在可穿戴式手表、帽子产品中推广应用。

参考文献

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［2］楼然苗，李光飞.单片机课程设计指导［M］.2版.北京：北京航天大学出版社，2012.

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［5］刘莉，郑冬云，刘晓军.基于MPU6050的老年人跌倒监测系统设计［J］.中国医疗器械杂志，2015（5）：327-330.

［6］曲凤娟.可穿戴式跌倒检测与预警系统研究［J］.科技视界，2015（1）.

中图分类号TP933

文献标识码A

文章编号1674-6708（2016）165-0143-01

作者简介：毛锐，学生，韶关学院电子系。洪远泉，韶关学院电子系。李康明，学生，韶关学院电子系。郑万意，学生，韶关学院电子系。