基于STM32的可穿戴式手表

胡文馨黎 豪张雁宁张 薇胡 宇（.西南科技大学环境与资源学院，四川 绵阳 600；.西南科技大学信息工程学院， 四川 绵阳 600）



基于STM32的可穿戴式手表

胡文馨1黎 豪2张雁宁2张 薇2胡 宇2
（1.西南科技大学环境与资源学院，四川 绵阳 621010；2.西南科技大学信息工程学院， 四川 绵阳 621010）

摘 要：基于STM32单片机的可穿戴式手表能检测环境信息，以防家中的老人发生意外；检测老人的血压、脉搏，使老人获取自己的身体状况；自动提示老人吃药和锻炼的时间，解决老人的生活难题；利用GSM模块，能将老人的健康状况能及时地反馈给家属。该设计成本较低，技术实现相对较为容易，易于实现对目标群体的健康监测。

关键词：STM32单片机；环境检测；生理健康监测

1 系统的总体设计及工作原理

本文的设计目标“基于STM32的可穿戴式手表”是为用户提供根据采集到的用户生理信息进行反馈的监测设备。系统可对外界环境的温湿度、温度进行监控，以STM32、温湿度传感器和GSM/ GPRS模块的算法为核心，以锂电池为电源部分。对于人体多项生理信息监测的实现，选用STM32单片机，使用DHT11温湿度传感器准确检测到环境的温度、湿度的信息；使用MQ-2烟雾气敏传感器探测室内的液化气、丁烷、丙烷、烟雾等气体的泄露；通过BP300TUS9116-00压力传感器检测老人的血压；通过pulsesensor心率传感器检测老人的脉搏；同时将信息反馈给单片机进行处理。通过SPI控制DS1302时钟芯片，达到闹钟功能，在日常生活使用时，事先设定时间，手表将会根据时间设置，提醒老人吃药时间和锻炼时间；通过GSM模块，当老人的身体状况不佳，腕表将以短信的方式把老人的身体信息发送给家属。

图1 GSM短信发送流程图

2 系统硬件电路设计

2.1 温湿度采集模块

DHT11数字温湿度传感器能输出数字信号的温湿度。传感器包括电阻式感湿元件和NTC测温元件，与高性能8位单片机相互连接。该传感器具有体积小、功耗低、极强的抗干扰能力和超快的响应速度的特点，因而性价比极高。但是温度的精度不高，误差是±2℃，范围为0℃～50℃。

2.2 脉搏信号处理模块

首先传感器通过电极提取心电和脉搏信号，前置放大器放大后通过滤波电路滤除干扰信号。留下的心电信号通过50Hz陷波器，滤除工频干扰，最后后置的放大器将信号的幅值放大直到后续电路所需要的信号幅值大小。心电信号的频率在100Hz以下，通过低通滤波电路把高频的干扰信号滤掉；高通滤波电路滤除直流分量等低频干扰信号；陷波电路需要满足后续电路数字处理电路需要V量级的信号幅值。

2.3 时钟模块

DS3231时钟模块包含集成的温补晶振和晶体，具有低成本、高精度的特点。该模块的电池输入端保证了断开主电源时仍可保持精确的计时。集成晶振使得器件的长期精确度提高，元件数量减少。

2.4 火焰模块

红外火焰传感器能够探测到的红外光的波长在700纳米～1000纳米范围内，探测角度为60°，红外光波长最大灵敏度的位置在880纳米附近。远红外火焰探头能够使得外界的红外光变化与电流变化相互转换，再通过A/D转换器转换为0～255范围内的数值变化。比较器输出具有信号干净、波形好、驱动能力强，超过15mA等优点。外界红外光越强，输出数值越小；外界红外光越弱，输出数值越大。

2.5 短信发送GSM模块

我们通常采用TC35i GSM模块来设计智能家居的远程控制系统，但是TC35i GSM模块存在工作频段少、功耗较高并且不支持GPRS技术等缺陷。针对性能设计的不足，本文采用SIM900A无线通信技术。SIM900A模块尺寸较小，封装采用SMT，采用ARM926EJ-S架构，性能加强，广泛应用在车载耕种、无线POS、车队管理、电力监控等。

3 系统软件设计

3.1 温湿度检测设计

在本系统中，通过液晶显示屏将DHT11传感器测得的相关环境参数进行显示，方便用户对所处环境有进一步了解，同时便于对老人健康的准确分析。此模块硬件电路结构以及显示程序都较为简洁，且价格也比较合理，为温湿度模块的理想选择。

3.2 脉搏检测设计

（1）传感器识别阶段：启动血压测量功能时，pulsesensor脉搏、心率传感器启动，当转换电压到达软件设定值后，开始采集信号。

（2）血压信号获取阶段：当第一次获得预定电压时，传感器对血压及脉搏波信号进行获取。

（3）信号处理阶段：当采集时间达到预定值，脉搏波消失，血压和脉搏信号采集完毕；放大后的信号是模拟的，必须经过A/D转换器转换成数字信号才能送给控制器处理；然后完成血压和脉搏的信号分析处理，确定最后的值。

（4）显示阶段：把采集到的数据输出到显示屏，有波形和数值两种方式，每2s更新一次。

3.3 短信发送设计

整体逻辑流程如图1所示，SIM900A上电后开始初始化，完毕后向STM32发送“RDY +CFUN：1 +CPIN：READY Call Ready”字符串，其中RDY 表示模块启动成功准备就绪，+CFUN：1 表示模块功能全部打开，+CPIN：READY 表示插入的SIM 正常，Call Ready 表示网络连接正常，可以执行基本的拨打电话发短信、数据通信等任务，STM32与SIM900A的串口采用的是9600固定波特率。GSM的控制程序主要执行TC35模块的初始化、接受、读取并发送和删除信息等操作。GSM模块与单片机通过串口连接，串口的接收、发送函数和 GSM 模块程序设计为一个模块。

通过SIM900A模块，当老人的身体状况不佳时，腕表将以短信的方式把老人的身体情况发送给家属。增加老人与家人的交流，使得老人的健康状况能及时地反馈给家属。

结语

随着人们生活水平的不断提高，科技产品在便携式健康监测领域的需求日渐增大，健康监测设备对于老人日常生活的帮助极大。本手表适用于日常老人健康监护、医院里病人护理等情况；可用于对老人的日常生活环境监测，电路模块化，集成度较高，小巧易携，不影响老人的正常生活。

本手表以STM32单片机控制为主，结合各个传感器及时获取相应值并传回单片机处理得出当前佩戴者的生理特征及所处环境特征值，再根据植入单片机的微型系统判断做出相应动作，遇紧急情况及时通知，一旦生理指标出现异常还可通过GSM将信息及时发送给家人或医院。手表是以STM32为核心的主控板，搭配温湿度、脉搏、时钟、火焰、GSM短信收发等模块构成本手表的硬件系统；通过各个模块的软件算法实现手表的监测功能，并显示相关数据；最后通过多次测试验证了其切实可行性。

参考文献

［1］郑国军，戴巧琪，肖德瑞.基于STM32的便携式体检装置设计［J］.医学信息： 中旬刊，2010， 5（8）： 1989-1991.

［2］宋霞萍.基于STM32的小型智能家居系统设计［D］.中南林业科技大学，2014.

中图分类号：TP29

文献标识码：A