基于STM32的多功能耳机

许惠清 王傲霜 陈丽秋 欧贤彪 文卉

摘要 基于STM32F103RCT6的控制，设计一款能够完全脱离手机的多功能挂式耳机，采用红外反射式光电脉搏传感器随时随地测心率、MLX90614系列红外测温模块测体温，集听音乐、体征参数监测功能于一体，适应性广，有效性高。

【关键词】STM32F103RCT6 MLX90614 多功能耳机

随着生活水平的提高，越来越多的人开始关注身体健康，一些智能的可穿戴设备也随之发展起来，智能检测设备越来越普及。HereActive Listening、Bragi Dash和三星Gear IconX等产品，都让我们看到了在摆脱线缆无线化之后耳机的另一种革命，但这些智能设备都存在一定的不足之处，或者功能较为单一，或者续航能力不足等。本文所设计的多功能耳机以STM32F103RCT6为核心，借助于光电反射式传感器在耳朵附近实时检测心率，MLX90614系列红外测温模块实测体温，耳机内置集成MP3模块，无线遥控功能模式切换和歌曲播放，当体征参数（心率、体温）出现异常时实现超标报警功能。

1 概述

本项目以STM32F103RCT6为核心板，构建一个多功能耳机。此款耳机除了具有普通耳机听音乐的功能之外，还具有实时监测心率、体温、超标报警功能。同时能够摆脱线缆，使用方便。整体设计包括STM32F103RCT6核心板、光电容积法测心率模块、测体温的MLX90614模块、MP3音乐播放模块、语音提醒模块、无线遥控模块、电源及充电模块，系统结构框图如图l所示。

该多功能耳机具有便捷化、人性化、续航能力强等优点，能够有效解决普通耳机续航能力不足、功能单一的问题，具有广阔的市场前景。

2 基于STM32F103RCT6的控制

该款耳机基于STM32核心板开发，由无线遥控模块选择功能模式，根据红外反射式光电传感器检测心率，MLX90614系列红外测温模块检测体温，同时与程序内预设的心率和体温范围值进行比较，若超出预设范围，则通过I/O口控制语音模块，实行报警提示。

3 红外反射式光电传感器测心率

在检测心率时本文采用光电容积法，利用人体组织在血管搏动时造成透光率不同来进行脉搏测量的。其使用的传感器由光源和光电变换器两部分组成，通过绑带或夹子固定在人的手指或耳垂上。光源一般采用对动脉血中氧和血红蛋白有选择性的一定波长（ 500nm—700nm）的发光二极管。当光束透过人体外周血管，由于动脉搏动充血容积变化导致这束光的透光率发生改变，此时由光电变换器接收经人体组织反射的光线，转变为电信号并将其放大和输出。由于脉搏是随心脏的搏动而周期性变化的信号，动脉血管容积也周期性变化，因此光电变换器的电信号变化周期就是脉搏率。

因为光电容积法测心率是借助于光电容积描述技术（PPG）来实现的。它并不是直接通过测脉搏的有无来表示心率，而是通过测量人体生理变化引起的内部组织成分变化程度，来提取心率和呼吸等生理特征，所以它能够克服传统脉搏测量仪要求十分好的接触性的缺点，同时减少了其对于脉搏波动较弱的人群使用限制。其操作简便、测量精确度高、抗干扰能力强，适用范围广。

4 MLX90614系列红外测温模块测体温

一般来说，测温方式可分为接触式和非接触式，接触式测温反应时间较长，且极易受环境温度的影响;而红外测温具有温度分辨率高、稳定性好等优点。MLX90614系列模块是一组通用的红外测温模块。具有非接触、体积小、精度高，成本低等优点。物体红外辐射能量的大小和波长的分布与其表面温度关系密切。因此，通过对物体自身红外辐射的测量，能准确地确定其表面温度，MLX90614红外测温就是利用这一原理测量温度的。

多功能耳机除了可以通过无线遥控切换键切换心率与体温的测量，而且当所测数据值超出正常范围时，会通过报警提示模块发出报警提示;在心率模式下，将心率传感器夹戴在耳垂处，以稍微有压迫感为宜，这时很快就可以看到红色发光二极管会伴随你的脉搏心率而闪烁，让你直观的看到自己脉搏心率跳动的速度，同时语音播报心率测量值大小;体温模式下，体温传感器与太阳穴接触，同时语音播报体温测量值大小。

本文研制的多功能耳机不仅适合在休息时间或者运动时给我们提供放松音乐环境，还可以实时监测身体（心率、体温）体征参数，就像是健康的监督官，时刻提醒你关注自己的身体健康状态。未来，可穿戴式多功能耳机还有很长的路要走！

参考文献

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