新聞中心

EEPW首頁 > 設計应用 > 瑞彩祥云

瑞彩祥云

作者:楊裴裴,李勝岚,石恒瑞時間:2019-08-12來源:電子産品世界收藏

  杨裴裴,李胜岚,石恒瑞(郑州工商学院河南,河南 郑州 450000)

本文引用地址:/article/201908/403616.htm

  摘?要:基于單片機和平台,設計了一款。在設計中结合了打印机、心率模块、OLED显示模块、WiFi通信模块等一些市面上常见的傳感器,提出并設計出一款专门针对空巢老人使用的且操作简单、使用方便、快速准确测量心率的仪器

  關鍵詞:

  0 引言

  改革開放以來,隨著國家經濟和科技的快速發展,人們生活條件越來越好,人們的追求開始逐漸改變,從以前只需要吃飽穿暖到現在的吃好穿美,社會步伐在快速向前,但人們的身體素質卻越來越低,特別是心血管疾病的發病率越來越高。很多人對心血管疾病的了解並不多,經常會認爲很多心血管疾病是突發病,常常都是到了嚴重的地步才會去尋醫問診。大多數的心血管疾病都是可以預防的,這就需要我們平時要注意好身體,同時多鍛煉身體,而且要注意飲食健康。但是很多人已經有了隱疾,所以需要早點發現早點治療。當前醫院最常用的就是用心電圖機(ECG)來檢測心率,但檢測出來的結果都是當時短時間內的結果,但是很多的心血管疾病前期都沒有比較明顯的症狀,而且很多都是間歇性的,很可能在醫院檢查的時候是正常的,但是說不定在什麽時候就顯現出症狀。雖然現在很多的移動設備(例如:智能手表、手機等)都帶有心率檢測功能,雖然很方便,但是考慮到很多老年人還是不願意接觸新鮮事物,所以這些最新科技對于他們沒有那麽實用,因此一款專門針對空巢老人使用的心率檢測儀器顯得極爲重要。

  1 的設計框图

  该智能健康管家的設計主要分为硬件和软件两部分。 硬件部分設計包括电源設計、 外围電路以及相关的傳感器、 WiFi模块与STM32连接電路設計;软件部分設計包括STM32單片機代码编写、 ESP8266固件的编写、Android手机APP的代码编辑和编写以及PC网页端应用的编辑。 系统的設計框图如图1所示。

1565682318872022.jpg

  由圖1可知,當該智能健康管家檢測到心率模塊輸出有規律波形時(即人體組織與心率模塊進行有效接觸,人體組織多爲手指肚),進入測量模式,然後根據算法算出心率值,在OLED屏幕上顯示出來,同時打印機打印出結果,並根據心率值給出相應的建議,也會把心率值通過云平台发送到手机端或电脑网页端,并把心率值记录到云端,绘制曲线,让用户看到自己心率的起伏。该系统也可以绑定邮箱,当心率值处于危险值时,云平台会给绑定邮箱发送邮件,使一些在外的儿女也能了解到家中父母的心率状况。在应用端我们也可以发送消息,例如发送消息提醒老人测量心率,消息返回给主控板,并显示在OLED显示屏上。以上設計使智能管家更加方便快捷,也更加的智能,使其能够满足未来智能家居的要求。

  2 智能健康管家的硬件設計

  本設計中使用STM32F103RCT6最小系统板作为主控核心板,并搭配ESP8266WiFi模块、心率模块、OLED显示屏和串口打印机等多种傳感器完成硬件部分的設計,该設計的整体電路如图2所示。

  2.1 WiFi模块

1565682336899515.jpg

  在该設計中,WiFi模块是沟通硬件和软件的桥梁,在硬件获取心率值后需要上传到云端,这就需要WiFi模块来连接两者,这里选用的深圳安信可公司所出产的ESP-01模块,这是一款高性能无线 SOC,以最低成本提供最大实用性,为 WiFi 功能嵌入其他系统提供无限可能。在该設計中并没有使用常见的AT固件,而是采用了SDK二次开发,把与Onenet的协议处理部分都交给ESP8266处理,这里只需要主控板把获取的数据通过串口传给WiFi模块,模块作为一个高性能的SoC,将数据通过协议处理再上传到Onenet云平台,也可以接收消息处理并通过串口发送给主控板。其電路原理图如图3所示。

1565682352181558.jpg

  2.2 OLED模块

  该模块工作温度为 -40℃ ~ +70℃,内部自带升压電路,分辨率为 128×64像素,采用SSD1306 驱动芯片,仅需 3.3V 供电即可。该模块支持8位6800并口、8位8080并口、I 2 C总线、 4线SPI 总线等4种通信接口方式,该設計用的是I 2 C 总线接口,我们程序中使用的是模拟I 2 C。OLED 屏与液晶屏类似,在应用前都需要进行初始化。整个初始化工作为一系列显示控制芯片的设置工作,主要包括關閉显示、设置时钟分频因子、设置显示偏移、设置内存地址、行列起始地址等。输入 OLED 模块的数据之所以能显示到屏幕上,是因为内部有一个显存,该显存与模块屏幕上的像素点是一一对应的关系。只要把数据送到显存对应的地址上,就会按显存的地址显示到屏幕上。我们主要使用OLED显示出来心率的值,同时也能给出一些小的建议,也能显示应用端发送的数据。

  2.3 心率检测模块

  Pulsesensor心率模块傳感器比较方便使用,三个引脚,分别是VCC、GND和ADC,模块通过電路获取心电信号,并利用硬件電路对信号进行滤波,單片機可以直接通过AD转换采集心率数据。它使用了光电容积脉搏波描记法(PPG)测量心率,这种技术听起来十分的高级,其实原理非常简单,通常情况下是用一个光源对人体组织进行照射,人体组织由于血管搏动时透光率发生变化,所以人体组织反射过来的光也随之发生变化,通过采集反射光的变化,将之转化为电信号采集起来,再通过滤波计算就能得到心率。这里使用了双重滤波,模块本来就有滤波電路,在STM32的程序中我们对数据进行再次滤波,使检测到波形更加准确,所获取的心率值更加准确。

  2.4 打印机

  熱敏打印機體積小、速度快、噪聲小、成本低、打印清晰而且使用方便。熱敏打印技術最早使用在傳真機上,它的基本原理是把打印機接收到的數據轉換成點陣信號形式,進而控制器控制熱敏元的加熱,然後把熱敏紙上的熱敏圖層加熱顯示。熱敏打印機需使用專用的熱敏紙,熱敏紙上塗有一層遇熱就就會産生化學反應而變色的圖層,利用這種特性,誕生了熱敏打印技術。

  嵌入式微型打印机单元一行有 384 个加热点,打印机内置字库,汉字字库大小为 24*24,所以一行可以打印 384/24=16 个汉字字符。英文字库大小为12*24,所以一行可以打印 36 个英文字符。如果发送的数据大于 16 个汉字字符或者 32 个汉字字符,打印机会自动打印出这一行出来,如果低于 16 个中文字符或者 32 个英文字符,打印机不会打印出来,需要多发送十六进制数 0D 0A,具体需要看指令集。打印机和主控板之间通过串口通信,通过指令设置好之后,可以直接发送串口数据,打印机就会直接打印出来发送的串口数据,十分方便。

  使用過程中,通過以上各個模塊和主控板之間的制作,我們會把心率數據上傳到雲平台,並且顯示在手機端或者電腦端,同時數據也顯示到OLED屏幕上,打印機打印出心率值並給出相應的意見。

  3 软件設計

  在Onenet平台上编辑出网页端应用和手机端应用。通过Onenet云平台, 实现心率的数据上传。

  3.1 Onenet云平台

  OneNET是由中國移動打造的PaaS開放平台。平台能夠幫助開發者輕松實現設備接入與設備連接,快速完成産品開發部署,爲智能硬件、智能家居産品提供完善的解決方案。我們與Onenet對接使用ESP8266的SDK二次開發,直接連接WIFI並進行協議的處理。我們可以綁定郵箱,使心率數據處于危險狀態時,Onenet平台直接發送郵件給用戶。

  3.2 PC端界面

  我们的界面十分简洁,只有一个曲线表和命令框,当使用完该設計后,能够在得到心率值后立刻上传数据,并显示在界面曲线表里,十分明了的显示出心率在不同时间的起伏变化。而且我们可以通过命令框发送特定的短消息给设备,并显示在OLED显示屏上,用于提醒老人们测量心率。其界面如图4所示。

微信截图_20190813154334.jpg

  3.3 手机端界面

  手機端基本與PC端一致,其界面如圖5所示。我們可以在Onenet平台直接編輯我們的手機端和PC端應用。進入編輯頁面之後可以拖拽我們所需要的元素,基本元素有文本、折線圖、柱狀圖、圖片、鏈接、地圖、儀表盤,控制元素有旋鈕、開關、命令框,這裏我們選擇了能夠體現心率變化的折線圖以及能發送命令的命令框,然後編輯屬性,選擇我們的設備和數據流,也可以編輯折線圖的刷新頻率、顔色、時間樣式等,編輯之後就可以保存了。

1565682398448744.jpg

1565682398727786.jpg

  3.4 邮件提醒

  該系統也可以綁定郵箱,當心率值處于危險值時,雲平台會給綁定郵箱發送郵件,使一些在外的兒女也能了解到家中父母的心率狀況。比如正常人心率在70-70~100次/min,當心率不是在這個範圍內就可能使危險狀態,此時Onenet雲平台就會接收到數據,判斷後便會發送郵件到綁定郵箱。如圖6所示,當數值大于100時,就會發送郵件提醒。

微信截图_20190813154406.jpg

  4 設計的实物图

  该設計的实物图如下图所示

微信截图_20190813154412.jpg

  5 設計中的创新点

  从心率检测的設計角度,本設計在以往的設計基础上加入了许多创新点和設計元素:

  ? 测量结果可以多端显示,OLED显示屏、打印机打印、PC端显示、手机端显示,使用者本人可以很明了的看到测量结果,在外的儿女也可以看到自己父母的身体状况;

  ? 子女可以在手机端或电脑端对父母进行提醒,以防老人忘记测量心率;

  ? 打印机打印心率结果,并给出相应的建议,建议其饮食和锻炼。老人们可以存着结果小票,然后通过对自己不同时间的心率变化来进行调节自己的饮食和锻炼。

  習近平主席強調:發展是第一要務,人才是第一資源,創新是第一動力。創新就是爲了更好的服務人類的生活,爲人們生活帶來更多的便利,也爲人們的健康帶來更多幫助。智能健康管家的創新點就是爲了讓在外的子女能多多了解老人們在家的健康情況,也是爲了避免心率疾病突發所帶來的不必要的傷亡。

  6 结论

  现在市场上有不少的心率检测仪器,现在的手机和手环也有很多都支持心率检测,但这些对于空巢老人来说并不是很实用,市场上很少有一款真正的为空巢老人所設計的物聯網智能化,因此,本文中的智能健康管家在很多方面针对空巢老人做出的設計,就是为了能够更好的服务老人,同时也是服务在外的年轻人,让这些年轻人能够放心的在外打拼。产品的設計就是为了让科技融入到社会的各个人群,不仅仅让年轻人享受到科技的服务,也让老人们享受到科技带来的便利。

  參考文獻

  [1] 王刚,张保威,李诗然,杨可标,李登峰.基于STM32的微型热敏打印机的設計和实现[J].工业仪表与自动化装置,2016(04):113-116. 

  [2] 刘正翔.基于STM32的OLED显示屏接口設計[J].电子技术与软件工程,2017(19):65.

  [3] 汪楠,莫德清,韩剑.基于OneNET云平台的pH在线检测仪[J].桂林电子科技大学学报,2018,38(02):139-143.

  [4] 陈星星,梁雨,穆真,王晶.基于STM32的生理信号数字濾波器設計[J].电子技术与软件工程,2016(21):111.

  作者簡介:

  楊裴裴(1988-),女,碩士,主要研究方向:教育技術理論研究、多媒體技術

  李胜岚(1988-),女,硕士,主要研究方向:无线傳感器网络石恒瑞,男,本科,主要研究方向:物聯網

  本文來源于科技期刊《電子産品世界》2019年第8期第60頁,歡迎您寫論文時引用,並注明出處




評論


相關推薦

技術專區

關閉