1 簡介

Hi，大家好，這里是丹成學(xué)長，今天向大家介紹一個 單片機(jī)項(xiàng)目

基于單片機(jī)的智能手環(huán) -計步器

大家可用于 課程設(shè)計 或 畢業(yè)設(shè)計

技術(shù)解答、畢設(shè)幫助、開題指導(dǎo)print("Q 746876041") 

1 項(xiàng)目背景意義

隨著智能化時代的來臨， 無線互聯(lián)與智能化處理軟件的大面積普及。 傳統(tǒng)的就醫(yī)形式已經(jīng)通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)科技而變得高效， 但是， 縱然在這種趨勢下， 老年人就醫(yī)依然面臨很多困境， 種種的原因?qū)е潞芏嗬夏耆送话l(fā)疾病但是沒能得多及時的救治。 老年智能手環(huán)主要致力于深入到整個救治老年人環(huán)節(jié)中， 促進(jìn)幾個關(guān)鍵人群的及時反應(yīng)、 智能互聯(lián)、 信息互通。 如何高效、 精準(zhǔn)、 相對簡潔的去實(shí)現(xiàn)種種義務(wù)之間的平衡， 包括子女對老人的贍養(yǎng)義務(wù)， 在大批量救治病患的過程中， 醫(yī)生如何平衡好對每一個病人的義務(wù)。

隨著科學(xué)技術(shù)的革新，智能化生活已經(jīng)開始實(shí)現(xiàn)，更多的人們的目光聚焦在智能化產(chǎn)品上面，一方面是對自身健康的關(guān)注，另一方面是對便攜輕松的生活的向往，智能手環(huán)就作為其中的一種代表性產(chǎn)物。其主要應(yīng)用于運(yùn)動顯示比如顯示行走及跑步的步數(shù)，距離，速度。同時可以實(shí)時健康監(jiān)測比如心率，血氧，體溫等。是一款突出個性與人性的智能化產(chǎn)物。

2 系統(tǒng)方案的設(shè)計

本設(shè)計是由STM32F103C8T6最小系統(tǒng)電路，DS3231時鐘模塊，ADXL345計步模塊，MAX30100血氧心率模塊，DS18B20溫度模塊,MPU6050體位檢測模塊，1.44寸TFT彩色液晶屏顯示模塊組成的嵌入式智能手環(huán)系統(tǒng)。

• （1）通過DS3231時鐘模塊實(shí)現(xiàn)日期顯示的功能

• （2）使用傳感器ADXL345檢測人步數(shù)

• （3）通過MAX30100傳感器實(shí)時檢測血氧心率；

• （4）通過傳感器DS18B20進(jìn)行溫度測量。

• （5）通過MPU6050體位檢測臥床病人是否跌倒或可以通過此功能蜂鳴器警報呼叫。

• （6）通過1.44寸TFT彩色液晶屏實(shí)時顯示日期，步數(shù)，距離，心率，血氧，跌倒?fàn)顟B(tài)以及溫度值。

3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計

4.1 主控模塊

STM32C8T6(最小核心板)，當(dāng)然，用其他型號的32，如STM32ZET6也是可以的。

4.2 姿態(tài)解算模塊：MPU6050

4.3 DS3231實(shí)物圖

4.4 TFT顯示模塊

4.5 硬件連接效果

5 跌倒檢測算法原理

當(dāng)人體正常行走時， 合成加速度在 1g 至 2.5g 左右， 如下圖所示。 當(dāng)人體不論從何方向跌落時， 垂直方向的位置和速度都將會改變， 所以加速度和俯仰角也會隨著而變化。 如圖 4.7 中設(shè)置采樣頻率為 350Hz 并且可以看出圖中跌倒過程中各個方向加速度變化情況。 當(dāng)手環(huán)佩戴者跌落時， 整個過程持大約持續(xù)約 2 秒， 其加速度曲線變化是先減小然后增加， 最后穩(wěn)定。 可以得出結(jié)論， 墜落是一個暫時的過程， 在這個過程中， 測試者經(jīng)歷失重、 撞擊和靜止三個狀態(tài)。 在下降過程中， 合成加速度的最大值約為 2.6 g， 并且有 7 個連續(xù)采樣點(diǎn)的合成加速度為 2.0 g 或更多。 當(dāng)人摔倒時， 通過對人體姿態(tài)角的采樣， 人體的俯仰角和側(cè)翻角都會發(fā)生變化， 在跌倒后有一個或更多姿態(tài)角的絕對值大于 45°。

5.1 跌倒檢測的判定流程

跌倒最開始的加速度會是最大的， 當(dāng)?shù)购笕说淖匀环磻?yīng)會讓加速度有所減小，所以跌倒有兩個閾值， 第一個閾值較大為觸發(fā)閾值， 第二個閥組為持續(xù)閾值， 然后在50 個周期內(nèi)計時， 是否有 80%時間為大于第二個跌倒閾值的， 有這兩個持續(xù)過程則判定為跌倒， 否則丟棄跌倒判定數(shù)據(jù)， 跌倒流程圖如上圖。

5.2 關(guān)鍵算法實(shí)現(xiàn)

if(adxl345_flag == 1)	{			adxl345_flag = 0;		Multiple_Byte_Read(0x32);//采樣		sampling_cnt++;//采樣次數(shù)		sampling_cnt0++;/*-------------------平均濾波算法-----------------*/		for(i=0;i<3;i++)//0->x 1->y 2->z	{		reg_buf3[i] =  reg_buf2[i];		reg_buf2[i] =  reg_buf1[i];		reg_buf1[i] =  reg_buf0[i];		reg_buf0[i] =  (buf[2*i+1] << 8) + buf[2*i];//數(shù)據(jù)合成				filter_out[i] = (reg_buf0[i] + reg_buf1[i] + reg_buf2[i] +reg_buf3[i])/4;				if(filter_max[i] < filter_out[i]) filter_max[i] = filter_out[i];		if(filter_min[i] > filter_out[i]) filter_min[i] = filter_out[i];	}/*-------------------動態(tài)閾值和動態(tài)精度算法------------------*/	if(sampling_cnt == 50)	{		sampling_cnt = 0;		/*printf("cnt:%ldms/r/n",cnt);//50次測量所用的時間		cnt=0;*/		//printf("interval:%ld/r/n",interval);		for(i=0;i<3;i++)		{			Vpp[i] = filter_max[i] - filter_min[i];//計算雙峰值			Dynamic_threshold[i] = (filter_max[i] + filter_min[i])/2;//計算動態(tài)閾值						filter_max[i] = 0;//重新初始各軸的最大、最小值			filter_min[i] = 4095;			Error_flag[i] = 0;						//>100					if(Vpp[i] >= 250)		Dynamic_precision[i] = Vpp[i]/50;//跑步				else if( (Vpp[i] >= 100) && (Vpp[i]<250) )	Dynamic_precision[i] = 3;//走路				else {Dynamic_precision[i] = 2;Error_flag[i] = 1;}			}		}/*------------------線性移位 消除高頻噪聲--------------------*/		for(i=0;i<3;i++)	{			sample_old[i] = sample_new[i];		if(filter_out[i] >= sample_new[i])		{					if((filter_out[i] - sample_new[i]) > Dynamic_precision[i])				sample_new[i] = filter_out[i];					}		else if(filter_out[i] < sample_new[i])		{					if((sample_new[i] - filter_out[i]) > Dynamic_precision[i])				sample_new[i] = filter_out[i];					}	}/*--------------------最大峰值檢測,判斷活躍軸,步伐判斷----------------*///sample_new < Dynamic_threshold 表示已邁過動態(tài)閾值下方//sample_new - sample_old < 0 表示加速度的變化小于0,斜率為負(fù)數(shù)	if( (Vpp[0] >= Vpp[1]) && (Vpp[0] >= Vpp[2]) ) //x軸活躍	{			if( (sample_old[0] > Dynamic_threshold[0]) && (sample_new[0] < Dynamic_threshold[0]) && (Error_flag[0] == 0) )		{					if( (interval > 10 ) && ( interval < 100 ) )			{				Step_Out+=1;				regulation3 = regulation2;				regulation2 = regulation1;				regulation1 = regulation0;				regulation0 = 1;				if( regulation3 && regulation2 && regulation1 && regulation0 )					printf("Step:%d/r/n",Step_Out);			}			else 			{							regulation3 = 0;				regulation2 = 0;				regulation1 = 0;				regulation0 = 0;						}			interval = 0;		}	}	else if( (Vpp[1] >= Vpp[0]) && (Vpp[1] >= Vpp[2]) ) //y軸活躍	{			if( (sample_old[1] > Dynamic_threshold[1]) && (sample_new[1] < Dynamic_threshold[1]) && (Error_flag[1] == 0) )		{			/*----------時間窗口--------*/			if( (interval > 10 ) && ( interval < 100 ) )			{				Step_Out+=1;				/*-----------計數(shù)規(guī)則--------------*/				regulation3 = regulation2;				regulation2 = regulation1;				regulation1 = regulation0;				regulation0 = 1;				if( regulation3 && regulation2 && regulation1 && regulation0 )					printf("Step:%d/r/n",Step_Out);			}			else 			{							regulation3 = 0;				regulation2 = 0;				regulation1 = 0;				regulation0 = 0;						}			interval = 0;				}	}			else if( (Vpp[2] >= Vpp[0]) && (Vpp[2] >= Vpp[1]) ) //z軸活躍	{			if( (sample_old[2] > Dynamic_threshold[2]) && (sample_new[2] < Dynamic_threshold[2]) && (Error_flag[2] == 0) )		{					if( (interval > 10 ) && ( interval < 100 ) )			{				Step_Out+=1;				regulation3 = regulation2;				regulation2 = regulation1;				regulation1 = regulation0;				regulation0 = 1;				if( regulation3 && regulation2 && regulation1 && regulation0 )					printf("Step:%d/r/n",Step_Out);			}			else 			{							regulation3 = 0;				regulation2 = 0;				regulation1 = 0;				regulation0 = 0;						}			interval = 0;		}	}		//printf("Step:%d/r/n",Step_Out);	/*------速度 距離 卡路里-----*/	if(sampling_cnt0 == 100)	{		i_cnt++;		sampling_cnt0 = 0;		m_nPedometerValue = Step_Out;		Dynamic_step = m_nPedometerValue - m_nLastPedometer;//2s的步數(shù)變化		/*---每步距離----*/		if( Dynamic_step == 1 ) //身高取 170cm = 1.70m			StepLen = 1.70/5;		else if(  Dynamic_step == 2  )			StepLen = 1.70/4;		else if(  Dynamic_step == 3 )			StepLen = 1.70/3;		else if( Dynamic_step == 4  )			StepLen = 1.70/2;		else if( Dynamic_step == 5 )			StepLen = 1.70/1.2;		else if( ( Dynamic_step >= 6 ) && ( Dynamic_step < 8 ) )			StepLen = 1.70;		else if( Dynamic_step >= 8 )	StepLen = 1.70*1.2;				Speed = StepLen/2;		calories = Speed * weight/400;		printf("Dynamic_step:%d/t",Dynamic_step);				m_nLastPedometer = m_nPedometerValue;		printf("StepLen:%.3f/t",StepLen);		printf("Speed:%.3f/t",Speed);		printf("calories:%.3f/r/n",calories);	}}

6 最后

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