基于STM32单片机的健康监测智能手环的研究

王天驰 于蕾 王浩然 蔡镇潞

摘要：本产品以STM32为主控芯片，内建LCD控制显示器，利用脉搏传感器测量佩戴者的心率且实时传达给佩戴者，利用惯性传感器测量行走步数，利用温湿度传感器测量环境温湿度以及紫外线传感器测出太阳观光紫外线强度，实现多功能的智能运动手环。

关键词：单片机;健康检测;运动手环

中图分类号：TP368文献标识码：A文章编号：1672-9129（2018）06-0139-01

Research on Health Monitoring Smart Bracelet Based on STM32 Microcontroller

WANG Tianchi*， YU Lei， WANG Haoran， CAI Zhenlu

（Xuzhou Institute of Engineering， Jiangsu Xuzhou， 221000， china）

Abstract：This product uses STM32 as main control chip， built-in LED control display. The major functions are： Measuring heart rate by using the pulse sensor， and transmit data to wearers timely; Counting walking steps via inertial sensor; Scaling the environmental humidity and temperature through thetemperature and humidity sensor; Testing theintensity of solar ultraviolet radiation by using ultraviolet radiation sensorin order to achieve multi-functional smart bracelet.

Keyword： microcontroller; health monitoring; sports bracelet

引用：王天驰， 于蕾， 王浩然， 等. 基于STM32单片机的健康监测智能手环的研究[J]. 数码设计， 2018， 7（6）： 139-139.

Cite：WEI Fangfang， WU Yonghong， YU Wenjing， et al. Research - based PE Teachers' Growth Strategies from the Perspective of Teachers' Action Research[J]. Peak Data Science， 2018， 7（6）： 139-139.

引言

國民的生活水平不断提高，健康监测是人们提高生活质量的必然选择。运动手环可以给出简单的测量数据给佩戴者参考，让佩戴者了解自身身体情况以及环境的变化，满足佩戴者的生活需求。

1  系统的整体设计

该系统选取STM32F103C8T6为主控模块，由屏幕显示模块，数据传输模块，按键输入电路，脉搏测量模块，紫外线指数测试模块，计步器和温湿度模块组成，实现对脉搏的计数，紫外线强度的读取，行走的步数统计和温湿度的测量。通过数据传输模块，将数据显示在屏幕上，使用者可以根据综合的数据，对外部情况和自身身体状况进行综合判断，旨在达到健康运动的目的。

2  模块设计

2.1  脉搏收集模块

本文选用红外传感器作为信号采集模块，将红外二极管作为传感器的发射部分，红外三极管作为接收部分。红外三极管可以将光信号转化成电信号，并将其放大，与光照强度成正比例关系。

当二极管通过手指传输光信号时，一部分光通过血液反射回来，另一部分被投射过去并被三级管接受。。

将采集得到的信号进行放大处理，放大之后将杂波过滤并将其转化成为有规律的矩形波，输入到STM32中，利用定时器功能即可进行一分钟的测量脉搏数。

2.2  紫外线模块

本文选取GUVA-S10GD传感器，它可以探测的范围为200～370nm，可输出对应紫外线指数的先行电流。其原理大致如下：

外部光被照射到扩散板中，并且光被散射以使其均匀地通过紫外线滤光片。紫外滤光片的紫外光通过荧光转换转化为可见光。半导体探测器是硅光电管。当入射光谱成分保持不变时，光电流与光的强度成正比。由于模块的输出电流很小，需要通过信号调制电路进行转换、滤波、放大，最后输出待处理的标准信号。

STM32微处理器的ADC采用逐次逼近法，其工作原理为当电路启动后，第一个CP将移位寄存器置为100000000000，该数字经DA转换后与输入的模拟电压不断进行比较，直到输出最后的数字量。

2.3  计步器模块

当人体在步行的过程中，大致可以看成有三个分量，即前进方向X轴，垂直方向Z轴，和侧向Y轴，当人体在迈出一步时，人体的重心会先升高后下降，从而产生一个变化的加速度。，为了稳定性能，本文采取三轴合一的方法得到准确数字，即采用2-范数的方法：

将收集到的数据先进行滤波处理，从而得到有效的步数，在系统中设定两个移位寄存器。

2.4  温湿度模块

本文选取DHT11数字传感器作为传感装置。该装置是一款含有已校准数字信号输出的复合传感器。DHT11内部包含两个原件，一个湿度敏感电阻和一个NTC测温元件。当外界温度和湿度变化时，电阻会发生变化。在使用DHT11的时候，需要在输出引脚端加一个上拉电阻。加上上拉电阻不仅可以将不确定信号通过时置为高电平，而且还可以限制电流。

DHT11與为单线双向串行接口，在产生通讯的时候输出的数据为40bit且高为在线。数据由16位湿度数据、16位温度数据和8位校验组成。

3  结束语

本文基于STM32系列单片机，设计脉搏收集模块、紫外线模块、计步器模块和温湿度模块组成。该健康手环可以对人体的脉搏，户外的温度湿度、紫外线强度、行走步数进行测量和提示，基本达到了设计要求。

参考文献：

[1]      晏勇，雷航，周相兵，梁潘.基于三轴加速度传感器的自适应计步器的实现[J].东北师大学报（自然科学版），2016，48（03）：79-83.

[2]      赵玉红. 基于STM32人体脉搏无线监测系统的设计[D].北方工业大学，2015.

[3]      谢延军. 基于STM32的小范围空气质量的监测与预报[D].辽宁科技大学，2015.

[4]      许全君，张奎.便携式太阳光紫外线检测系统设计[J].科技视界，2012（35）： 121-122.

[5]      张祥，蔡景，林海彬，刁海飞.基于STM32的温湿度监测系统设计[J].中国仪器仪表，2013（07）：62-65.