1. 前言
随着移动通信技术的发展，移动互联网日益普及，传统互联网已经在向移动互联网迁移，智能穿戴设备近年来发展的非常迅速，成为一个热点行业，它通过借助传感器，与人体进行信息交互，是一种在新理念下诞生的智能设备，具有广泛的应用领域，并能够根据用户需求不断升级。智能穿戴设备在提高人们生活品质、促进生活方式智能化方面将会起到很重要的作用。
按照主要功能的不同，智能穿戴设备产品可以划分为以下几类：运动健康类、体感交互类、信息资讯类、医疗健康类和综合功能类等，每类设备针对不同的细分市场和消费人群。运动和医疗健康类的设备有运动、体侧腕带及智能手环，主要消费人群为大众消费者；体感控制和综合功能类的设备有智能眼镜等，消费人群以年轻人为主；信息咨询类的设备有智能手表，主要消费人群为大众消费者。从目前来看，医疗和运动健康类设备使用的用户较多。
随着智能穿戴产业竞争日趋激烈，同质化产品现象越来越严重，各类只具备单一功能的智能硬件纷纷开始与其他智能硬件寻求合作。在未来，随着单一领域的智能穿戴产品技术日渐成熟，不同领域和功能诉求的产品会根据用户实际需求在功能上实现互补，从而带来更符合用户需求的智能体验，发展方向也会日渐明确和多元化。
当前采用 STM32 加上各种外设传感器配合蓝牙+手机 APP 设计了一款个人健康监控管理设备，通过 BLE 低功耗蓝牙将采集的传感器数据上传到手机 APP 进行实时显示。
2. 功能总结
主要功能（1）开发板选用 STM32 单片机做数据处理。
（2）开发一款 Android 手机 APP，用来显示蓝牙上传的数据
（3）运用蓝牙来传输数据，将体温传感器、心率脉搏传感器、加速度传感器采集的数据上传到手机上显示。
一般情况下脉搏等于心率，心脏射血沿着血管壁向前流动，形成脉搏。正常人无论大人、小孩、老年人，正常状态下脉搏和心率是一致的。如果有心脏病，因为心脏本身的传导系统有保护作用，心室率不可能和心房率一样，在血管里传导的速度也不一样，脉搏会有时弱，有时强。弱的时候可能感知不到，这种状态下脉搏会少于心率，房颤时心率比脉搏要多一些，所以脉搏不一定完全代表心率。
（4）如果测量的体温值超过警戒值，本地设备上的蜂鸣器就会发出警示提示声音。
需要使用的硬件：
（1）STM32 系统板
（2）体温传感器
（3）陀螺仪传感器
（4）心率脉搏传感器
3. 硬件选型
3.1 MPU6050 陀螺仪
MPU6050 特点：
（1）高性能三轴加速度+三轴陀螺仪的六轴传感器模块 MPU6050 芯片；
（2）可利用自带的数字运动处理器(DMP）硬件加速引擎，通过主 IKC 接口，向应用端输出姿态解算后的数据，使用 InvenSense 公司提供的运动处理资料库，实现姿态解算，降低了运动处理运算对操作系统的负荷同时大大降低了开发难度；
（3）体积小，自带温度传感器；
（4）支持 IIC 从机地址设置和中断；
（5）兼容 3.3V/5V 系统；
3.2 STM32 开发板
3.3 母对母杜邦线
3.4 温度传感器
GY-MCU90615 是一款低成本红外温度模块。工作电压 3-5v 功耗小，体积小。其工作原理， 是通过单片机读取红外温度度数据，串口（TTL 电平）通信方式输出。串口的波特率有 9600bps 与 115200bps 有连续输出与询问输出两种方式，可适应不同的工作环境，与所有的单片机及电脑连接。
通信协议串口发送命令字节：
（1）、串口通信参数（默认波特率值9600 bps，可通过软件设定）波特率：9600 bps 校验位：N 数据位：8 停止位：1
波特率：115200 bps 校验位：N 数据位：8 停止位：1
（2）、模块输入命令，由外部控制器发送至GY-MCU90615模块（十六进制）
1、帧头：0xa5
指令格式：帧头+指令+校验和(8bit)（如自动读取温度指令=0xA5+0x45+0xEA）
2、命令指令：
连续输出指令：0xA5+0x45+0xEA----------------温度数据（模块返回数据类型为0x45）
查询输出指令：
0xA5+0x15+0xBA ---------------温度数据（模块返回数据类型为0x45）
配置指令：(掉电重启后生效)
波特率配置：
0xA5+0xAE+0x53 ---------------9600（默认）
0xA5+0xAF+0x54 ---------------115200
上电是否自动发送温度数据配置：
0xA5+0x51+0xF6---------------上电后自动输出温度数据(默认)
0xA5+0x52+0xF7---------------上电后不自动输出温度数据
通信协议
串口接收：
（1）、串口通信参数（默认波特率值9600 bps，可通过软件设定）
波特率：9600 bps 校验位：N 数据位：8 停止位：1
波特率：115200 bps 校验位：N 数据位：8 停止位：1
（2）、模块输出格式，每帧包含9个字节（十六进制）：
①.Byte0: 0x5A 帧头标志
②.Byte1: 0x5A 帧头标志
③.Byte2: 0X45 本帧数据类型（0X45：温度数据）
④.Byte3: 0x04 数据量（以下4个数据2组为例）
⑤.Byte4: 0x00~0xFF 数据1高8位
⑥.Byte5: 0x00~0xFF 数据1低8位
⑦.Byte6: 0x00~0xFF 数据2高8位
⑧.Byte7: 0x00~0xFF 数据2低8位
⑨.Byte8: 0x00~0xFF 校验和（前面数据累加和，仅留低8位）
（3）、数据计算方法
温度计算方法 ：
温度= 高8位<<8 低8位（结果为实际角度乘以100）
例：发送指令：A5 45 EA ，接收到一帧数据：
<5A- 5A- 45- 04- 0C- 78- 0D- 19- A7 >
表示TO（有符号16bit，表示目标温度）：TO=0x0C78/100=31.92 ℃
表示TA（有符号16bit，表示环境温度）：TO=0x0D19/100=33.53 ℃
使用方法该模块为串口输出数据，使用者通过串口连接后，发送输出指令，例如0xA5+0x45+0xEA给模块，模块将连续输出温度数据；如想通过查询输出可发送0xA5+0x15+0xBA给模块，每发送一次，模块将返回一次温度数据，查询频率应低于10hz，如需高于10hz请使用连续输出模式，即发送0xA5+0x45+0xEA指令；
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3.5 脉搏传感器
PulseSensor 是一款用于脉搏心率测量的光电反射式模拟传感器。将其佩戴于手指、耳垂等处，通过导线连接可将采集到的模拟信号传输给 Arduino 等单片机用来转换为数字信号，再通过 arduino 等单片机简单计算后就可以得到心率数值，此外还可将脉搏波形通过串口上传到电脑显示波形。 PulseSensor 是一款开源硬件， 目前国外官网上已有其对应的 arduino 程序和上位机 Processing 程序， 其适用于心率方面的科学研究和教学演示，也非常适合用于二次开发。
特别提醒：传感器背面是电子元件，请不要用手指直接接触， 以免静电或汗液造成背面器件损坏。 可以在背面粘贴黑色粘扣， 正面粘贴透明膜来保护传感器。
传感器的接口一共 3 个， 如上图红框内所示。 请大家千万不要根据线的颜色来自行推测， 而要根据电路板的背面标识来分辨。红框中的 3 根线，标有 S 的为模拟信号输出线（最左边） ； 标有+的为电源输入线（中间）；标有-的为地线（最右边） 。总结一下：S → 脉搏信号输出（要接单片机 AD 接口）
VCC→ 5v(或 3.3v)电源输入
GND→ GND 地
3.6 PCB 洞洞板
3.7 BLE 低功耗蓝牙模块
4. 上位机程序设计
4.1 开发环境
上位机软件采用 Qt 框架设计，Qt 是一个跨平台的 C++图形用户界面应用程序框架。Qt 是一个 1991 年由 Qt Company 开发的跨平台 C++图形用户界面应用程序开发框架。它既可以开发 GUI 程序，也可用于开发非 GUI 程序，比如控制台工具和服务器。简单来说，QT 可以很轻松的帮你做带界面的软件，甚至不需要你投入很大精力。
QT 官网: https://www.qt.io/
QT5.12.6 的下载地址：https://download.qt.io/archive/qt/5.12/5.12.6/
打开下载链接后选择下面的版本进行下载：
qt-opensource-windows-x86-5.12.6.exe 13-Nov-2019 07:28 3.7G Details
软件安装时断网安装，否则会提示输入账户。
安装的时候，第一个复选框里勾选一个 mingw 32 编译器即可，其他的不管默认就行，直接点击下一步继续安装。
选择 MinGW 32-bit 编译器：
选择 MinGW 32-bit 编译器：
4.2 设计效果
5. STM32 开发
下面只是贴出了原理图的截图，运行效果，部分代码，硬件资料演示视频不好上传，如果需要项目完整的工程、系统原理图、相关的硬件资料，可以在这里去下载：https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/85793557
5.1 硬件接线
本设计的硬件接线说明: （1）BLE低功耗蓝牙模块PA2(TX)--RXD 模块接收脚PA3(RX)--TXD 模块发送脚GND---GND 地VCC---VCC 电源（3.3V）
（2）红外测温模块PB10(TX)--RXD 模块接收脚PB11(RX)--TXD 模块发送脚GND---GND 地VCC---VCC 电源（3.3V）
（3）MPU6050陀螺仪1 VCC 3.3V/5V 电源输入 ---->接3.3V2 GND 地线 --->接GND3 IIC_SDA IIC 通信数据线 -->PB64 IIC_SCL IIC 通信时钟线 -->PB75 MPU_INT 中断输出引脚 ---->未接6 MPU_AD0 IIC 从机地址设置引脚-->未接 AD0引脚说明：ID=0X68(悬空/接 GND) ID=0X69(接 VCC) （4）心率检测模块PA1---心率模块的DAT输出脚GND---GND 地VCC---VCC 电源（3.3V）
（--）板载LED灯:低电平亮LED1--PC13 BEEP2--PC14
（--）板载按键: KEY1--PA0 按下为高电平
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5.2 程序下载
将开发板连接电脑，打开程序下载软件，照着下图的说明进行下载。
5.3 系统原理图
5.4 keil 工程
5.5 功能代码
#include "stm32f10x.h"#include "delay.h"#include "led.h"#include "key.h"#include "sys.h"#include "usart.h"#include <string.h>#include <stdlib.h>#include "timer.h"#include "adc.h"#include "mpu6050.h"
/*---------心率相关的数据值---------------*/extern int IBI; //相邻节拍时间extern int BPM; //心率值 extern int Signal; //原始信号值 extern unsigned char QS; //发现心跳标志
short aacx,aacy,aacz; //加速度传感器原始数据short gyrox,gyroy,gyroz; //陀螺仪原始数据float TO=0; //红外测温温度-目标温度float TA=0; //红外测温温度-物体温度
//蓝牙发送缓冲区u8 BLE_TX_BUFF[100];
/*主函数: 程序执行的入口*/int main(void){ u32 i=0; u8 key_val; u32 wifi_TimeCnt=0; JTAG_Set(); USART1_Init(115200); //串口1的初始化 USART2_Init(9600); //串口-蓝牙 TIMER2_Init(72,20000); //超时时间20ms USART3_Init(9600); //串口-红外线测温模块 TIMER3_Init(36,20000); //超时时间20ms //板载按键初始化 KEY_Init(); //板载LED灯初始化 LED_Init(); //ADC初始化 ADC_Init(); //超时时间2ms TIMER1_Init(72,2000); //初始化MPU6050 while(MPU6050_Init()) { printf("三轴加速度计、陀螺仪初始化失败!\r\n"); DelayMs(1000); }
printf("系统工作正常..\r\n"); while(1) { //板载按键检测 key_val=KEY_GetValue(); if(key_val) { printf("按键按下...\r\n"); } //时间记录 DelayMs(10); wifi_TimeCnt++; if(wifi_TimeCnt>=100) //1000毫秒一次 { wifi_TimeCnt=0; LED1=!LED1; MPU6050_Get_Gyroscope(&gyrox,&gyroy,&gyroz); //得到陀螺仪原始数据 MPU6050_Get_Accelerometer(&aacx,&aacy,&aacz); //得到加速度传感器数据 printf("三轴陀螺仪:x=%d y=%d z=%d\r\n",gyrox,gyroy,gyroz); printf("三轴加速度:x=%d y=%d z=%d\r\n",aacx,aacy,aacz); printf("(心率)BPM=%d\r\n",BPM); //向蓝牙发送数据，发送给上位机 //例如: update,12,13,14,15,20.5 //分别表示:加速度X轴，加速度Y轴，加速度Z轴，心率、体温 sprintf((char*)BLE_TX_BUFF,"update,%d,%d,%d,%d,%f",aacx,aacy,aacz,BPM,TO); USARTx_StringSend(USART2,(char*)BLE_TX_BUFF); }
// 接收蓝牙返回的数据 if(USART2_RX_FLAG) { USART2_RX_BUFFER[USART2_RX_CNT]='\0'; printf("蓝牙收到数据:\r\n"); //向串口打印服务器返回的数据 for(i=0;i<USART2_RX_CNT;i++) { printf("%c",USART2_RX_BUFFER[i]); } USART2_RX_CNT=0; USART2_RX_FLAG=0; } //实时接收红外测温模块收到的数据 if(USART3_RX_FLAG) { printf("\r\n红外测温开始:"); for(i=0;i<USART3_RX_CNT;i++) { printf("%#x ",USART3_RX_BUFFER[i]); } printf("红外测温结束.\r\n"); u8 sum=0,i=0; for(sum=0,i=0;i<(USART3_RX_BUFFER[3]+4);i++) { sum+=USART3_RX_BUFFER[i]; } /*温度计算方法 ：温度=高 8 位<<8|低 8 位（结果为实际角度乘以 100）例：发送指令： A5 45 EA ，接收到一帧数据： <5A- 5A- 45- 04- 0C- 78- 0D- 19- A7 >表示 TO（有符号 16bit，表示目标温度）： TO=0x0C78/100=31.92 ℃表示 TA（有符号 16bit，表示环境温度）： TO=0x0D19/100=33.53 ℃ */ if(sum==USART3_RX_BUFFER[i])//校验和判断 { TO=(float)((USART3_RX_BUFFER[4]<<8)|USART3_RX_BUFFER[5])/100.0; //得到真实温度 TA=(float)((USART3_RX_BUFFER[6]<<8)|USART3_RX_BUFFER[7])/100.0; //得到真实温度 } printf("TO: %f\r\n",TO); printf("TA: %f\r\n",TA); memset(USART3_RX_BUFFER,0,sizeof(USART3_RX_BUFFER)); USART3_RX_CNT=0; USART3_RX_FLAG=0; } } }
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