.4心率血氧程序設(shè)計(jì)這次設(shè)計(jì)用了MAX30102芯片來(lái)采集和記錄人的心率和血氧數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，MAX30102傳感器是通過(guò)IIC這種方式來(lái)和其他設(shè)備通信的。具體操作就是，先把跟IIC數(shù)據(jù)傳輸有關(guān)的引腳設(shè)置好。這就好比給要建的通信橋梁打好地基，讓通信連接能有個(gè)穩(wěn)定的硬件基礎(chǔ)。等引腳都設(shè)置好了，接著就對(duì)IIC進(jìn)行初始化操作，初始化完成后開(kāi)始對(duì)心率和血氧飽和度進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)PPG的周期峰值以及其紅/紅外信號(hào)交流/直流（AC）/DC分量，計(jì)算出SPO2的an/u比值，結(jié)合算法計(jì)算出心率。心率血氧程序設(shè)計(jì)首先對(duì)IIC進(jìn)行初始化，為通信后續(xù)做準(zhǔn)備。然后對(duì)MAX30102的寄存器寫(xiě)入設(shè)置其工作方式等參數(shù)，讀取寄存器確認(rèn)設(shè)置完成，并重新對(duì)MAX30102進(jìn)行初始化，初始化完成，然后從MAX30102的bufferFIFO中讀取原始PPG數(shù)據(jù)，最后運(yùn)用PPG算法將讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算出心率、血氧數(shù)值，返回。模塊程序流程圖如下圖所示。圖4.2數(shù)據(jù)采集模塊程序流程圖4.5液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì)只有按照這個(gè)流程，才能使液晶顯示器正常工作。第一步，寫(xiě)命令控制字，此為液晶顯示屏工作時(shí)的基礎(chǔ)規(guī)則與模式。第二步，在寫(xiě)完命令控制字后，寫(xiě)需要顯示的數(shù)據(jù)。注意，在寫(xiě)命令控制字之前，需要用相應(yīng)的指令來(lái)查詢液晶顯示器的工作狀態(tài)，因?yàn)榭赡茉谝壕э@示器工作之時(shí)處于繁忙狀態(tài)，如果此時(shí)寫(xiě)入控制字和數(shù)據(jù)，將造成工作無(wú)法進(jìn)行以及數(shù)據(jù)錯(cuò)錄。如果檢測(cè)到液晶顯示器工作時(shí)，程序必須要停止并一直等到液晶顯示器顯示工作已完成。當(dāng)收到工作完成的信號(hào)后再寫(xiě)入控制字和數(shù)據(jù)。其液晶顯示模塊程序流程圖如下圖4.3所示。圖4.3液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì)流程圖4.6按鍵設(shè)置程序流程圖按鍵電路是由4個(gè)引腳組成的，其中有2個(gè)引腳的作用是一樣的，所以在連接的時(shí)候，只要接上其中2個(gè)引腳，就能讓按鍵電路正常工作。按鍵電路的工作原理其實(shí)就是去檢測(cè)電平是變高還是變低。當(dāng)按下按鍵，單片機(jī)上引腳的IO口就會(huì)出現(xiàn)低電平。一旦單片機(jī)IO口的電平特性發(fā)生了變化，對(duì)應(yīng)的按鍵功能就會(huì)被觸發(fā)。在設(shè)置按鍵的程序里，會(huì)先看按鍵有沒(méi)有被按下。要是沒(méi)按下，那就繼續(xù)檢測(cè)；要是按下了，程序就會(huì)到按鍵設(shè)置函數(shù)里去執(zhí)行相應(yīng)的操作。函數(shù)里進(jìn)一步判斷是“設(shè)置加減”還是“清除”等，做出相應(yīng)動(dòng)作后，更改液晶的內(nèi)容，最后程序返回繼續(xù)檢測(cè)按鍵。其按鍵設(shè)置流程圖如下圖4.4所示。圖4.4按鍵設(shè)置流程圖4.7DS18B20溫度采集程序流程圖DS18B20獲取溫度是這樣一個(gè)流程：一開(kāi)始，DS18B20會(huì)得到溫度數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是以BCD碼的形式存在的。得到BCD碼溫度數(shù)據(jù)后，就得進(jìn)行轉(zhuǎn)換操作。轉(zhuǎn)換完輸出的溫度數(shù)據(jù)是十進(jìn)制數(shù)，不過(guò)這有個(gè)特點(diǎn)，輸出的數(shù)里沒(méi)有小數(shù)點(diǎn)。輸出的這個(gè)十進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)，其實(shí)是實(shí)際溫度數(shù)值的一百倍，其步驟如下：初始化函數(shù)識(shí)別溫度傳感器的溫度數(shù)計(jì)算實(shí)際溫度值在測(cè)量溫度時(shí)，如果測(cè)量得到的數(shù)值大于0，那實(shí)際的溫度是多少呢？只要把測(cè)量得到的數(shù)值乘以0.0625就能算出來(lái)，但測(cè)量得到的數(shù)值小于0，就得多做幾步操作。先把測(cè)量得到的數(shù)值取反，然后再加1，得到一個(gè)新的結(jié)果。最后，把這個(gè)新結(jié)果乘以0.0625，這樣就能算出實(shí)際的溫度。圖4.5溫度采集流程圖4.8DS1302時(shí)鐘程序流程圖時(shí)鐘程序從“開(kāi)始”運(yùn)行，先初始化并清零程序變量以保障下次穩(wěn)定運(yùn)行。接著關(guān)閉DS1302的寫(xiě)保護(hù)，關(guān)閉復(fù)位后開(kāi)始寫(xiě)入操作，先寫(xiě)入地址，延時(shí)后寫(xiě)入數(shù)據(jù)，地址加1并判斷數(shù)據(jù)是否寫(xiě)完，未寫(xiě)完則重復(fù)地址寫(xiě)入、延時(shí)、寫(xiě)入數(shù)據(jù)和地址加1的操作。數(shù)據(jù)寫(xiě)完后進(jìn)入讀程序，再次關(guān)閉復(fù)位，寫(xiě)入DS1302地址，延時(shí)后讀取數(shù)據(jù)，地址加1并判斷數(shù)據(jù)是否讀完。如沒(méi)讀完，再次重復(fù)執(zhí)行寫(xiě)的操作。讀取完畢后，程序?qū)⒆x取到的數(shù)據(jù)輸出。DS1302時(shí)鐘程序流程圖如下所示。圖4.6時(shí)鐘程序流程圖4.9蜂鳴器報(bào)警程序流程圖報(bào)警電路采用蜂鳴器實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。蜂鳴器與家用電氣中的喇叭在使用特性上存在相似之處，其正常工作所需電流相對(duì)較大，普通電路中的TTL電平通常難以直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作，因而需要增設(shè)一個(gè)電流放大電路。這是因?yàn)閱蝹€(gè)管腳輸出的電流不足以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，所以在電路中增加了一個(gè)三極管，以此增大通過(guò)蜂鳴器的電流。具體連接方式為，將蜂鳴器正極連接至三極管。為防止三極管在無(wú)控制信號(hào)時(shí)意外導(dǎo)通，在電路中串聯(lián)了一個(gè)1K的限流電阻。電路由單片機(jī)IO口輸出電平控制，IO口輸出高電平，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器形成電流通路發(fā)聲；輸出低電平，三極管截止。蜂鳴器因無(wú)電流通過(guò)而不發(fā)聲。報(bào)警電路的工作流程可參考如圖所示的流程圖。圖4.7報(bào)警流程圖4.10ADXL345程序流程圖這里采用ADXL345三軸傳感器對(duì)當(dāng)前步數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。ADXL345有兩種通訊方式，經(jīng)過(guò)對(duì)比，我們采用IIC通訊方式?；趩纹瑱C(jī)的智能健康監(jiān)測(cè)手環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)ADXL345程序首先對(duì)STM32相應(yīng)管腳進(jìn)行初始化，配置管腳功能，為與外部通訊做準(zhǔn)備；之后對(duì)ADXL345初始化，裝配工作方式等；隨后，單片機(jī)寫(xiě)入起始信號(hào)，開(kāi)始通訊，同時(shí)寫(xiě)入停止信號(hào)，結(jié)束通訊，并接收應(yīng)答，若應(yīng)答為有效指令，則步數(shù)加一；最后，程序返回繼續(xù)循環(huán)上述過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)位移的監(jiān)測(cè)與計(jì)數(shù)。圖4.8ADXL345程序流程圖4.11GPS流程圖先由STM32單片機(jī)配置并初始化串口引腳，選波特率開(kāi)啟串口功能，通信前留延遲后采集信息。本設(shè)計(jì)多串口同時(shí)用，有對(duì)應(yīng)連接分配。采集后使能串口時(shí)鐘，設(shè)置GPIO工作方式，完成GPS數(shù)據(jù)采集前期準(zhǔn)備。GPS數(shù)據(jù)采集的流程能在圖4.9里看到。GPS能獲取當(dāng)前所在位置的經(jīng)緯度信息，然后通過(guò)txd引腳把這些信息發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)再把經(jīng)緯度的具體數(shù)值解析出來(lái)。具體的工作流程是這樣：先對(duì)GPS串口進(jìn)行初始化設(shè)置。等初始化結(jié)束后，單片機(jī)就開(kāi)始接收GPS傳來(lái)的數(shù)據(jù)，接著把這些數(shù)據(jù)存到緩存區(qū)里，方便之后對(duì)數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的解析處理。GPS串口初始化流程如圖4.10所示。圖4.9GPS數(shù)據(jù)采集流程圖圖4.10GPS串口初始化流程圖4.12藍(lán)牙程序流程圖本設(shè)計(jì)選擇HC-05藍(lán)牙模塊與單片機(jī)要建立通信，當(dāng)HC-05接通電源后，它模塊上的LED燈就會(huì)一閃一閃的。在這時(shí)，藍(lán)牙模塊也跟著通電開(kāi)始工作。這個(gè)藍(lán)牙模塊主要靠串口來(lái)傳送數(shù)據(jù)，初始化時(shí)設(shè)定顯示內(nèi)容包括intuc_code_Init1[]="WELCOME";延時(shí)voidHC-05delay(uintz);時(shí)間控制函數(shù)；延時(shí)結(jié)束后，通過(guò)voidRART_com(uchardart)；函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)入為下一步通信做準(zhǔn)備，寫(xiě)數(shù)據(jù)voidwrite_data(uchardata)；初始化voidhc-05（void）；for(i=0;i<8;i++){write_data(Init1[i]);}讀取字節(jié)，最后，用戶操作手機(jī)端點(diǎn)擊搜索位于有效范圍內(nèi)的設(shè)備，系統(tǒng)自動(dòng)搜索周邊藍(lán)牙設(shè)備。其中，設(shè)備名默認(rèn)為“JDY-31-SPP”。單片機(jī)與手機(jī)配對(duì)時(shí)，用戶可雙擊設(shè)備或右鍵選“添加藍(lán)牙設(shè)備”，系統(tǒng)提示輸入默認(rèn)密碼“1234”，點(diǎn)擊“下一步”即可，如果輸入口令無(wú)誤，單片機(jī)與手機(jī)就可以通信。通信成功后，手機(jī)端設(shè)置波特率9600，手機(jī)顯示界面就可以顯示經(jīng)緯度和時(shí)間。具體流程如圖4.1所示。圖4.11HC-05藍(lán)牙通信配對(duì)流程圖第5章整體系統(tǒng)調(diào)試5.1實(shí)物展示實(shí)物如圖5.1所示，實(shí)物以STM32單片機(jī)為核心，溫度、心率、三軸、GPS、按鍵模塊相互連接，在OLED上讀寫(xiě)數(shù)據(jù)并且實(shí)時(shí)的顯示，藍(lán)牙模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)向APP發(fā)送，遠(yuǎn)程可以監(jiān)測(cè)。有異常情況發(fā)生時(shí)可以快速反應(yīng)：如果心率高或者低時(shí)，手環(huán)提醒，向APP發(fā)送預(yù)警消息；如果體溫超過(guò)正常的范圍，及時(shí)提醒，便于使用者留心觀察，為使用者的健康有保障。圖5.1實(shí)物圖5.2系統(tǒng)功能測(cè)試5.2.1溫度調(diào)節(jié)功能測(cè)試在使用智能健康監(jiān)測(cè)手環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)溫度調(diào)節(jié)功能進(jìn)行測(cè)試時(shí),溫度傳感器持續(xù)不斷地收集人體體表溫度或者環(huán)境溫度信息，所獲取的溫度數(shù)據(jù)會(huì)即時(shí)傳遞至主控芯片,主控芯片會(huì)設(shè)定好溫度閾值,一旦監(jiān)測(cè)到的溫度超過(guò)溫度閾值,主控芯片會(huì)執(zhí)行控制指令，同時(shí)OLED屏幕顯示當(dāng)前溫度值和溫度變化趨勢(shì),幫助用戶了解當(dāng)前溫度情況。當(dāng)溫度調(diào)節(jié)功能進(jìn)行干預(yù)后,溫度降低至正常設(shè)定值時(shí),主控芯片會(huì)控制停止工作,重新返回到先前監(jiān)控狀態(tài)。觀察OLED屏上溫度的變化情況,判斷數(shù)據(jù)采集、處理是否準(zhǔn)確。溫度數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙模塊同步至手機(jī)APP,用戶可以遠(yuǎn)程監(jiān)控溫度數(shù)據(jù)。通過(guò)設(shè)定不同的溫度場(chǎng)景反復(fù)測(cè)試溫度調(diào)節(jié)功能的相應(yīng)時(shí)間,保證手環(huán)溫度監(jiān)測(cè)功能的準(zhǔn)確性,為用戶服務(wù)。圖5.2溫度調(diào)節(jié)功能測(cè)試5.2.2心率血氧調(diào)節(jié)功能測(cè)試測(cè)試者進(jìn)行不同強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)(慢走、慢跑、快走、奔跑、站立狀態(tài))，心率血氧傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量和傳輸，心率數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線信號(hào)傳輸至主控芯片STM32中，模擬人體在不同運(yùn)動(dòng)和生理狀態(tài)時(shí)的心率變化。當(dāng)心率超過(guò)設(shè)定上下限，心率控制模塊作出反應(yīng)(震動(dòng)模塊、提示消息模塊)，模擬心率調(diào)節(jié)(震動(dòng)提醒)，待心率回到正常安全范圍內(nèi)后，結(jié)束響應(yīng)。同時(shí)OLED屏顯示心率數(shù)字變化，直觀、清晰、可視，心率數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙模組同步至手機(jī)端APP以供了解自己的心率狀況。在測(cè)試者進(jìn)行不同強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)時(shí)，心率測(cè)量模塊通過(guò)心率血氧傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量和傳輸，心率變化OLED屏顯示，當(dāng)心率超過(guò)設(shè)定的上下限后，提示消息模塊啟動(dòng)(指示燈亮起)。圖5.3心率血氧功能測(cè)試圖5.4超過(guò)閾值報(bào)警5.2.3GPS步數(shù)測(cè)試對(duì)GPS步數(shù)測(cè)試：模擬步行情景，用GPS模塊統(tǒng)計(jì)步數(shù)。步數(shù)測(cè)試時(shí)，測(cè)試者帶著裝載GPS的模塊，行走于室內(nèi)不同的場(chǎng)景（如自己家、校園、公園等），室內(nèi)可劃定固定的路線，室外可選取操場(chǎng)跑道、街道等場(chǎng)景。GPS模塊統(tǒng)計(jì)步數(shù)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳輸給STM32主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，并在OLED上顯示。同時(shí)步數(shù)測(cè)試時(shí)采用高精度計(jì)數(shù)器作為標(biāo)準(zhǔn)參照物，計(jì)算該過(guò)程中GPS模塊統(tǒng)計(jì)出的步數(shù)，與計(jì)數(shù)器測(cè)量的步數(shù)偏差，若出現(xiàn)步數(shù)統(tǒng)計(jì)偏差較大的情況，分析這種偏差是GPS信號(hào)的干擾還是算法的問(wèn)題，或是其他的原因，以便下一步優(yōu)化改進(jìn)。圖5.5GPS步數(shù)測(cè)試5.2.4藍(lán)牙連接測(cè)試藍(lán)牙連接測(cè)試在智能健康監(jiān)測(cè)手環(huán)與手機(jī)APP連接時(shí)，需先打開(kāi)手環(huán)與手機(jī)的藍(lán)牙功能，使手環(huán)處于可被外界設(shè)備搜索狀態(tài)，再打開(kāi)手機(jī)APP，在APP內(nèi)打開(kāi)搜索周邊藍(lán)牙設(shè)備，在搜索結(jié)果中找到手環(huán)名稱(chēng)“JPY-31-SPP”，點(diǎn)擊連接。連接時(shí)，觀察OLED屏幕上有沒(méi)有連接狀態(tài)的信息；連接成功后，測(cè)試發(fā)送數(shù)據(jù)功能，測(cè)試數(shù)據(jù)為心率及步數(shù)等一些健康數(shù)據(jù)，觀察數(shù)據(jù)有沒(méi)有準(zhǔn)確及時(shí)的發(fā)送；測(cè)試APP對(duì)智能手環(huán)的控制功能，觀察對(duì)手環(huán)屏幕顯示、功能開(kāi)關(guān)等是否能正常響應(yīng)；測(cè)試不同場(chǎng)景下的藍(lán)牙連接穩(wěn)定性，如在較遠(yuǎn)距離、有信號(hào)干擾等，觀察藍(lán)牙連接是否中斷，若中斷，是否能自動(dòng)重連，手動(dòng)快速重連。圖5.6藍(lán)牙連接測(cè)試第6章結(jié)論6.1總結(jié)本課題基于現(xiàn)代傳感技術(shù)和控制技術(shù)，利用STM32建立健康監(jiān)測(cè)手環(huán)系統(tǒng)，對(duì)使用者的健康和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，包括體溫、脈搏、三軸、GPS和藍(lán)牙等傳感器的運(yùn)用，基于重要健康數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)采集的即時(shí)數(shù)據(jù)分析和處理為使用者健康管理計(jì)劃提供重要依據(jù)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中，主控芯片采用STM32單片機(jī)，在數(shù)據(jù)處理和功能控制過(guò)程中發(fā)揮強(qiáng)大的處理和控制能力，OLED顯示屏將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在顯示屏上，為用戶提供直觀的數(shù)據(jù)信息，藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊實(shí)現(xiàn)手環(huán)與手機(jī)APP的交互通信。如果發(fā)生異常情況時(shí)，系統(tǒng)按照設(shè)定的邏輯自動(dòng)進(jìn)行提醒和調(diào)整。心率、溫度、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)發(fā)生異常時(shí)，都能夠給出響應(yīng)，保證健康安全。并且相互之間協(xié)調(diào)工作，提高監(jiān)測(cè)的有效性。6.2展望未來(lái)以STM32為基礎(chǔ)的智能健康手環(huán)系統(tǒng)還具有許多改進(jìn)的空間，一方面是進(jìn)一步提高系統(tǒng)的智能性，增加新的傳感器，如血壓傳感器、血氧傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)人體多角度健康監(jiān)測(cè)，通過(guò)人工智能算法，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，提前預(yù)防健康狀況不佳的危險(xiǎn)因素，并提出個(gè)性化建議。從另一個(gè)角度來(lái)看，得把APP里信息的展示效果提升，同時(shí)增強(qiáng)與用戶的互動(dòng)。具體來(lái)說(shuō)，要重新設(shè)計(jì)APP的交互部分，讓數(shù)據(jù)能清楚、直觀地呈現(xiàn)給用戶，一眼就能看明白。還要和醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)平臺(tái)更緊密地合作，利用物聯(lián)網(wǎng)（IOT）技術(shù)，把數(shù)據(jù)打通共享。通過(guò)這些做法，能營(yíng)造出一個(gè)更有利于健康的環(huán)境，讓更多的智能健康監(jiān)測(cè)手環(huán)能真正發(fā)揮出最大作用，為人們的健康管理提供有力幫助。

參考文獻(xiàn)鄧詩(shī)音,楊元.基于知識(shí)圖譜的中國(guó)適老化產(chǎn)品及服務(wù)設(shè)計(jì)研究綜述[J].湖南包裝,2024,39(03):137-141.劉歡歡,孟虎,王朝暉.適老化智能可穿戴設(shè)計(jì)研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J].紡織學(xué)報(bào),2024,45(03):236-243.黃文靜,盧雨博,杜雨靜,等.基于STM32的老人健康手環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].山西電子技術(shù),2023,(06):5-7+60.郭子琦.基于STM32的智能健康手環(huán)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2024,14(02):125-128.梁成功,崔夢(mèng)瑜,邊鑫榮,等.基于STM32單片機(jī)的智能手環(huán)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2024,(22):32-35.葉爽,李長(zhǎng)旺.基于STM32單片機(jī)的智能醫(yī)療手環(huán)的設(shè)計(jì)[J].微型計(jì)算機(jī),2024,(11):13-15.曾貴苓,葉素娣,王蘋(píng).基于STM32單片機(jī)的智能手環(huán)設(shè)計(jì)[J].西安文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2023,26(03):72-76.AakeshU,RajasekaranY,JanneyB.WristbandforElderlyIndividuals:Esp-32andArduinoNanoEnabledSolutionforHealthMonitoringandTracking[C].2023IEEEAsia-PacificConferenceonGeoscience,Electronic