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毕业论文-基于STM32单片机的智能手环心率计步器设计.doc
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毕业论文-基于STM32单片机的智能手环心率计步器设计.doc
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基于 STM32 单片机的智能手环心率计步器设计
摘 要
生物医学信号指标与人体的健康息息相关,只有掌握其中规律才能更好的解
决人体的健康问题。随着电子信息技术的发展和医学的不断进步,人们对高精度
便捷式生物医学信号电子检测设备的需求越来越高。而心率和步数又是人体的两
个重要指标,基于此原因,本次毕业设计按照现在发展的需要设计一款基于单片
机的运动监测模块。
本设计由 STM32F103C8T6 单片机核心板电路、ADXL345 传感器电路、心
率传感器电路、温度传感器和 lcd1602 电路组成。通过重力加速度传感器
ADXL345 检测人的状态,计算出走路步数、走路距离和平均速度。过心率传感
器实时检测心率,通过温度传感器检测温度。通过 LCD1602 实时显示步数、距
离和平均速度、心率以及温度值
关键词: STM32 单片机;手环;心率;计步;温度;ADXL345
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目录
第一章 绪论 ....................................................................................................................................3
1.1 课题背景及其意义 ............................................................................................................3
1.2 国内外的研究状况 .......................................................................................................4
1.3 本文的主要研究内容及论文结构安排.............................................................................5
第二章 方案的设计与论证.............................................................................................................6
2.1 控制方案的确定.................................................................................................................6
2.2 控制方式的选择.................................................................................................................6
2.2.1 单片机芯片的选择.................................................................................................6
2.2.2 显示方案的选择......................................................................................................7
2.2.3 倾角传感器的选择..................................................................................................7
2.2.4 心率监测模块选择..................................................................................................7
第三章 硬件电路的设计.................................................................................................................9
3.1 系统的功能分析及体系结构设计.....................................................................................9
3.1.1 系统功能分析..........................................................................................................9
3.1.2 系统总体结构..........................................................................................................9
3.2 模块电路的设计.................................................................................................................9
3.2.1 STM32 单片机核心电路设计.................................................................................9
3.2.2 LCD1602 液晶显示模块电路设计.......................................................................11
3.2.3 ADXL345 倾角传感器模块电路设计..................................................................14
3.2.4 Pulsesensor 脉搏心率传感器模块电路设计 ........................................................16
3.2.5 DS18B20 温度传感器模块电路设计 ...................................................................19
第四章 系统软件设计...................................................................................................................23
4.1 编程语言选择..................................................................................................................23
4.2 单片机程序开发环境.......................................................................................................23
4.3 ARM 软件开发流程.........................................................................................................24
4.4 FlyMcu 程序烧录软件介绍 .............................................................................................25
4.5 PL2303 串口程序烧写模块介绍 .....................................................................................26
4.6 程序流程图 .....................................................................................................................27
第五章 系统焊接与调试...............................................................................................................29
5.1 电路焊接 .........................................................................................................................29
5.2 系统调试 .........................................................................................................................30
5.2.1 系统程序调试.......................................................................................................30
5.2.2 硬件测试................................................................................................................30
5.3 实物测试..................................................................................................................31
致谢 ................................................................................................................................................33
参 考 文 献 ..................................................................................................................................34
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第一章 绪论
1.1 课题背景及其意义
随着社会的发展,人们的物质生活水平日渐提高,人们也越来越关注自己的
健康。计步器作为一种测量仪器,可以计算行走的步数和消耗的能量,所以人们
可以定量的制定运动方案来健身,并根据运行情况来分析人体的健康状况,因而
越发流行。手持式的电子计步器是适应市场需求的设计,使用起来简单方便。
计步器是一种颇受欢迎的日常锻炼进度监控器,可以激励人们挑战自己,增
强体质,帮助瘦身。早期设计利用加重的机械开关检测步伐,并带有一个简单的
计数器。晃动这些装置时,可以听到有一个金属球来回滑动,或者一个摆锤左右
摆动敲击挡块。电子计步器主要组成部分是振动传感器和电子计数器。步行的时
候人的重心会上下移动。以腰部的上下位移最为明显,所以记步器挂在腰带上最
为适宜。所谓的振动传感器其实就是一个平衡锤在上下振动时平衡被破坏使一个
触点能出现通/断动作,由电子计数器完成了主要的记录与显示功能,其他的属
于热量消耗,路程换算均由电路完成。计步器中一般采用一种加速度计来感受外
界的震动。常用的加速度计原理如下:在一段塑料管中密封着一小块磁铁,管外
缠绕着线圈,当塑料管运动时,磁铁由于惯性在管中反向运动,切割线圈,由于
电磁感应,线圈中产生电流,人体运动时,上下起伏的加速度近似为正弦过程,
线圈的输出电流也是正弦波,测量正弦波的频率就可以得出运动的步数,再计算
的出距离。
心率(Heart Rate)是用来描述心动周期的专业术语,是指心脏每分钟跳动
的次数,以第一声音为准。 心率,现代汉语将心率解释为“心脏跳动的频率”。
频率就是在单位时间内,某件事情发生的次数。两种解释合起来就是,心脏在一
定时间内跳动的次数,也就是在一定时间内,心脏跳动快慢的意思。
健康成人的心率为 60~100 次/分,大多数为 60~80 次/分,女性稍快;3 岁
以下的小儿常在 100 次/分以上;老年人偏慢。成人每分钟心率超过 100 次(一
般不超过 160 次/分)或婴幼儿超过 150 次/分者,称为窦性心动过速。常见于正
常人运动、兴奋、激动、吸烟、饮酒和喝浓茶后。也可见于发热、休克、贫血、
甲亢、心力衰竭及应用阿托品、肾上腺素、麻黄素等。如果心率在 160~220 次
/分,常称为阵发性心动过速。心率低于 60 次/分者(一般在 40 次/分以上),称
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为窦性心动过缓。可见于长期从事重体力劳动和运动员;病理性的见于甲状腺机
能低下、颅内压增高、阻塞性黄疸、以及洋地黄、奎尼丁或心得安类药物过量或
中毒。如心率低于 40 次/分,应考虑有房室传导阻滞。
基于此,本设计选择研发一种将步数和心率连接一体的智能手环。
1.2 国内外的研究状况
近年来,全球医疗器械产业快速发展,贸易往来活跃,平均增速达 7%左右,
是同期国民经济增长速度的两倍左右。医疗器械产业作为全球高新技术产业竞争
的焦点领域,其竞争正在向技术、人才、管理、服务、资本、标准等多维度、全
方位拓展。与发达国家相比,我国医疗器械产业基础薄弱,产业链条不完整,整
体竞争力弱,基础产品综合性能和可靠性存在一定差距,部分核心关键技术尚未
掌握,在产业竞争中处于不利地位。医疗器械是典型的高新技术产业,具有高新
技术应用密集、学科交叉广泛、技术集成融合等显著特点,是一个国家前沿技术
发展水平和技术集成应用能力的集中体现,是带动和引领多学科技术发展的重要
引擎。当前,国际医疗器械领域的科技创新高度活跃,电子、信息、网络、材料、
制造、纳米等先进技术的创新成果向医疗器械领域的渗透日益加快,创新产品不
断涌现。但是,由于创新能力薄弱,创新体系不完善,产学研医结合不紧密,我
国医疗器械科技发展水平与发达国家存在较大差距。提高自主创新能力、培育战
略性新兴产业、建设创新型国家的重要阶段,也是进一步深化医药卫生体制改革
的攻坚时期。医疗器械是医疗卫生体系建设的重要基础,具有高度的战略性、带
动性和成长性,其战略地位受到了世界各国的普遍重视,已成为一个国家科技进
步和国民经济现代化水平的重要标志。
单从心率计方面来讲,一般属于心电机的一部分,且常用于医院等一些医疗
机构,专门测量心率的仪器并不多,但随着时代的进步和社会的发展,心率计的
应用也越来越广泛,在病人监控、临床治疗及体育竞赛等方面都有着广泛的应用。
在未来的应用中,心率计也将朝着精度高、轻型化、一体化、可视化、可控化等
适合在家庭和社区条件下使用的方向发展。
计步器最早是由意大利的伦纳德·达芬奇酝酿的,但现存的最早的计步器 是
在 达 芬 奇 之 后 150 年, 即 德 国 1667 年 制 作 的 。 日 本 最 早 的 计 步 器 是 由
Gcn.naiHiraga 在 1755 年制作的。在中世纪和近代,计步器并未被广泛使用,
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因为人们并不清楚它的用途。这说明机器的发明(硬件)不及找到它对人类的用途
(软件)重要。 在日本,计步器已经使用了 40 多年,主要用于体育运动和分析记
录行走步调。1965 年,计步器正式进入日本商用市场,并被命名为 manpo-meter
(manpo 的日语含义是 10000 步)。这是的计步器通常利用摆钟原理作为记步技
术,利用加重的机械开关检测步伐,并带有一个简单的计数器。如果晃动这些装
置,就可以听到有一个金属球来回滑动,或者一个摆钟左右摆动敲响当块。 这
种机械式的计步器早已淡出历史,取而代之的是电子式的计步器
1.3 本文的主要研究内容及论文结构安排
第1章.主要介绍本设计的课题背景及国内外研究状况;
第2章.主要说明系统方案的选择;
第 3 章.主要介绍硬件电路的组成及使用方法;
第 4 章.主要介绍软件设计;
第 5 章.主要介绍硬件调试。
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资源评论
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