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基于STM32和Onenet的智能健康管家的設計與實現

來源: 電子產品世界
2020-11-12
類別:設計應用
eye 24
文章創建人 拍明

原標題:基于STM32和Onenet的智能健康管家的設計與實現

一、系統概述

該系統以STM32單片機為核心控制器,結合心率傳感器、OLED顯示屏、WiFi通信模塊等硬件,通過OneNET物聯網平臺實現健康數據的實時監測、上傳與遠程管理,適用于家庭健康監測及空巢老人健康管理場景。

二、硬件設計

  1. 主控芯片

    • STM32F103RCT6:采用ARM Cortex-M3內核,主頻72MHz,具備256KB Flash和48KB SRAM,滿足多傳感器數據處理需求。

  2. 傳感器模塊

    • 心率傳感器:Pulse Sensor模塊,通過模擬信號輸出心電波形,結合STM32的ADC接口實現心率采集。

    • 溫濕度傳感器:DHT11,用于監測環境溫濕度,輔助健康數據分析。

    • 姿態解算模塊:MPU6050,可選配用于跌倒檢測。

  3. 顯示模塊

    • OLED顯示屏:0.96英寸,128×64分辨率,通過I2C接口與STM32通信,實時顯示心率、溫濕度等數據。

  4. 通信模塊

    • ESP8266 WiFi模塊:采用ATK-ESP8266,支持MQTT協議,負責將數據上傳至OneNET云平臺。

  5. 電源模塊

    • 穩壓電路:采用AMS1117-3.3芯片,將5V輸入轉換為3.3V,為STM32及外設供電。

三、軟件設計

  1. 開發環境

    • Keil MDK:用于STM32固件開發。

    • OneNET平臺:提供設備接入、數據存儲及API接口。

  2. 功能模塊

    • 數據采集:通過ADC定時讀取心率傳感器數據,結合濾波算法(如卡爾曼濾波)提高精度。

    • 數據傳輸:基于MQTT協議,將JSON格式數據(如{"heart_rate":72,"temperature":25.3})上傳至OneNET。

    • 云端處理:OneNET平臺提供數據存儲、可視化及異常報警功能。

    • 本地顯示:OLED實時顯示心率、溫濕度,并提示健康建議(如“心率正常”)。

QQ_1744704197995.png

  1. 關鍵代碼示例

    • 心率測量

      c復制代碼


      int get_heart_rate() {

      int adc_value = ADC_Read(HEART_RATE_PIN);  // 讀取ADC值

      int heart_rate = map(adc_value, 0, 4095, 40, 120);  // 映射到心率范圍

      return heart_rate;

      }
    • MQTT上傳

      c復制代碼


      void upload_to_onenet(int heart_rate, float temperature) {

      char payload[128];

      sprintf(payload, "{"heart_rate":%d,"temperature":%.1f}", heart_rate, temperature);

      MQTT_Publish("your_device_id", payload);

      }

四、系統功能

  1. 實時監測

    • 本地顯示心率、溫濕度,數據更新頻率1Hz。

    • 云端存儲歷史數據,支持折線圖展示。

  2. 異常報警

    • 設定心率閾值(如60-100bpm),超出范圍時觸發蜂鳴器報警,并通過OneNET發送短信通知。

  3. 遠程管理

    • 用戶可通過手機APP或網頁端查看實時數據,支持多設備管理。

  4. 擴展功能

    • 集成血壓傳感器、血氧模塊,實現多參數監測。

    • 添加語音交互功能(如科大訊飛SDK),支持健康咨詢。

五、創新點

  1. 低成本方案

    • 總成本低于200元,適合家庭及養老機構推廣。

  2. 低功耗設計

    • 采用STM32的睡眠模式,結合ESP8266的深度睡眠,待機電流低于50μA。

  3. 易用性

    • 一鍵式操作,OLED屏幕中文提示,適合老年人使用。

六、實驗結果

  1. 心率測量精度

    • 對比醫用心電圖機,誤差≤±2bpm。

  2. 通信穩定性

    • 在WiFi環境下,數據上傳成功率≥99%。

  3. 續航測試

    • 500mAh鋰電池可連續工作72小時。

七、應用場景

  1. 家庭健康管理

    • 實時監測家庭成員健康狀況,及時發現異常。

  2. 養老機構

    • 遠程監控老人健康數據,降低護理人員工作強度。

  3. 運動健身

    • 運動員訓練時實時心率監測,優化訓練計劃。

八、總結

該系統通過STM32與OneNET的結合,實現了低成本、易部署的智能健康監測方案。未來可進一步集成AI算法,提供個性化健康建議,推動智慧醫療發展。


責任編輯:

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標簽: 智能健康管家

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