STM32人体检测(体温、心率、心跳、跌倒检测)+zigbee
笔者前言
在闲鱼有缘结识的一个哥们,帮助做的基于STM32人体检测系统,我负责硬件程序开发设计,哥们负责客户端服务器微信程序的实现,人体检测系统要求将测得数据通过zigbee传输到坏境检测系统中。

系统成品图



模块选用
STM32f103c8t6

0.96 oled IIC 模块

max30100心率血氧模块

mpu-6050模块

人体温度模块 (某宝54元买的价格有点贵哈)


zigbee转串口模块

接线


功能概述
1.跌倒检测
*速度瞬态变化
人体加速度向量幅值SVM和微分加速度幅值的绝对平均值DSVM是区分人体运动状态的重要参量。SVM通过计算加速度幅度表征人体运动的剧烈程度,其值越大表明运动越剧烈。DSVM通过计算SVM的微分绝对值的时间平均表征人体运动状态变化的剧烈程度,其值越大表明运动状态变化越剧烈。其定义为:在动态坐标系下考察SVM和DSVM,可监测人体的运动强度和运动状态变化强度。

*姿态角判断
利用三轴加速度和重力的关系,经过四元运算测量得到 俯仰角、横滚角、航向角

mpu6050驱动上位机测试

判定标准:

SVM正常状态下值是17000左右,当将其加速晃动时,分析得到的安全加速度约在12000~22000之间(模拟测试值,仅供参考),当超出阈值时,5秒内都判定为异常,且板载蓝色LED灯亮。

三轴欧拉偏角大于 40°时 即异常
人体体位的另一个重要特征就是身体的倾角,调查显示,人体处于直立状态时,躯干与重心方向的倾角小于60度;而人体处于水平状态时,倾角接近90度;人体在跌倒时,躯干从直立状态变为接近水平的状态。所以可以将人体倾角值是否大于60度来作为辅助判断跌倒的特征,倾角值可通过倾角传感器获得。


2.人体温度
线性区间温度30—44度/电压2.127–1.193V

获取温度流程:

模块AO输出捕获ADC平均有效值换算成电压值
根据驱动例程提供的数据表,用电压值匹配电阻表
电阻表匹配对应温度值
3.心率血氧浓度
当LED光射向皮肤,透过皮肤组织反射回的光被光敏传感器接受并转换成电信号再经过AD转换成数字信号,简化过程:光–> 电 --> 数字信号。根据官方历程移植代码,中途遇到很多问题,血氧的测量,相比心率血氧测量难度较大而且精度不算太高,寄存器中文描述可参考此链接
程序设计流程如下

先初始化IIC,再初始化血氧模块SPO2_Init()
检查样本,采样获取红外FIFO、红外FIFO 的AC值
对红外FIFO、红外FIFO过滤脉冲值
根据相应的算法 光电容积脉搏波描记法PPG 获取心跳速率、血氧浓度
zigbee发送数据
USART -> zigbee只需要 串口 printf 就可以完成数据的传输
使用该模块前需要配置模块我这里配置的波特率是115200

注意:

温度测量范围是 30-44°,其他范围默认取值为零
心跳有效范围设置为20-300,血氧是百分比值0-100
跌倒标志位【0:正常 1:异常】

代码
main函数代码
#include "adc.h"
  • #include "led.h"
  • #include "oled.h"
  • #include "uart.h"
  • #include "math.h"
  • #include "delay.h"
  • #include "stdio.h"
  • #include "myiic.h"
  • #include "timer3.h"
  • #include "stdlib.h"
  • #include "MAX30100.h"
  • #include "stm32f10x.h"
  • #include "MAX30100_Filters.h"
  • #include "MAX30100_PulseOximeter.h"
  • #include "MAX30100_SpO2Calculator.h"
  • #include "mpu6050.h"
  • #include "inv_mpu.h"
  • #include "inv_mpu_dmp_motion_driver.h"
  • u32 TimingDelay = 0;
  • u16 led_count = 0;
  • float Tempertaure_val=0;                  //体温变量
  • signed short HeartRate_val=0;         //心跳速率
  • u8 SPO2_val = 0;                                //血氧浓度
  • u8 str[20];                                                //字符串缓存
  • _Bool send_flag = 0;                      //发送标志位
  • u8 mpu_flag = 0;                              //人体跌倒检测标志位 标志位1、2任意一个异常 该标志位为1         【1:跌倒,0:正常】
  • _Bool mpu_1_flag = 0;                      //人体跌倒检测标志位1        角度异常标志                【1:异常,0:正常】
  • _Bool mpu_2_flag = 0;                      //人体跌倒检测标志位2        加速度异常标志        【1:异常,0:正常】
  • int SVM;                                                                                        //人体加速度向量幅值SVM和微分加速度幅值的绝对平均值DSVM是区分人体运动状态的重要参量。SVM通过计算加速度幅度表征人体运动的剧烈程度,其值越大表明运动越剧烈。
  • u8 t=0,i=10;
  • int main(void)
  • {
  •         float pitch,roll,yaw;         //欧拉角
  •         short aacx,aacy,aacz;                //加速度传感器原始数据
  •        
  •         SysTick_Config(SystemCoreClock/1000);        //系统定时器初始化 1MHz 每1ms执行一次中断
  •         NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级,2位响应优先级
  •         Delay_Ms(100);                        //等待配置稳定
  •        
  •         /***************第一部分:初始化部分*************/
  •         LED_Init();                                        //板载LED初始化
  •         UART1_Init();                                //打印调试信息,zigbee 发送数据到气象站
  •         OLED_Init();                            //初始化OLED模块-----SCLK接到“B7”脚 SDIN接到“B6”脚
  •         ADC1_Init();                                //初始化ADC用于温度获取-----获取 “A0”ADC值
  •         IIC_Init();                                        //血氧浓度模块IIC-----SCLK接到“B8”脚 SDIN接到“B9”脚
  •         TIM3_Init();                                //每1ms执行一次中断,        RunTime 每1ms加 1
  •         SPO2_Init();                               
  •         MPU_Init();                                        //初始化MPU6050
  •        
  •         Delay_Ms(1000);                        //等待初始化稳定
  •         while(mpu_dmp_init())
  •         {
  •                 //printf("MPU6050 Error");
  •                 Delay_Ms(200);
  •         }
  •         show_interface();                //显示主界面
  •        
  •         /***************第二部分:数据显示更新部分*************/
  •         while(1)
  •         {
  •                 //====心跳血氧====
  •                 POupdate();                                //更新FIFO数据 血氧数据 心率数据
  •                
  •                 //====温度获取====
  •                 Tempertaure_val = get_temp();   //获取人体温度
  •                 show_temp(Tempertaure_val);                //屏幕显示温度
  •                        
  •                 //====MPU6050数据获取====
  •                 if((t%10)==0)
  •                 {
  •                         if(mpu_dmp_get_data(&pitch,&roll,&yaw)==0)
  •                         {
  •                                 MPU_Get_Accelerometer(&aacx,&aacy,&aacz);        //得到加速度传感器数据               
  •                                 SVM = sqrt(pow(aacx,2)+  pow(aacy,2) + pow(aacz,2));       
  •                                 //printf("pitch:%0.1f   roll:%0.1f   yaw:%0.1f   SVM:%u\r\n",fabs(pitch),fabs(roll),fabs(yaw),SVM);
  •                                
  •                                 //分析x、y、z角度的异常判断
  •                                 if( fabs(pitch)>40 || fabs(roll)>40 || fabs(yaw)>40 )//倾斜角度的 【绝对值】 大于40°SVM大于设定的阈值时,即认为摔倒
  •                                         mpu_1_flag = 1;       
  •                                 else
  •                                         mpu_1_flag = 0;
  •                                
  •                                 //分析加速度SVM的异常判断
  •                                 if( SVM>23000 || SVM<12000 )i = 0;
  •                                 i++;
  •                                
  •                                 if( i<=10 )mpu_2_flag = 1;
  •                                 else
  •                                 {
  •                                         i = 10;
  •                                         mpu_2_flag = 0;
  •                                 }
  •                
  •                                 //综合欧拉角、SVM异常判断异常       
  •                                 if( mpu_2_flag || mpu_1_flag )mpu_flag = 1;
  •                                 else mpu_flag = 0;
  •                                
  •                                 show_mpu(mpu_flag);
  •                         }
  •                         t=0;
  •                 }
  •                 t++;
  •                
  •                 //====发送数据====
  •                 if(send_flag)//SysTick_Handler()设置1s发送一次数据
  •                 {
  •                         printf("%0.2f %d %u %u\r\n",Tempertaure_val,HeartRate_val,SPO2_val,mpu_flag);
  •                         send_flag=!send_flag;
  •                 }
  •                
  •                 Delay_Ms(10);
  •         }
  • }
  • /***************系统定时器中断函数*************/
  • void SysTick_Handler(void)
  • {                       
  •         TimingDelay--;                //延时函数所需的变量
  •        
  •         led_count++;                        //每1s发送一次数据
  •         if(led_count>=1000)
  •         {
  •                 led_count=0;
  •                 send_flag=!send_flag;
  •         }
  • }
  • 复制代码
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