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【STM32项目】- 人体检测（体温、心率、心跳、跌倒检测）

2023-05-16

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。

该文章为基础版本 - 新版本已更新

系统成品图

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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）
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  • zigbee转串口模块
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    接线
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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。
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*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
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mpu6050驱动上位机测试
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判定标准：

  1. 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。

  2. 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。
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2.人体温度

线性区间温度30—44度/电压2.127–1.193V
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获取温度流程：

  1. 模块AO输出捕获ADC平均有效值换算成电压值
  2. 根据驱动例程提供的数据表，用电压值匹配电阻表
  3. 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

  1. 先初始化IIC,再初始化血氧模块SPO2_Init()
  2. 检查样本，采样获取红外FIFO、红外FIFO 的AC值
  3. 对红外FIFO、红外FIFO过滤脉冲值
  4. 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
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注意：

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

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