基于STM32W的老人心率實時監(jiān)測及跌倒檢測系統(tǒng)
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*姿態(tài)角判斷
在三維中間中，我們將人體沒想成一個方塊，利用三軸加速度和重力的關(guān)系，我們可以得到三個姿態(tài)角ρ、θ和φ，如圖4所示。通過判斷姿態(tài)角的變化，得出身體的姿態(tài)變化。
其中：ρ是X軸與水平面間的夾角；θ是Y軸與水平面之間的夾角；φ是Z軸與重力加速度方向間的夾角。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/159444.htm
1．4 硬件組成和設(shè)計
考慮到?jīng)]備的便攜性，我們采用腰掛式，具體的實現(xiàn)方案如下：采用Li-ion電池供電，由于系統(tǒng)的電源是3．3 V，而Li電池的電池電壓范圍為2．5V-4．2 V，所以方案采用TI的TPS63031DC—DC升降壓芯片。
*STM32W芯片采用系統(tǒng)的3．3 V作為主電源，內(nèi)核和存儲區(qū)域的電源有芯片內(nèi)部的穩(wěn)壓器提供；外部時鐘源為24MHz高頻晶體振蕩器和32．768kHz低頻晶體振蕩器；RF使用的是陶瓷天線。
*ECG信號采集采用了織物式電極，兩處電極分別位于被測者的右胸和腹部；電極輸入前端有ESD保護，輸入阻抗匹配；心電數(shù)據(jù)存儲芯片選用AT24C02，2kB的e2PROM。
*三軸加速度傳感器采用的是ADI公司數(shù)字式傳感器ADXL345，超低功耗，分辨率可達到3．9mg／LSB，能夠測量不到1°的傾斜角變化；I2C通信方式。
*采用1．1寸的OLED屏幕顯示系統(tǒng)的狀態(tài)信息，三個功能鍵和一個電源按鍵。
2 軟件設(shè)計
STM32W的開發(fā)是基于EmberZNet協(xié)議棧的，它是ST公司為用戶提供的開發(fā)包，內(nèi)部包含了豐富的API函數(shù)，用戶只需調(diào)用API即可完成相關(guān)功能。EmberZNet應用程序類似于一個操作系統(tǒng)，系統(tǒng)處理所有的模塊程序都是以任務調(diào)度的形式完成，即：監(jiān)控任務(Housekeeping Tasks)。系統(tǒng)主要的任務有：網(wǎng)絡(luò)維護任務和處理器維護任務，后者包括功能按鍵采集任務、心率檢測和備份曲線任務、三軸加速度傳感器數(shù)據(jù)采集任務及跌倒算法任務。
2．1 網(wǎng)絡(luò)維護任務
應用程序中負責管理網(wǎng)絡(luò)相關(guān)性的任務有：檢測網(wǎng)絡(luò)、加入網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)維護。網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖所示，設(shè)備開機工作，在完成初始化以后，必須要加入到既定的家庭網(wǎng)絡(luò)。通過調(diào)用emberStartScan函數(shù)完成信道掃描和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)現(xiàn)，調(diào)用emberScanCompleteHandler函數(shù)查看掃描的成功與否，調(diào)用mberNetworkFoundHandler查看掃描結(jié)果。在加入網(wǎng)絡(luò)之前，需要手動選擇自己家庭的PAN ID。配置相關(guān)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，選擇一個父節(jié)點，然后調(diào)用emberJoinNetwork函數(shù)加入到網(wǎng)絡(luò)。
在加入到網(wǎng)絡(luò)以后，作為移動端設(shè)備的E0是不需要綁定路由的，它必需通過周期性的輪詢(定義為5s)與父節(jié)點保持聯(lián)系，確保自己“在線”。如果周期性的輪詢丟失聯(lián)系，要重新加入網(wǎng)絡(luò)，調(diào)用emberRejoinNetwork函數(shù)。如圖5所示，E0到協(xié)調(diào)器的傳輸路徑可以是1、2或3。
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