基于STM32单片机设计的睡眠检测装置.pdf
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1、现代计算机Modern Computer第 29 卷 第 14 期2023 年 7 月 25 日基于STM32单片机设计的睡眠检测装置康楚阳1*,邵乙飞1,陈明蒂2,张景越2,冉志坚2(1.上海工程技术大学机械与汽车工程学院,上海 201620;2.上海工程技术大学材料学院,上海 201620)摘要:随着科技的进步与技术的发展,我们能够通过一些简单的装置和设备来监测身体状态,实时关注身体健康。针对睡眠时可能出现的打鼾情况提出了一种基于STM32单片机的智能止鼾装置。通过单片机驱动系统,对使用者的睡眠情况进行实时监测,通过振动模块的开闭对使用者进行一定程度的止鼾,来让使用者有一个更好的睡眠体验。
2、关键词:STM32;串口通信;睡眠检测文章编号:10071423(2023)14011704DOI:10.3969/j.issn.10071423.2023.14.024收稿日期:20230322修稿日期:20230705基金项目:20222023年度大学生创新项目(CX2224003)作者简介:*通信作者:康楚阳(2001),男,四川成都人,本科生,研究方向为汽车服务工程,Email:;邵乙飞(2002),男,河南新乡人,本科生,研究方向为智能制造工程;陈明蒂(2002),男,广东湛江人,本科生,研究方向为材料成型及控制工程;张景越(2002),男,黑龙江哈尔滨人,本科生,研究方向为材料成型
3、及控制工程;冉志坚(2002),男,贵州铜仁人,本科生,研究方向为材料成型及控制工程0引言随着科技的不断发展与社会的不断进步,健康已经成为人们生活中越来越重视的话题。比如近些年来科技厂商们都在其穿戴设备上添加了关于健康检测的模块。以 Apple Watch 为例,近年来Apple Watch的关注度越来越高,其过半的市占比就可以看出用户的肯定与追捧。第一代 Apple Watch以“高端、奢华”为卖点,不过市场反应不积极、销量一般。其后的第二代、第三代产品逐渐转向以“健康、运动”为卖点,将睡眠检测、运动数据记录以及心率加入其互动系统中,而第四代产品更是将血氧检测加入其中,并为女性用户专门开发了
4、经期检测系统,更加关注呵护用户的健康。可见围绕“科技与健康”这一主题,有相当大的空间进行实践与创新。以此为起点,本项目组通过讨论并阅读相关文章,发现“睡眠问题”也是一个困扰很多人的问题,而打鼾是讨论最多的话题。通过前期制作相关问卷,统计总计200份的问卷调查报告,本项目组认为“打鼾”在某种程度上已经成为现在寝室的一个难题。基于网络上已经出现的相关文献,本项目组在现有算法的基础上进行改进,基于STM32单片机设计了一款睡眠检测装置。1设计方案打鼾是指睡眠中因上呼吸道狭窄使悬雍垂发生振动而发出的鼾声,在日常生活中非常常见。打鼾的原因有很多,上了年纪的人几乎都有打鼾的症状,同时饮酒、吸烟、不恰当的睡
5、眠姿势以及睡眠障碍也会成为打鼾的原因之一。打鼾带来的危害有很多,对于年轻人,可能会出现白天嗜睡、乏力、注意力不集中、头痛、工作能力下降等症状,对于老年人常伴有睡眠呼吸暂停综合征的出现,因此对个人健康有一定的不良影响。资料显示打鼾可以通过采取一 117现代计算机2023年些措施来缓解,比如在打鼾时由他人或外在装置轻推打鼾者,使其改变睡觉时的体位,可使打鼾得到缓解。本文基于STM32F103C8T6这款单片机设计了可以监测穿戴者睡觉时所发出的声音分贝并做出一定振动输出的装置。其中STM32F103C8T6单片机负责将音频检测模块采集的数据处理后数字化,再用该数据与预先设置好的数字范围做对比,如果时
6、间长达30秒及以上,则通过振动马达的输出振动穿戴者的手臂使其翻身,从而达到止鼾的目的。2止鼾装置模块介绍止鼾装置模块如图1所示。声敏传感器分贝档位调节开关放大器触发器声敏传感器图 1装置模块2 2.1 1STMSTM3232单片机单片机STM32单片机是ST公司基于ARM Cortex-M内核开发的32位微控制器,STM32单片机常应用于嵌入式领域,如智能车、无人机、机器人、无线通信、物联网、工业控制等产品。STM32单片机主要包括1个ARM Cortex-M内核、储存器和外设。通过接口与不同的外设进行连接,实现和满足不同的需求与开发。2 2.2 2主控制器主控制器考虑到成本以及装置的运行系统
7、的稳定,项目组采用STM32F103C8T6控制芯片,一款增强型的单片机。内核为 ARM Cortex-M3,最高工作频率为72 Mhz,1.25 MIPS/MHz。片上集成32512 KB的Flash存储器。664 KB的SRAM存储器。2.03.6 V的电源供电和I/O接口的驱动电压。上电复位(POR)、掉电复位(PDR)和可编程的电压探测器(PVD)。拥有 48 个引脚,属于中容量产品。通过GPIO输入协议,将音频检测模块与STM32单片机进行连接。接受音频检测模块并将其数字化,判断其是否在实现所设定的范围内,判定结果后,通过GPIO输出协议,输出脉冲频率。主控制器所实现的原理即通过应用
8、统一的智能化平台,实现各个独立子系统的有机连接,最终形成一个能及时进行信息交换和管控的网络。2 2.3 3音频检测模块音频检测模块该功能模块指的是声音传感器,包括 1个开关指示灯、电位器、信号输出、电源负极、电源正极(3.35 V)和一个电源 LED 指示灯。音频检测模块的作用是对环境声音强度敏感,作为检测周围声音强度的装置。模块在环境声音强度达不到设定阈值时,OUT 输出高电平,当外界环境声音强度超过设定阈值时,模块OUT输出低电平。通过小板数字量输出OUT与STM32F103C8T6直接相连,通过单片机来检测高低电平,由此来检测环境声音。2 2.4 4输出模块输出模块该功能模块指的是振动传
9、感器,包括 1个灵敏度调节电位器、开关信号输出、电源正极3.35 V、电源负极、3.1 mm可锁3.0螺丝。其中需注意的是开关信号指示灯亮时输出低电平、不亮则输出高电平、信号输出的电平接近电源压。振动模块在不振动时,振动开关呈断开状态,输出端输出高电平,绿色指示灯不亮;振动时,振动开关瞬间导通,输出端输出低电平,绿色指示灯亮。因为振动传感器输出端可以与单片机直接相连,通过单片机来检测高低电平,由此来检测环境是否有振动,起到报警作用。2 2.5 5OLEDOLED屏幕显示模块屏幕显示模块该功能是由一块 0.96 寸 OLED 模块组成,OLED是性能优异的新型显示屏,具有功耗低、响应速度快、宽视
10、角、轻薄柔韧等特点。选用0.96寸是考虑到成本因素,该显示屏简单易用、占用接口少。供电为35.5 V,通讯协议:I2C/SPI,分辨率:12864。对于部分单片机编程而言,利用 OLED 屏幕可以使程序内部数据通过代码的编写来显示在OLED屏幕上,方便查找错误。同时在后续设备调试的时候使设备更加美观,使用更加方便。118康楚阳等:基于STM32单片机设计的睡眠检测装置第14期3软件设计软件设计如图2所示。检测输入是否超过设定阈值输出是否图 2设计逻辑3 3.1 1GPIOGPIO原理原理GPIO也称为通用输入/输出,是控制器中最简单也是最重要的配置。一个程序接收到指令然后做出反应,接受指令就是
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