計算機原理第二次大作業(yè)

1、智能支撐護腰帶腰椎幫姓名：浩學號：1120181859班級：05961807目錄簡介211.1研發(fā)背景21.2功能. 2選材223硬件原理簡介33.1原理框圖33.2系統(tǒng)組成33.3主要選型依據(jù)33.4性能指標53.5組裝示意圖84軟件原理簡介84.1操選擇84.2軟件流程圖9文案956收獲與體會10參考文獻1011簡介1.1研發(fā)背景隨著人口化和現(xiàn)代人類生活方式的轉變，腰痛人群開始向著化和年輕化發(fā)揮發(fā)展，越來越多的老年人、學生、由于工作要求需要就坐的人群患上了以腰椎間盤突出癥為代表的一系列腰腿疼病癥。由于手術具有風險， 且大部分患者可以通過保守治療使癥狀達到緩解，故保守治療是大多數(shù)人的選擇。在

2、保守治療方案中，佩戴護腰是最具代表性的一個。佩戴護腰能夠對腰椎起到很好的支撐和約束作用，有效減小椎間盤，對緩解病癥具有極大的作用。除此以外，除了有癥狀的患者外，大多數(shù)久坐人群都需要學會保護腰，護腰亦能夠在運動中起到很好的保護作用。的1.2功能通過對用戶需求的調研，結合當前國內(nèi)智能普及率極高的條件，對本功能如下：llll能夠通過云端通信將信號傳輸?shù)蕉ㄖ?APP 進行操作命令；能夠靈活拆卸支撐鋼板、加熱護墊及理療中藥；能夠實現(xiàn)檢測功能，當遇到摔倒等情況自關聯(lián)人；能夠實現(xiàn)溫度檢測、時間、步數(shù)、自動照明等功能。2選材護腰帶基底使用普通運動護腰帶材質，以彈性透氣材料為主，輔以可拆卸的羊絨等保暖材料，其中

3、增加高科技記憶彈條進行支撐，適合癥狀較輕的用戶在運動鍛煉時使用；護腰帶可拆卸支撐鋼板采用符合生理曲度的建模，可以隨意拆卸，適合腰椎突出患者久坐時使用；理療中藥配件可以采用威仙靈、透骨草、乳香、沒藥、海桐皮、花椒、伸筋草等藥材，嚴格按照醫(yī)療標準配置，配合護腰帶加熱功能使用。23硬件原理簡介3.1原理框圖圖 1 智能護腰帶硬件結構框圖3.2系統(tǒng)組成智能護腰帶的硬件系統(tǒng)組成包括微處理器模塊、電源模塊、通信模塊、溫度模塊、運動狀態(tài)模塊、計時與照明模塊。電源部分采用 4.5V 鋰電池和穩(wěn)壓電路為整個護腰帶智能系統(tǒng)提供能源。微處理器采用 STM32F103 作為模塊，負責收集各個模塊的數(shù)據(jù)；運動狀態(tài)模塊選

4、擇六軸傳感器 MPU6050 檢測運動步數(shù)，是否摔倒；通信模塊采用 SIM900A 模塊，將收集到的所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫朔掌?，從而使APP 能檢測到所有數(shù)據(jù)；計時與照明模塊可運動時長，并在日落后自動打開腹前 LED 燈照明。3.3主要選型依據(jù)3.3.1 主控模塊微器主控模塊的功能為：對運動狀態(tài)模塊、溫度模塊、時間模塊收集到的信息進行帶屬于日常使用；驅動 GPRS 通信模塊與云服務端進行信息傳輸。由于護腰，應用時間較長，數(shù)據(jù)量大，因此要求中心處理器的運算效率要高。意法半導體公司的 STM32 系列具有豐富的封裝庫制作功能，且運算速度快，其中中等密度處理器 STM32F103CBT6 擁有最為合適

5、的性能，且成本較低。3圖 2 主控微處理器STM32F103CBT63.3.2 運動狀態(tài)模塊這款智能支撐護腰帶的運動狀態(tài)模塊需要滿足實現(xiàn)、跌倒警報等功能，并通過 GPRS 通信模塊傳送至服務器。在選擇該模塊型號時，需要考慮陀和三軸度計之間的軸間差問題。由于護腰帶要求輕便，所以體積和能耗也是需要考慮的問題。本選用了 MPU6050，作為 Inven Sense 公司制作的全球首個運動軌跡跟蹤于，它有三個用于陀數(shù)字信號輸出的 16 位模數(shù)轉換 ADC 模塊，三個用度計數(shù)字信號輸出的 16 位模數(shù)轉換 ADC 模塊。該款傳感器可以快速捕捉姿態(tài)數(shù)據(jù)，響應時間快。此外 MPU6050 通過 I2C 通口

6、通訊，通訊速率快。MPU6050 姿態(tài)傳感器通過 VDD 引腳進行供電，也是一款低功耗的傳感器。圖 3 運動狀態(tài)模塊 MPU60503.3.3 溫度模塊溫度傳感器的選擇依據(jù)主要是測量范圍，由于本智能腰帶提供加熱理療功能，故溫度區(qū)域主要在 40-60之間。可以采用接觸式電且具有負溫度系數(shù)熱阻電阻 NTC。3.3.4 通信模塊考慮到護腰帶使用場合較多，使用時間長，需要長時間的信號傳輸，所以 GPRS模塊應盡量選擇低功耗、性能穩(wěn)定的新SIM900A 作為 SIMCom 公司推出的新SIM900A 來實現(xiàn)。，工作頻段為 E900MHz 和DCS1800MHz 的 2 頻段/GPRS 模塊，支持多時隙等

7、級和 GPRS 編碼格式 CS-1、CS-2、CS-3、CS-4。性價比高，功能齊全。4圖 4 GPRS 模塊 SIM900A3.4性能指標3.4.1 2STM32 最小系統(tǒng)電路STM32F103CBT6 屬于 ARM 架構處理器，該是為基于高性能、低成本、低功耗的持操應用設計的 32 位 Cortex-M3 內(nèi)核，其時鐘頻率可達 72 MHz，支運行，片內(nèi)帶有 DMA器、輸入輸出接口、USART 接口等，所有的IO 口都能配置成外部中斷。GPRS 無線數(shù)傳需要使用 1 組 USART 接口，包括 2 個IO 口。其性能特征如下：（1） 內(nèi)置 128 KB 可編程 FLASH（2） 具有 3

8、個 USART 串行接口；ROM和 20字節(jié)的片內(nèi) RAM；（3）片上集成 16 通道 12位 ADC；。（4）支持 JTAG接口調試圖 4 STM32F103CBT6模塊管腳及接線圖3.4.2 MPU6050 運動MPU6050 具有 ICC 和 USART 通信，可以輸出 X、Y、Z 三個方向的度 a、5角速度、角度。其性能指標如下：（1）工作電壓 3V6V，工作電流1mA；（2）大小：15.24mm*15.2mm*2mm；（3）測量量程及精度：/s）；度16g（0.01g）、角速度2000/s（0.05（4） 輸出頻率：100Hz/20Hz；（5） 數(shù)據(jù)接口：串口 TTL 電平、IIC。

9、圖 5 MPU6050管腳及接線圖3.4.3 NTC 溫度模塊NTC（Negative Temperature Coefficient）屬于負溫度系數(shù)材料，電阻與溫度成負相關，且成指數(shù)關系。這種材料是由鈷、鐵、鎳、鋅、銅、錳、硅和多重金屬氧化物混合制成的半導體陶瓷。其電阻值隨溫度變化關系式如下：1 1( ) = 其中，RN 是熱敏電阻在 TN 常溫下的標稱阻值、B 是熱敏電阻的重要參數(shù)，式中溫度均指溫度。VCC5.0VR130k溫度R31kC2 0.1uFC10.1FR220k圖 6 NTC 溫度模塊電路圖3.4.4 SIM900A 通信模塊SIM900A 采用省電技術，休眠模式下耗電電流僅

10、1mA。本6嵌入了 TCP-IP協(xié)議，其性能指標如下：（1）通過串口AT 命令和數(shù)據(jù)；（2）數(shù)據(jù)下行傳輸最大 85kbps，上行傳輸最大 42kbps；（3）供電范圍 3.2V-4.4V，溫度范圍-30-80；（4） 支持 1200bps-57600bps 的自動波特率檢測功能調試口；（5） 支持多種接口模式，TTL 串口、RS232 電平串口、1.8V 和 3V 的 SIM卡、I2C、DISP、音頻、天線接口等。圖 7 SIM900A 通信模塊管腳圖 8 TCP-IP 協(xié)議三次握手示意圖73.5組裝示意圖本智能腰帶部分硬件組裝示意圖如下：圖 9 SIM900A 通信模塊組裝結構圖圖 10 系

11、統(tǒng)總體組裝示意圖4軟件原理簡介4.1操選擇本需要智能APP 進行數(shù)據(jù)收集，有較多的功能依賴基于 Android的編程實現(xiàn)，C 語言作為 STM32編程較為清晰簡單。軟件開發(fā)的一種主流語言，功能強大，84.2軟件流程圖圖 11 智能護腰帶軟件流程圖圖 12 跌倒判定軟件流程圖5文案您是否體驗過只能臥床修養(yǎng)的無助？您是否曾因為腰疼腿提前結束學習和工作？您是否知道腰椎間盤突出癥患者的痛苦？如果有，使用我們這款智能支撐護腰帶，幫助您減輕痛苦，恢復正常生活；如果沒有，使用我們這款智能支撐護腰帶，永遠遠離這種痛苦。腰椎幫智能9支撐護腰帶，擁有多重功能，隨意切換形態(tài)，適合所有腰椎病患者和有護腰需求的適齡人群

12、。加上生理曲度支撐鋼板，它是腰椎病患者最的支撐，增大腹腔，保護腰椎不受；加上中藥配件，它是所有需要保養(yǎng)腰部人群的理療幫手，科學調養(yǎng)，長久護腰；開啟加熱功能，它是冬季保暖，從此告別多層棉衣；另外，腰椎幫還具有智能檢測步數(shù)、與溫度功能，摔倒緊急人、天黑動開啟腹前照明燈、合理加熱溫度，為你的腰椎戴上“智能手環(huán)”。作為一款高科技新型，腰椎幫同時擁有醫(yī)療器械備案憑證及實用新型發(fā)明專利，集科學醫(yī)護、運動保護、智能便利于一身，新品勁爆價只要 198 元，快來搶購吧！6收獲與體會在完成本次大作業(yè)的過程中，我查閱了不少資料，構思出了一款實用性較強的。由于我本身患有腰椎間盤突出，是這款的適用人群，所以對功能的期待比較切合實際。這次大作業(yè)讓我深刻認識到我們學習的目的就是為了有能力解決生活中的問題，為人類，哪怕是一小部分人做出貢獻。同時我也對課堂中所學操片中也能發(fā)現(xiàn)、總線、DMA 中斷等概念有了更新的認識，在并不熟悉的芯已學知識的。其中的 TCP-IP 協(xié)議是我最近在計算機課程設計課程中也曾學習過的概念，是我對其功能和應用有了進一步的認識。在今后， 我會更加努力學習課程知識，靈活應用學到的知識，爭取為人類的發(fā)展做出小小的貢奉獻。參考文獻1,丁學用,茍能昊,.基于安卓藍牙的無人小船設計J.中國科技信息,2020(22):92-94.2193.3,.基于 STM32系統(tǒng)中無人機