基于大數(shù)據(jù)的智能兒童監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目錄TOC\o"1-3"\h\u10057第1章緒論 1325511.1研究目的及意義 1163161.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1232641.3主要研究?jī)?nèi)容 34730第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 5126892.1設(shè)計(jì)方案 581402.2功能需求分析 5233082.2.1技術(shù)路線： 577172.2.2預(yù)期結(jié)果： 587652.3總體方案設(shè)計(jì) 6271372.4單片機(jī)型號(hào)選擇 687042.5無(wú)線通信模塊的選擇與介紹 7270872.5.1幾種不同通信技術(shù)的比較 7107302.5.2藍(lán)牙介紹 8118222.6AltiumDesigner軟件 8292042.7C語(yǔ)言介紹 963982.8keil介紹 924158第3章硬件設(shè)計(jì) 10271583.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 10217143.2系統(tǒng)的主要功能模塊設(shè)計(jì) 10180863.2.1超聲波測(cè)距模塊設(shè)計(jì) 1020543.2.2顯示模塊設(shè)計(jì) 11144643.2.3語(yǔ)音合成模塊設(shè)計(jì) 12239883.2.4重力傳感器模塊設(shè)計(jì) 12196843.2.5藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì) 1368773.3設(shè)計(jì)要點(diǎn) 1430345第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 1526064.1軟件主流程圖 15135504.2超聲波測(cè)距模塊的軟件設(shè)計(jì) 16139664.3重力傳感器軟件的設(shè)計(jì) 17213104.4顯示模塊的軟件設(shè)計(jì) 18253274.5藍(lán)牙通信模塊軟件的設(shè)計(jì) 18254194.6大數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì) 1929149第5章系統(tǒng)測(cè)試 21321065.1系統(tǒng)實(shí)物圖 21169975.2測(cè)試原理 2121567第6章總結(jié)與展望 27300196.1總結(jié) 27255176.2展望 2725727參考文獻(xiàn) 2831882致謝 29 第1章緒論1.1研究目的及意義隨著醫(yī)學(xué)的進(jìn)步，許??多過(guò)去??被視為??小問(wèn)題??的現(xiàn)象??逐漸被??擺在大??眾面前??。比如??孩子的??健康的??身高體??重比例??，當(dāng)下??社會(huì)，??許多家??長(zhǎng)因?yàn)??工作原??因忽略??了孩子??的健康??問(wèn)題，??導(dǎo)致出??現(xiàn)很多??兒童身??高體重??比例失??調(diào)現(xiàn)象??，依舊??有許多??家長(zhǎng)都??對(duì)此不??以為意??，把超??重，偏??胖看作??是孩子??健康的??表現(xiàn)，??其實(shí)不??是這樣??，肥胖??也會(huì)導(dǎo)??致一些??慢性病??發(fā)病率??增高。??研究顯??示肥胖??兒童更??容易患??脂肪肝??、高血??壓、冠??心病等??疾病，??兒童肥??胖還會(huì)??導(dǎo)致脂??肪代謝??異常、??糖代謝??異常，??這也是??兒童糖??尿病的??早期表??現(xiàn)。此??外肥胖??對(duì)于青??少年心??理也會(huì)??產(chǎn)生很??大的影??響，不??僅如此??兒童肥??胖的患??病危險(xiǎn)因素也會(huì)延續(xù)至成年期。因此，針對(duì)以上闡述，??有必要??研究一??款基于??大數(shù)據(jù)??的智能??兒童健??康監(jiān)測(cè)??與分析??系統(tǒng)，??根據(jù)下??位機(jī)接??收到的??兒童身??體的各??項(xiàng)數(shù)據(jù)??，同時(shí)??上位機(jī)??接收下??位機(jī)檢??測(cè)到的??參數(shù)，??顯示，??并記入??數(shù)據(jù)庫(kù)??，即可??查看兒??童身高??體重成??長(zhǎng)記錄??，還可??設(shè)定各??個(gè)年齡??的健康??的身高??體重范??圍，并??能檢測(cè)??出兒童??當(dāng)前身??高在當(dāng)??前年齡??段的狀??態(tài)，進(jìn)??行語(yǔ)音??提示。??有利于??提升家??長(zhǎng)對(duì)孩??子身體??狀況的??了解，??同時(shí)能??夠提前??防范兒??童肥胖??癥的產(chǎn)??生，降??低因肥??胖導(dǎo)致的慢性疾病的發(fā)病率。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)在這個(gè)領(lǐng)域做了諸多努力。當(dāng)在國(guó)內(nèi)，隨著生活水??平的提??高，物??質(zhì)生活??已經(jīng)非??常滿意??，當(dāng)下??社會(huì)，??許多家??長(zhǎng)因?yàn)??工作原??因忽略??了孩子??的健康??問(wèn)題，??導(dǎo)致出??現(xiàn)很多??兒童身??高體重??比例失??調(diào)現(xiàn)象??，依舊??有許多??家長(zhǎng)都??對(duì)此不??以為意??，把超??重，偏??胖看作??是孩子??健康的??表現(xiàn)，??其實(shí)不??是這樣??，肥胖??也會(huì)導(dǎo)??致一些??慢性病??發(fā)病率??增高。??體重和??身高作??為衡量??健康的??重要指??標(biāo)，我??們需要??一種能??夠快速??便捷的??測(cè)量身??高和體??重，并??計(jì)算出??身高體??重比的??設(shè)備。??設(shè)計(jì)通??過(guò)超聲??波測(cè)距??電路和??稱重模??塊獲得??兒童的??身高和??體重?cái)?shù)??據(jù)，S??TM3??2將身??高和體??重?cái)?shù)據(jù)??通過(guò)藍(lán)??牙串口??通信模??塊無(wú)線??透?jìng)鹘o用戶手機(jī)APP端，可記錄兒童成長(zhǎng)情況。據(jù)來(lái)自英國(guó)《醫(yī)學(xué)雜志??》網(wǎng)的??一篇文??章報(bào)道??，瑞典??大學(xué)卡??羅林斯??卡醫(yī)學(xué)??院研究??人員發(fā)??明一種??治療兒??童肥胖??的新儀??器。與??傳統(tǒng)辦??法相比??，新儀??器效果??更加顯??著。這??臺(tái)名為??“Ma??ndo??met??er”??的儀器??是一臺(tái)??隨身電??腦體重??計(jì)，M??and??ome??ter??由兩部??分組成??：一個(gè)??底部帶??電子秤??的盤(pán)子??，以及??一個(gè)小??型的電??腦屏幕??。屏幕??會(huì)用圖??形顯示??盤(pán)子上??的食物??，并且??隨著進(jìn)??食速度??讓圖形??逐一消??失。在使用??者吃飯??的同時(shí)??，這臺(tái)??儀器可??以實(shí)時(shí)??顯示體??重增加??的數(shù)字??，從而??提醒肥??胖人群??少吃或??細(xì)嚼慢??咽。這??臺(tái)儀器??還可以??提供盤(pán)??子里食??物消失??速度的??圖表，??并配以??醫(yī)生建??議的合理速度加以比較。2023年，邢婕在《兒??童發(fā)育??監(jiān)測(cè)和??篩查在??兒童保??健中的??應(yīng)用探??討》中??談到新??生兒接??受常規(guī)??兒童保??健干預(yù)??、兒童??發(fā)育監(jiān)??測(cè)和篩??查在兒??童保健??中的應(yīng)??用效果??。方法??選取??201??9年1??—12??月天津??市永久??醫(yī)院產(chǎn)??科出生??的新生??兒10??0例作??為本次??研究對(duì)??象，依??據(jù)隨機(jī)??數(shù)字表??法分為??研究組??和對(duì)照??組各5??0例，??對(duì)照組??新生兒??接受常??規(guī)兒童??保健干??預(yù)，研??究組新??生兒在??對(duì)照組??基礎(chǔ)上??增加發(fā)??育監(jiān)測(cè)??和篩查??服務(wù)，??觀察比??較兩組??兒童的??發(fā)育情??況、家??長(zhǎng)對(duì)兒??保工作??的護(hù)理??滿意率??以及對(duì)??兒童保??健知識(shí)??的了解??程度。??結(jié)果??研究組??兒童身??高、體??重、智??力發(fā)育??指數(shù)、??心理運(yùn)??動(dòng)發(fā)育??指數(shù)優(yōu)??于對(duì)照??組，差??異均有??統(tǒng)計(jì)學(xué)??意義（??P＜0??.05??）。研??究組家??長(zhǎng)對(duì)兒??童保健??工作的??總滿意??率為9??6.0??0%，??高于對(duì)??照組的??84.??00%??，差異??有統(tǒng)計(jì)??學(xué)意義??（χ~??2=4??.00??00??,P＜??0.0??5）。??研究組??家長(zhǎng)對(duì)??兒童保??健知識(shí)??的知曉??率為9??2.0??0%，??高于對(duì)??照組的??78.??00%??，差異??有統(tǒng)計(jì)??學(xué)意義??（χ~??2=3??.84??31??,P＜??0.0??5）REF_Ref12915\r\h[1]。??結(jié)論??兒童發(fā)??育監(jiān)測(cè)??和篩查??是兒童??保健中??具有重??要意義??的一項(xiàng)??工作，??對(duì)兒童??的發(fā)育??可以有??更加科??學(xué)的了??解，并??積極采??用合理??的方式??進(jìn)行早??期干預(yù)??，促進(jìn)??兒童健??康成長(zhǎng)??，同時(shí)??家長(zhǎng)對(duì)??兒童保??健的了??解程度??也明顯??提升，??有利于??家庭養(yǎng)育技能的提高。2021年，高翔，龔道慶在《無(wú)??線感應(yīng)??技術(shù)在??兒童醫(yī)??療健康??監(jiān)測(cè)中??的研究??進(jìn)展》??中談到??在過(guò)去??的數(shù)1??0年間??,科技??進(jìn)步使??人們的??生活方??式發(fā)生??了巨大??變化。??隨著人??員流動(dòng)??需求的??不斷增??加,對(duì)??病人遠(yuǎn)??程監(jiān)測(cè)??的需求??也隨之??增加REF_Ref22319\r\h[2-6]。??醫(yī)學(xué)的??發(fā)展也??對(duì)遠(yuǎn)程??監(jiān)測(cè)患??者活動(dòng)??提出了??新的要??求,以??便在需??要時(shí)為??患者提??供醫(yī)療??援助。??無(wú)線體??域網(wǎng)技??術(shù)（W??ire??les??sB??ody??Ar??ea??Net??wor??k,W??BAN??）的使??用有助??于在不??限制患??者正常??日常生??活的情??況下進(jìn)??行遠(yuǎn)程??監(jiān)測(cè)。??本文主??要關(guān)注??無(wú)線傳??感技術(shù)??在兒童??健康保??健監(jiān)測(cè)??中的研??究進(jìn)展??,討論??了兒童??健康保??健工作??所面臨??的各種??挑戰(zhàn),??監(jiān)測(cè)兒??童活動(dòng)??的不同??方法和??技術(shù),??以及W??BAN??在兒童??醫(yī)療保??健監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。2020年，朱夢(mèng)雅，陳登凱在《“??互聯(lián)網(wǎng)??+”兒??童健康??管理監(jiān)??測(cè)系統(tǒng)??設(shè)計(jì)研??究》中??談到在??"互聯(lián)??網(wǎng)+"??技術(shù)支??持下,??兒童全??面健康??監(jiān)測(cè)系??統(tǒng)設(shè)計(jì)??的實(shí)現(xiàn)??。方法??綜述互??聯(lián)網(wǎng)+??技術(shù)、??云技術(shù)??的方法??和主要??特點(diǎn),??結(jié)合對(duì)??當(dāng)前兒??童健康??狀況的??調(diào)查分??析,進(jìn)??行兒童??健康管??理監(jiān)測(cè)??系統(tǒng)的??需求分??析,獲??得整體??模塊化??設(shè)計(jì)的??新思路??。結(jié)論??通過(guò)對(duì)??兒童健??康管理??系統(tǒng)的??支撐技??術(shù)、系??統(tǒng)構(gòu)架??及具體??的界面??設(shè)計(jì),??為兒童??提供更??加全面??的健康??監(jiān)測(cè),??方便父??母對(duì)兒??童健康??狀況的??了解與掌握,更好地呵護(hù)兒童健康成長(zhǎng)REF_Ref22439\r\h[7-11]。2023年，CallihanMichael,ColeHeather,StokleyHolly在《ComparisonofSlateSafetyWearableDevicetoIngestiblePillandWearableHeartRateMonitor》中談到隨著對(duì)全球氣溫升高??導(dǎo)致的??死亡和??疾病的??關(guān)注日??益增加??，對(duì)工??人熱應(yīng)??激指標(biāo)??的實(shí)時(shí)??監(jiān)測(cè)的??需求日??益增長(zhǎng)??。Sl??ate??Sa??fet??y可穿??戴設(shè)備??在不限??制工人??運(yùn)動(dòng)的??情況下??，在測(cè)??量核心??溫度和??心率方??面表現(xiàn)??出準(zhǔn)確??性，并??為生理參數(shù)提供了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)REF_Ref22580\r\h[12-16]。2022年，VoropaiAndrii,SaranaVolodymyr在《Awearableheartratemonitoringsystembasedonover-earheadphones.[J].Journalofmedicalengineering&technology》中談到提出了一種方便實(shí)??用的可??穿戴心??率監(jiān)測(cè)??方法，??以及基??于商用??頭戴式??耳機(jī)的??記錄系??統(tǒng)的成??本效益??實(shí)現(xiàn)。??由于系??統(tǒng)的模??塊化結(jié)??構(gòu)和定??制的3??D打印??耳墊，??所選耳??機(jī)可以??很容易??地被任??何其他??耳罩式??耳機(jī)取??代。干??接觸導(dǎo)??電紡織??品消除??了任何??不適感??，也無(wú)??需準(zhǔn)備??電極或??用戶的??皮膚。??評(píng)估的??4.4??%R-??R間期??檢測(cè)誤??差使所??提出的??方法成??為日常??使用連??續(xù)心率監(jiān)測(cè)的完美候選者REF_Ref22730\r\h[17-20]。2020年，Jean-PierreLomaliza,HanhoonPark在《Ahighlyefficientandreliableheartratemonitoringsystemusingsmartphonecameras[J].MultimediaToolsandApplications》中談到一種高效可靠的方法來(lái)??測(cè)量智??能手機(jī)??攝像頭??指尖圖??像的心??率。該??方法由??基于感??興趣區(qū)??域的信??號(hào)提取??、使用??自適應(yīng)??閾值方??案的信??號(hào)噪聲??/偏置??降低以??及使用??迭代異??常值消??除方案??的周期??未命中??/重復(fù)??處理組??成。現(xiàn)??有方法??需要高??速處理??器的實(shí)??時(shí)操作??，并且??只能在??特定的??智能手??機(jī)上正??常工作??。相比??之下，??所提出??的方法??在任何??級(jí)別的??智能手??機(jī)上都??能以高??精度實(shí)??時(shí)工作??。這是??一個(gè)非??常重要??的因素??，因?yàn)??衛(wèi)生保??健設(shè)施??必須普??及，包??括那些買(mǎi)不起過(guò)于昂貴的高性能智能手機(jī)的人REF_Ref22805\r\h[21-23]。1.3主要研究?jī)?nèi)容基于大數(shù)據(jù)的智能兒童監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)是一項(xiàng)重要的研究課題，它旨在利用先進(jìn)的技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析方法來(lái)監(jiān)測(cè)和分析兒童的生長(zhǎng)發(fā)育情況，為家長(zhǎng)和醫(yī)療機(jī)構(gòu)提供全面的兒童健康管理服務(wù)。以下是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容：數(shù)據(jù)采集和傳輸：系統(tǒng)設(shè)計(jì)將包括下位機(jī)設(shè)備和上位機(jī)軟件。下位機(jī)設(shè)備負(fù)責(zé)采集兒童的身高、體重、心率等生理參數(shù)，并通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)軟件。數(shù)據(jù)采集過(guò)程需要保證準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，同時(shí)考慮兒童的舒適度和隱私保護(hù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理：上位機(jī)軟件負(fù)責(zé)接收、存儲(chǔ)和管理從下位機(jī)傳輸?shù)拇罅繑?shù)據(jù)。設(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)和索引，以便后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和查詢。同時(shí)，確保數(shù)據(jù)的安全性和隱私保護(hù)，采取必要的數(shù)據(jù)加密和訪問(wèn)控制措施。數(shù)據(jù)分析和挖掘：利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)兒童監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的統(tǒng)計(jì)和分析。通過(guò)建立兒童生長(zhǎng)曲線模型，對(duì)兒童的身高、體重等指標(biāo)進(jìn)行趨勢(shì)分析，提供個(gè)體化的生長(zhǎng)發(fā)育評(píng)估。同時(shí)，結(jié)合兒童的年齡、性別等因素，分析兒童的生理發(fā)育水平是否符合標(biāo)準(zhǔn)范圍，預(yù)測(cè)潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)。健康管理和干預(yù)：基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果，系統(tǒng)可以向家長(zhǎng)和醫(yī)療機(jī)構(gòu)提供個(gè)性化的健康管理建議和干預(yù)方案。根據(jù)兒童的生長(zhǎng)曲線變化和健康指標(biāo)異常，提醒家長(zhǎng)及時(shí)進(jìn)行健康評(píng)估和醫(yī)療咨詢，促進(jìn)兒童的全面健康發(fā)展。用戶界面和交互設(shè)計(jì)：系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮用戶的易用性和用戶體驗(yàn)，提供直觀、友好的用戶界面和交互方式。家長(zhǎng)和醫(yī)療工作者可以通過(guò)上位機(jī)軟件瀏覽兒童的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、查看健康報(bào)告，并進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和導(dǎo)出。同時(shí)，系統(tǒng)可以通過(guò)語(yǔ)音提示、消息推送等方式與用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，提供個(gè)性化的健康提醒和建議。第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2.1設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)是一個(gè)整體的基??于Co??rte??x-M??3內(nèi)核??型號(hào)為??F10??3ZE??T芯片??的ST??M32??微處理??器作為??控制器??的智能??兒童健??康監(jiān)測(cè)??與分析??系統(tǒng)的??設(shè)計(jì)。??上機(jī)位??可接收??下機(jī)位??所檢測(cè)??到的參??數(shù)，并??顯示記??錄數(shù)據(jù)??庫(kù)；可??查看兒??童身高??體重成??長(zhǎng)記錄??；可設(shè)??定各個(gè)??年齡的??健康身??高范圍??和心率??閾值；??計(jì)算體??脂率并??顯示。??下機(jī)位??可檢測(cè)??兒童身??高和體??重并進(jìn)??行顯示??，家長(zhǎng)??可輸入??兒童年??齡信息??，按下??記錄身??高或者??記錄體??重，連??同身高??或者體??重一同??發(fā)送上??位機(jī)進(jìn)??行記錄??；如果??當(dāng)前身??高或體??重在當(dāng)??前年齡??段偏高??或偏低??，會(huì)進(jìn)??行語(yǔ)音??提示；??系統(tǒng)可??檢測(cè)兒??童是否??高低肩??，若有??高低肩??，語(yǔ)音??提示家??長(zhǎng)，并??在上機(jī)??位作出??提醒；??若檢測(cè)??到兒童??當(dāng)前測(cè)??得身高??比上次??低，則??判斷孩??子有駝??背可能??，語(yǔ)音??提示家??長(zhǎng)，并??在上機(jī)??位作出??提醒，??可檢測(cè)??心率，??按下記??錄、顯??示，并??發(fā)送到??上機(jī)位??；當(dāng)監(jiān)??測(cè)到心率異常時(shí)，語(yǔ)音提示。2.2功能需求分析2.2.1技術(shù)路線：包括STM32單片機(jī)控制電路、超聲波測(cè)距模塊、語(yǔ)音模塊、心率傳感器、全橋電路及A/D轉(zhuǎn)換模塊、藍(lán)牙串口通信模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊和手機(jī)APP端。軟件平臺(tái)程序用keil5畫(huà)原理圖用AD編程語(yǔ)言用C語(yǔ)言；設(shè)置比對(duì)BMI值兒童身體各項(xiàng)數(shù)據(jù)檢測(cè)結(jié)果顯示用手機(jī)APP查看。2.2.2預(yù)期結(jié)果：作品展示，完成一個(gè)智能兒童健康監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并且該設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)的功能如下：上位機(jī)：1.接收下位機(jī)檢測(cè)到的參數(shù)，顯示，并記入數(shù)據(jù)庫(kù)；2.可查看兒童身高體重成長(zhǎng)記錄3.可設(shè)定各個(gè)年齡的健康身高體重范圍；4.設(shè)定心率閾值；5.計(jì)算體脂率并顯示；下位機(jī)：1.系統(tǒng)可檢測(cè)兒童身高，并顯示；2.系統(tǒng)可檢測(cè)兒童體重，并顯示；3.家長(zhǎng)可輸入兒童年齡信息，按下記錄身高，連同身高一同發(fā)送上位機(jī)進(jìn)行記錄；4.家長(zhǎng)可輸入兒童年齡信息，按下記錄體重，連同身高一同發(fā)送上位機(jī)進(jìn)行記錄；5.若當(dāng)前身高在當(dāng)前年齡段，偏高/偏低，會(huì)進(jìn)行語(yǔ)音提示；6.若當(dāng)前身高在當(dāng)前年齡段，偏高/偏低，會(huì)進(jìn)行語(yǔ)音提示；7.系統(tǒng)可檢測(cè)兒童是否高低肩，若兒童有高低肩，語(yǔ)音提示家長(zhǎng)，并在上位機(jī)端作出提醒；8.若檢測(cè)到兒童當(dāng)前測(cè)得身高比上次低，則判斷孩子有駝背可能，語(yǔ)音提示家長(zhǎng)，并在上位機(jī)端作出提醒；9.系統(tǒng)可檢測(cè)心率，按下記錄，顯示，并發(fā)送到上位機(jī)；10.通過(guò)比對(duì)BMI，得出體重狀態(tài)，下位機(jī)端顯示，并發(fā)送上位機(jī)端顯示；11.系統(tǒng)檢測(cè)到心率異常，語(yǔ)音提示。2.3總體方案設(shè)計(jì)在理論準(zhǔn)備階段，首先要確定好系統(tǒng)的各個(gè)模塊，并且規(guī)劃課題設(shè)計(jì)硬件電路并畫(huà)出電路圖設(shè)計(jì)軟件并繪制主流程圖，進(jìn)行模擬仿真檢查系統(tǒng)是否能夠按照要求實(shí)現(xiàn)控制功能，并整理論文。在理論知識(shí)準(zhǔn)備階段，需要認(rèn)真研究課題相關(guān)內(nèi)容并掌握有關(guān)知識(shí)。在確定系統(tǒng)各個(gè)模塊和收集相關(guān)資料的過(guò)程中，需要清晰明確各個(gè)模塊之間的關(guān)系。在規(guī)劃課題和確定系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，需要勾畫(huà)出大體系統(tǒng)框架并提出原理框圖。在設(shè)計(jì)硬件電路和面出電路圖的過(guò)程中，需要將系統(tǒng)部件通過(guò)接口電路集合在一起。在設(shè)計(jì)軟件并繪制主流程圖的過(guò)程中，需要完成系統(tǒng)控制過(guò)程的軟件設(shè)計(jì)。最后，進(jìn)行模擬仿真來(lái)檢查系統(tǒng)能否按照要求實(shí)現(xiàn)控制功能，并整理論文。2.4單片機(jī)型號(hào)選擇圖2.1STM32F103C8T6引腳圖STM32系列單片機(jī)??是????一款高????性??能，????功能??強(qiáng)????大的系????列??單片????機(jī)。??該????系列單????片??機(jī)常????被用??于????要求低????成??本、????高性??能????和低功????耗??的嵌????入式??應(yīng)????用程序????，??其在????功耗??和????集成方????面??也展????現(xiàn)出??良????好的性????能??。由????于其??便????捷的工????具??和簡(jiǎn)????單的??結(jié)????構(gòu)并且????結(jié)??合了????強(qiáng)大??的????功能性????，??在業(yè)????界很??受????歡迎。????本??實(shí)驗(yàn)????采用??的最小??系統(tǒng)如表2.4。主控制芯片選擇ST??M32??F10??3C8??T6，??ST??M32??F10??3C8??T6是??由意法??半導(dǎo)體??集團(tuán)基??于ST??M32??系列A??RM??Cor??tex??-M內(nèi)??核開(kāi)發(fā)??的一款??具有6??4KB??的程序??存儲(chǔ)器??的32??位微控??制器。??其工作??時(shí)需要??2V~??3.6??V的電??壓和-40℃~85℃環(huán)境溫度。1STM32STM32表示ARMCortex-M內(nèi)核的32位微控制器2FF代表芯片子系列3103103代表增強(qiáng)型系列4CR這一項(xiàng)代表引腳數(shù)，其中T代表36腳，C代表48腳R代表64腳，V代表100腳，Z代表144腳，I代表176腳58B這一項(xiàng)代表內(nèi)嵌Flash容量，其中6代表32K字節(jié)Flash，8代表64K字節(jié)Flash，C代表256K字節(jié)Flash，D代表384字節(jié)Flash，E代表512K字節(jié)Flash，G代表1M字節(jié)Flash6TT這一項(xiàng)代表封裝，其中H代表BGA封裝，T代表LQFP封裝，U代表VFQFPN封裝766這一項(xiàng)代表工作溫度范圍，其中6代表-40——85℃，7代表-40——105℃表2.4單片機(jī)的介紹2.5無(wú)線通信模塊的選擇與介紹2.5.1幾種不同通信技術(shù)的比較藍(lán)牙、Wi-Fi、zigbee是目前應(yīng)用最為廣泛的三種短距無(wú)線通訊技術(shù)，它們?cè)趯?shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的短距離無(wú)線通信方面發(fā)揮著重要作用。如表表2.5通訊技術(shù)的比較，來(lái)表示幾種通訊技術(shù)的特點(diǎn)。表2.表2.5通訊技術(shù)的比較名稱WIFI藍(lán)牙Zigbee傳輸速度1G以上1Mbps100Kbps通訊距離20—200米20—200米2—20米頻段2.4GHz5.8GHz2.4GHz2.4GHz安全性低高中等功耗10—50mA20mA5mA成本25￥2-5￥5￥主要應(yīng)用技術(shù)PC、PDA無(wú)線上網(wǎng)醫(yī)療健康等無(wú)線傳感器、醫(yī)療2.5.2藍(lán)牙介紹本文采用了HC-05藍(lán)牙模塊，其是主從一體的藍(lán)牙串口模塊，簡(jiǎn)單地說(shuō)，當(dāng)藍(lán)牙設(shè)備與藍(lán)牙設(shè)備配對(duì)連接成功后，我們可以忽視藍(lán)牙內(nèi)部的通信協(xié)議，直接將藍(lán)牙當(dāng)做串口用。當(dāng)建立連接，兩設(shè)備共同使用一通道也就是同一個(gè)串口，設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到通道中，另外一個(gè)設(shè)備便可以接收通道中的數(shù)據(jù)。HC-05藍(lán)牙模塊如何使用HC-05牙模塊設(shè)置AT指令一般的藍(lán)牙模塊使用有三種。第一：藍(lán)牙從設(shè)備與電腦配對(duì)連接（1、電腦自帶藍(lán)牙2電腦不帶藍(lán)牙，這需要藍(lán)牙適配器），第二：藍(lán)牙從設(shè)備與手機(jī)配對(duì)連接，第三:藍(lán)牙從設(shè)備與藍(lán)牙主設(shè)備配對(duì)連接HC-05藍(lán)牙。2.6AltiumDesigner軟件AltiumDesigner是一款專(zhuān)業(yè)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）軟件，用于電路板設(shè)計(jì)和嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。它由Altium公司開(kāi)發(fā)和提供，是一個(gè)功能強(qiáng)大且廣泛應(yīng)用于電子工程領(lǐng)域的集成設(shè)計(jì)環(huán)境。AltiumDesigner提供了一系列工具和功能，幫助工程師從概念到制造階段設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)電子產(chǎn)品。以下是AltiumDesigner的主要特點(diǎn)和功能：PCB設(shè)計(jì)：AltiumDesigner提供了全面的PCB設(shè)計(jì)工具，使工程師能夠創(chuàng)建復(fù)雜的電路板布局。它包括原理圖設(shè)計(jì)、元件庫(kù)管理、信號(hào)完整性分析、自動(dòng)布線、三維可視化和導(dǎo)出制造文件等功能。仿真和分析：AltiumDesigner允許工程師進(jìn)行電路仿真和分析，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性和性能。它支持模擬和數(shù)字信號(hào)仿真，包括時(shí)域分析、頻域分析、噪聲分析等。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)：AltiumDesigner提供了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的支持，可以集成硬件設(shè)計(jì)和軟件開(kāi)發(fā)。它支持多種嵌入式處理器和微控制器，并提供了與FPGA開(kāi)發(fā)的集成能力。元件庫(kù)管理：AltiumDesigner允許用戶創(chuàng)建和管理元件庫(kù)，方便在設(shè)計(jì)過(guò)程中重復(fù)使用已有的元件。它還提供了與供應(yīng)商和元件庫(kù)的集成，以獲取最新的元件信息和參數(shù)。制造文件生成：AltiumDesigner可以生成用于制造電路板的文件，包括Gerber文件、鉆孔文件、裝配圖等。這些文件可以直接用于生產(chǎn)和制造過(guò)程。與其他工具的集成：AltiumDesigner可以與其他常用的工具和格式進(jìn)行集成，例如MechanicalCAD軟件、PLM系統(tǒng)、版本控制工具等，實(shí)現(xiàn)更高效的設(shè)計(jì)流程和數(shù)據(jù)管理。總之，AltiumDesigner是一款功能強(qiáng)大的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，提供了全面的電路板設(shè)計(jì)和嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具，使工程師能夠高效地設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)復(fù)雜的電子產(chǎn)品。2.7C語(yǔ)言介紹C語(yǔ)言主要是面向過(guò)程的語(yǔ)言，主要是運(yùn)用于嵌入式底層驅(qū)動(dòng)程序與業(yè)務(wù)邏輯編寫(xiě)。C語(yǔ)言是最早編程語(yǔ)言之一，目前市面上大部分的編程語(yǔ)言以它作為母版作為修改的，在本設(shè)計(jì)中關(guān)于STM32的下位機(jī)驅(qū)動(dòng)部分的編寫(xiě)便是由C語(yǔ)言進(jìn)行編程的，STM32的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)都是由C語(yǔ)言編寫(xiě)而成，不需要二次封裝便可直接調(diào)用，而且C語(yǔ)言相較其他高級(jí)編程語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，其可執(zhí)行文件占用存儲(chǔ)空間更小，降低了所選芯片的規(guī)格，更加節(jié)省成本。2.8keil介紹Keil軟件是一款廣泛用于嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IntegratedDevelopmentEnvironment，簡(jiǎn)稱IDE）。它由德國(guó)公司KeilElektronikGmbH開(kāi)發(fā)和提供，是現(xiàn)在由ARM公司所有。Keil軟件主要用于開(kāi)發(fā)和調(diào)試嵌入式系統(tǒng)的軟件部分，特別是針對(duì)ARM架構(gòu)的微控制器和嵌入式處理器。它提供了一整套工具和功能，幫助開(kāi)發(fā)人員編寫(xiě)、調(diào)試和測(cè)試嵌入式應(yīng)用程序。Keil軟件的主要特點(diǎn)包括：集成的開(kāi)發(fā)環(huán)境：Keil提供了一個(gè)集成的開(kāi)發(fā)環(huán)境，其中包括代碼編輯器、編譯器、調(diào)試器和仿真器等工具。這樣，開(kāi)發(fā)人員可以在一個(gè)統(tǒng)一的界面中完成各種開(kāi)發(fā)任務(wù)。支持多種編程語(yǔ)言：Keil支持多種編程語(yǔ)言，包括C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言。開(kāi)發(fā)人員可以使用他們熟悉的編程語(yǔ)言編寫(xiě)嵌入式應(yīng)用程序。廣泛的器件支持：Keil支持多種ARM架構(gòu)的微控制器和嵌入式處理器。它提供了對(duì)這些器件的全面支持，包括提供器件的頭文件和庫(kù)文件，以便開(kāi)發(fā)人員可以輕松地編寫(xiě)代碼并與硬件進(jìn)行交互。強(qiáng)大的調(diào)試功能：Keil提供了強(qiáng)大的調(diào)試功能，包括單步調(diào)試、觀察變量、設(shè)置斷點(diǎn)等。這些功能可以幫助開(kāi)發(fā)人員快速定位和修復(fù)代碼中的錯(cuò)誤?？傊?，Keil軟件是一個(gè)強(qiáng)大的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具，可以大大簡(jiǎn)化和加速嵌入式應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程。第3章硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是一個(gè)整體的??基于C??ort??ex-??M3內(nèi)??核型號(hào)??為F1??03Z??ET芯??片的S??TM3??2微處??理器作??為控制??器的智??能兒童??健康監(jiān)??測(cè)與分??析系統(tǒng)??的設(shè)計(jì)??，并且??該設(shè)計(jì)??能實(shí)現(xiàn)的功能如下：該系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)組成。上位機(jī)的功能包括接收下位機(jī)檢測(cè)到的參數(shù)，并將其顯示并記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中。此外，上位機(jī)還提供了查看兒童身高體重成長(zhǎng)記錄的功能。用戶可以設(shè)定各個(gè)年齡段的健康身高體重范圍，并設(shè)定心率閾值。上位機(jī)還能計(jì)算體脂率并顯示。下位機(jī)則具有以下功能：首先，它可以檢測(cè)兒童的身高并將其顯示出來(lái)。其次，它能檢測(cè)兒童的體重并將其顯示出來(lái)。家長(zhǎng)可以輸入兒童的年齡信息，然后按下記錄身高的按鈕，此時(shí)下位機(jī)會(huì)將身高信息發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行記錄。同樣地，家長(zhǎng)也可以輸入兒童的年齡信息，按下記錄體重的按鈕，下位機(jī)會(huì)將體重信息連同身高信息一同發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行記錄。如果當(dāng)前身高在當(dāng)前年齡段偏高或偏低，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)語(yǔ)音提示提醒。此外，下位機(jī)還能檢測(cè)兒童是否有高低肩的情況。如果發(fā)現(xiàn)兒童有高低肩，系統(tǒng)會(huì)語(yǔ)音提示家長(zhǎng)，并在上位機(jī)端作出提醒。如果檢測(cè)到兒童當(dāng)前測(cè)得身高比上次低，系統(tǒng)會(huì)判斷孩子有駝背的可能性，并通過(guò)語(yǔ)音提示家長(zhǎng)，并在上位機(jī)端作出提醒。下位機(jī)還具備檢測(cè)心率的功能。用戶可以按下記錄按鈕，此時(shí)下位機(jī)會(huì)顯示心率并將其發(fā)送到上位機(jī)。如果系統(tǒng)檢測(cè)到心率異常，會(huì)通過(guò)語(yǔ)音提示進(jìn)行提醒。3.2系統(tǒng)的主要功能模塊設(shè)計(jì)3.2.1超聲波測(cè)距模塊設(shè)計(jì)圖3.2超聲波測(cè)頁(yè)面模塊原理圖超聲波可以穿過(guò)各種??介質(zhì)（??氣體、??液體、??固體）??來(lái)檢測(cè)??聲阻抗??不匹配??的物體??。聲速??是聲波??在彈性??介質(zhì)中??傳播時(shí)??每單位??時(shí)間的??距離。??例如，??在20??°C??(68??°F)??的干燥??空氣中??，聲速??為34??3米每??秒（1??,12??5英尺??每秒）???？諝??中的超??聲波衰??減隨著??頻率和??濕度的??增加而??增加。??因此，??由于過(guò)??度的路??徑損耗??/吸收??，空氣??耦合超??聲波通??常被限??制在5??00k??Hz以下的頻率。超聲波避障原理：超聲波其實(shí)就是聲??波的一??種，因??為頻率??高于2??0kH??z，所??以人耳??聽(tīng)不見(jiàn)??，并且??指向性更強(qiáng)。超聲波測(cè)距的原理比??紅外線??更加簡(jiǎn)??單，因??為聲波??遇到障??礙物會(huì)??反射，??而聲波??的速度??已知，??所以只??需要知??道發(fā)射??到接收??的時(shí)間??差，就??能輕松??計(jì)算出??測(cè)量距??離，再??結(jié)合發(fā)??射器和??接收器??的距離??，就能??算出障??礙物的實(shí)際距離。超聲波測(cè)距相比紅??外測(cè)距??，價(jià)格??更加便??宜，相??應(yīng)的感??應(yīng)速度??和精度??也遜色??一些。??同樣，??由于需??要主動(dòng)??發(fā)射聲??波，所??以對(duì)于??太遠(yuǎn)的??障礙物??，精度??也會(huì)隨??著聲波??的衰減??而降低??，此外??，對(duì)于??海綿等??吸收聲??波的物??體或者??在大風(fēng)??干擾的情況下，超聲波將無(wú)法工作。本模塊采用的為HC??-SR??04??超聲波??傳感器??模塊，??可提供??2cm??-40??0cm??的非接??觸式距??離感測(cè)??功能，??測(cè)距精??度可達(dá)??高到3??mm;??模塊??包括超??聲波發(fā)??射器、??接收器??與控制??電路。??其工作??原理為??:采??用IO??口TR??IG觸??發(fā)測(cè)距??，給最??少1??0us??的高電??平信呈??;模塊??自動(dòng)發(fā)??送8??個(gè)4??0kh??z的方??波，自??動(dòng)檢測(cè)??是否有??信號(hào)返??回;有??信號(hào)返??回，通??過(guò)IO??口EC??HO輸??出一個(gè)??高電平??，高電??平持續(xù)??的時(shí)間??就是超??聲波從??發(fā)射到??返回的時(shí)間。測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2。3.2.2顯示模塊設(shè)計(jì)OLED，即有機(jī)發(fā)光二極管，又稱??為有機(jī)??電激光??顯示。??因?yàn)榫??備輕薄??、省電??等特性??，因此??從20??03年開(kāi)始??，這種??顯示設(shè)??備在M??P3播??放器上??得到了??廣泛應(yīng)??用，而??對(duì)于同??屬數(shù)碼??類(lèi)產(chǎn)品??的DC??與手機(jī)??，此前??只是在??一些展??會(huì)上展??示過(guò)采??用O??LED??屏幕??的工程??樣品。??自2??007??年后??，壽命??得到很大提高，具備了許多LCD不可比擬的優(yōu)勢(shì)。OLED由有機(jī)材料制成的發(fā)光二極管組成。OIED顯示屏采用自發(fā)光原理，每個(gè)像素點(diǎn)可以發(fā)光和關(guān)閉，這種顯示技術(shù)可以提供高對(duì)比度和更加鮮艷的色彩，同時(shí)出具有便快的響應(yīng)速度和更低的功耗。相比之下，液晶顯示屏則使用旅晶材料和背光源來(lái)濕示圖橡。液晶顯示屏需要背光源冰照亮橡素點(diǎn)，這意味著黑施并不是真正的黑色;而且背光源的亮度也會(huì)影響整個(gè)屏幕的對(duì)比度?？傮w來(lái)說(shuō)，OLED-顯示屏比液晶濕示屏具有更好的圖橡質(zhì)量：但是液晶顯示屏仍然在某些方面限有優(yōu)勢(shì)，比如價(jià)格更加親民，適哈用于大屏幕顯示等圖3.3OLED顯示模塊原理圖3.2.3語(yǔ)音合成模塊設(shè)計(jì)圖3.4語(yǔ)音合成模塊原理圖Syn6288是一款語(yǔ)音合成模塊，它可以通過(guò)串口通信與單片機(jī)或其他設(shè)備進(jìn)行連接，并且支持多種語(yǔ)言和語(yǔ)音效果。Syn6288模塊內(nèi)置了一系列語(yǔ)音合成引擎和語(yǔ)音識(shí)別引擎，可以實(shí)現(xiàn)文本到語(yǔ)音的轉(zhuǎn)換和語(yǔ)音指令的識(shí)別。同時(shí)，Syn6288模塊還具有音頻播放和錄制等功能，可以實(shí)現(xiàn)錄制和播放自定義的語(yǔ)音文件。3.2.4重力傳感器模塊設(shè)計(jì)圖3.5重力傳感器模塊原理圖本設(shè)計(jì)采用的是HX??711??重力傳??感器模??塊，H??X71??1是一??款專(zhuān)為??高精度??電子秤??而設(shè)計(jì)??的24??位A/??D轉(zhuǎn)換??器芯片??。與同??類(lèi)型其??它芯片??相比，??該芯片??集成了??包括穩(wěn)??壓電源??、片內(nèi)??時(shí)鐘振??蕩器等??其它同??類(lèi)型芯??片所需??要的外??圍電路??，具有??集成度??高、響??應(yīng)速度??快、抗??干擾性??強(qiáng)等優(yōu)??點(diǎn)。降??低了電??子秤的??整機(jī)成??本，提??高了整??機(jī)的性??能和可??靠性。??該芯片??與后端??MCU??芯片的??接口和??編程非??常簡(jiǎn)單??，所有??控制信??號(hào)由管??腳驅(qū)動(dòng)??，無(wú)需??對(duì)芯片??內(nèi)部的??寄存器??編程。??輸入選??擇開(kāi)關(guān)??可任意??選取通??道A或??通道B??，與其??內(nèi)部的??低噪聲??可編程??放大器??相連。??通道A??的可編??程增益??為12??8或6??4，對(duì)??應(yīng)的滿??額度差??分輸入??信號(hào)幅??值分別??為±2??0mV??或±4??0mV??。通道??B則為??固定的??32增??益，用??于系統(tǒng)??參數(shù)檢??測(cè)。芯??片內(nèi)提??供的穩(wěn)??壓電源??可以直??接向外??部傳感??器和芯??片內(nèi)的??A/D??轉(zhuǎn)換器??提供電??源，系??統(tǒng)板上??無(wú)需另??外的模??擬電源??。芯片??內(nèi)的時(shí)??鐘振蕩??器不需??要任何??外接器??件。上??電自動(dòng)??復(fù)位功??能簡(jiǎn)化??了開(kāi)機(jī)的初始化過(guò)程。HX711芯片特點(diǎn)兩路可選擇差分輸入；片內(nèi)低噪聲可編程放大器，可選增益為64和128；片內(nèi)穩(wěn)壓電路可直接向外部傳感器和芯片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器提供電源；片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器無(wú)需任何外接器件，必要時(shí)也可使用外接晶振或時(shí)鐘；上電自動(dòng)復(fù)位電路；簡(jiǎn)單的數(shù)字控制和串口通訊：所有控制由管腳輸入，芯片內(nèi)寄存器無(wú)需編程；可選擇10Hz或80Hz的輸出數(shù)據(jù)速率；同步抑制50Hz和60Hz的電源干擾；耗電量（含穩(wěn)壓電源電路）：典型工作電流：1.7mA，斷電電流：1μA；工作電壓范圍：2.6~5.5V；工作溫度范圍：-20~+85℃；16管腳的SOP-16封裝。3.2.5藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì)圖3.6藍(lán)牙模塊原理圖藍(lán)牙模塊是指集成藍(lán)??牙功能??的芯片??基本電??路集合??，用于??無(wú)線網(wǎng)??絡(luò)通訊??，大致??可分為??三大類(lèi)??型:數(shù)??據(jù)傳輸??模塊遠(yuǎn)程控制模塊等。藍(lán)牙模塊作為取代纜的短??距離無(wú)??線通信??技術(shù)，??藍(lán)牙支??持點(diǎn)對(duì)??點(diǎn)以及??點(diǎn)對(duì)多??點(diǎn)的通??信，以??無(wú)線方??式將家??庭或辦??公室中??的各種??數(shù)據(jù)和??語(yǔ)音設(shè)??備連成??一個(gè)微??微網(wǎng)(??Pic??o-n??et)??，幾個(gè)??微微網(wǎng)??還可以??進(jìn)步實(shí)??現(xiàn)互聯(lián)??，形成??一個(gè)分??布式網(wǎng)??絡(luò)，從??而在這??些連接??設(shè)備之??間實(shí)現(xiàn)??快捷而??方便的??通信。??藍(lán)牙接??口在嵌??入式理??器上的??實(shí)現(xiàn)，??DSP??對(duì)模擬??信號(hào)進(jìn)??行采樣??，并對(duì)??A/D??變換后??的數(shù)字??信號(hào)進(jìn)行處理，通過(guò)藍(lán)牙接口傳輸?shù)浇邮斩?，同樣，DSP對(duì)藍(lán)牙接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行D/A變換，成為模擬信號(hào)。本文采用了HC-05藍(lán)牙模塊，??藍(lán)牙H??CO5??是主從??一體的??藍(lán)牙串??口模塊??，簡(jiǎn)單??的說(shuō)，??當(dāng)藍(lán)牙??設(shè)備與??藍(lán)牙設(shè)??備配對(duì)??連接成??功后，??我們可??以忽視??藍(lán)牙內(nèi)??部的通??信協(xié)議??，直接??將將藍(lán)??牙當(dāng)做??串口用??。當(dāng)建??立連接??，兩設(shè)??備共同??使用一??通道也??就是同??一個(gè)串??口，一??個(gè)設(shè)備??發(fā)送數(shù)??據(jù)到通??道中，??另外一??個(gè)設(shè)備??便可以??接收通??道中的??數(shù)據(jù)。??hc0??5藍(lán)牙??模塊如??何使用????-hc??05藍(lán)??牙模塊??設(shè)置??AT指令一??般的藍(lán)??牙模塊??使用有??三種。??第一：??藍(lán)牙從??設(shè)備與??電腦配??對(duì)連接??(1、??電腦自??帶藍(lán)牙??2、??電腦不??帶藍(lán)牙??，這事??需要藍(lán)??牙適配??器)，??第二：??藍(lán)牙從??設(shè)備與??手機(jī)配??對(duì)連接??，第三??:藍(lán)??牙從設(shè)??備與藍(lán)??牙主設(shè)??備配對(duì)??連接HCO5藍(lán)牙。3.3設(shè)計(jì)要點(diǎn)針對(duì)智能兒童健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本方案有以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：首先，要設(shè)置正確的兒童健康生長(zhǎng)的身高體重閾值，當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析出問(wèn)題后，通過(guò)顯示模塊顯示出當(dāng)前的身高體重和心率，與此同時(shí)語(yǔ)音合成模塊進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)，引起家長(zhǎng)的重視，并反饋至手機(jī)上位機(jī)，讓家長(zhǎng)及時(shí)做出矯正。其次將統(tǒng)計(jì)到的數(shù)據(jù)做成數(shù)據(jù)庫(kù)，方便家長(zhǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控并記錄兒童生長(zhǎng)的變化，在兒童每一生長(zhǎng)周期都可以做到正確健康的生長(zhǎng)。此外，增加重力傳感器和超聲波測(cè)距模塊的最大極值，以防兒童生長(zhǎng)過(guò)快，導(dǎo)致設(shè)計(jì)無(wú)法滿足長(zhǎng)期使用的需求。綜上所述，本方案將通過(guò)超聲波測(cè)距模塊、重力傳感器模塊、顯示模塊、語(yǔ)音合成模塊、藍(lán)牙模塊，來(lái)實(shí)現(xiàn)家長(zhǎng)對(duì)兒童的智能監(jiān)測(cè)，幫助兒童正常生長(zhǎng)，減少生長(zhǎng)過(guò)程中的疾病發(fā)生。?第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1軟件主流程圖當(dāng)全部系統(tǒng)軟件通電時(shí)，心率傳感器、超聲波測(cè)距傳感器和重力傳感器將收集到的數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)處理，并且在OLED液晶顯示模塊中顯示；當(dāng)身高或者體重在當(dāng)前年齡段偏高或者偏低會(huì)進(jìn)行語(yǔ)音提示；當(dāng)心率異常時(shí)，語(yǔ)音提示。圖4.1

4.2超聲波測(cè)距模塊的軟件設(shè)計(jì)如圖4.2.1為該模塊的設(shè)計(jì)流程圖。接通電源后，超聲波測(cè)距傳感將收集的溫濕度傳輸給單片機(jī)，在由單片機(jī)進(jìn)行信息處理。圖4.2超聲波測(cè)距模塊設(shè)計(jì)流程圖如圖4.2.2位超聲波時(shí)序圖，時(shí)序圖表明你只需要提供一個(gè)10us以上脈沖觸發(fā)信號(hào)，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個(gè)40kHz周期電平并檢測(cè)回波。一旦檢測(cè)到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)?；仨懶盘?hào)的脈沖寬度與所測(cè)的距離成正比。由此通過(guò)發(fā)射信號(hào)到收到的回響信號(hào)時(shí)間間隔可以計(jì)算得到距離。公式:us/58=厘米或者uS/148=英寸:或是:距離=高電平時(shí)間*聲速(340M/S)/2:建議測(cè)量周期為60ms以上，以防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)的影響。圖4.3超聲波時(shí)序圖4.3重力傳感器軟件的設(shè)計(jì)如圖4.4為該模塊的設(shè)計(jì)流程圖。接通電源后，重力傳感將收集的數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)，在由單片機(jī)進(jìn)行信息處理。圖4.4重力傳感器模塊設(shè)計(jì)流程圖4.4顯示模塊的軟件設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中需要顯示風(fēng)速和溫濕度信息。系統(tǒng)使用OLED液晶顯示數(shù)據(jù),單片機(jī)初始化完成后顯示屏?xí)詣?dòng)寫(xiě)控制字，控制字為單片機(jī)中獲得的數(shù)據(jù)，隨后顯示出來(lái)。如圖4.5為顯示模塊流程圖。圖4.5顯示模塊流程圖4.5藍(lán)牙通信模塊軟件的設(shè)計(jì)一、連線根據(jù)管腳說(shuō)明來(lái)與單片機(jī)連線，VCC接3.3V或5V都可以。模塊發(fā)送管腳連單片機(jī)接收管腳，接收管腳連發(fā)送管腳，這個(gè)千萬(wàn)要注意，SET腳隨便連一個(gè)IO口即可，STATE管腳可連可不連，不影響。整體思路通過(guò)藍(lán)牙模塊，將手機(jī)發(fā)送的信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，并且單片機(jī)根據(jù)接收到的信號(hào)來(lái)執(zhí)行對(duì)應(yīng)的操作。?為了實(shí)現(xiàn)對(duì)藍(lán)?牙模塊的控制，一般會(huì)采用按鍵的方式來(lái)發(fā)送指令，這可以通過(guò)掃描按鍵或者使用外部中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)。按下按鍵后，程序會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的指令，例如切換模塊主從模式、修改密碼、修改波特率或修改名字等操作。具體編程思路串口部分串口部分是整個(gè)最重要的一部分，大致要完成一下事情：初始化串口，設(shè)置好串口的通信波特率，開(kāi)啟串口中斷，編寫(xiě)串口中斷函數(shù)。在串口中斷函數(shù)里面把接收的數(shù)據(jù)存入一個(gè)數(shù)組當(dāng)中。編寫(xiě)串口發(fā)送函數(shù)，用來(lái)向模塊發(fā)送指令。定時(shí)器部分初始化定時(shí)器，設(shè)置好定時(shí)時(shí)間，使能中斷，在中斷函數(shù)里面關(guān)閉定時(shí)器。圖4.6藍(lán)牙模塊軟件設(shè)計(jì)流程圖4.6大數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)完成對(duì)身體體數(shù)據(jù)的分析與建議，通過(guò)stm32控制超聲波傳感器采集的身高、重力傳感器采集的體重等數(shù)據(jù)分析出BMI身體質(zhì)量指數(shù)；這是與體內(nèi)脂肪總量密切相關(guān)的一個(gè)指標(biāo)，它可以直接反映全身性超重和肥胖的狀況，是衡量是否肥胖和標(biāo)準(zhǔn)體重的重要指標(biāo)。BMI計(jì)算適用范圍：18至65歲的人士。兒童、發(fā)育中的青少年、孕婦、乳母、老人及身型健碩的運(yùn)動(dòng)員除外。適用本設(shè)計(jì)的大數(shù)據(jù)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。BMI的計(jì)算公式是BMI=體重(千克)/身高的平方(米)，按照中國(guó)人的體質(zhì)特征，BMI指數(shù)小于18.5為體重過(guò)輕，在18.5到23.9之間為正常，在24到27.9之間為超重，大于等于28的為肥胖。通過(guò)判斷BMI，得出體重狀態(tài)（偏瘦/偏胖/正常），下位機(jī)端顯示，并發(fā)送上位機(jī)端顯示，并且根據(jù)BMI數(shù)據(jù)進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)。在基于大數(shù)據(jù)的智能兒童監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)揮著關(guān)鍵作用。以下是大數(shù)據(jù)技術(shù)的作用：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理：為處理海量的兒童監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)合適的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理方案。一種常用的做法是采用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)或者分布式文件系統(tǒng)，以支持?jǐn)?shù)據(jù)的高并發(fā)讀寫(xiě)和快速查詢。此外，數(shù)據(jù)的備份和容錯(cuò)機(jī)制也需要被考慮，以確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。數(shù)據(jù)清洗與預(yù)處理：由于兒童監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可能存在缺失、錯(cuò)誤或異常值，數(shù)據(jù)清洗和預(yù)處理是必要的步驟。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以幫助進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，剔除異常數(shù)據(jù)或使用插值方法填補(bǔ)缺失值。此外，數(shù)據(jù)預(yù)處理也包括特征選擇、降維等操作，以減少數(shù)據(jù)維度和提取有效的特征信息。數(shù)據(jù)分析與建模：基于大數(shù)據(jù)的智能兒童監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)合適的數(shù)據(jù)分析和建模方法，以從兒童監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中提取有用的信息。常見(jiàn)的數(shù)據(jù)分析方法包括統(tǒng)計(jì)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等。通過(guò)這些方法，系統(tǒng)可以建立兒童生長(zhǎng)曲線模型、分類(lèi)模型或預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)兒童生長(zhǎng)發(fā)育情況的評(píng)估和預(yù)測(cè)。數(shù)據(jù)可視化與報(bào)告生成：為了讓用戶更直觀地理解和利用數(shù)據(jù)分析結(jié)果，系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可視化和報(bào)告生成功能。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以支持生成各種圖表、圖形和可視化儀表板，以展示兒童的生長(zhǎng)曲線、健康指標(biāo)變化等信息。此外，系統(tǒng)還可以自動(dòng)生成健康報(bào)告，向家長(zhǎng)和醫(yī)療機(jī)構(gòu)提供詳細(xì)的分析結(jié)果和建議。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理與推送：大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，因此系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和推送功能。通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)兒童健康異常，并通過(guò)消息推送或語(yǔ)音提示等方式提醒家長(zhǎng)和醫(yī)療機(jī)構(gòu)。同時(shí)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理也可以支持快速響應(yīng)用戶的查詢和請(qǐng)求。第5章系統(tǒng)測(cè)試5.1系統(tǒng)實(shí)物圖圖5.1系統(tǒng)完整實(shí)物圖如圖5.1，本設(shè)計(jì)包括一個(gè)超聲波測(cè)距傳感器，一個(gè)OLED顯示屏，一個(gè)單片機(jī)STM32F1??03Z??ET，一個(gè)重力傳感器，一個(gè)喇叭，一個(gè)藍(lán)牙傳感器，一個(gè)心率檢測(cè)傳感器，兩個(gè)繼電器，一個(gè)電源和手機(jī)APP。5.2測(cè)試原理圖5.2超聲波測(cè)距模塊如圖5.2為超聲波測(cè)距模塊，通過(guò)此模塊來(lái)進(jìn)行對(duì)身高的測(cè)量。該傳感器最高測(cè)距為2m，通過(guò)測(cè)量到的與孩子的距離來(lái)去計(jì)算孩子身高。HC-SR04超聲波傳感器模塊的工作代碼可以分為兩部分：發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)。以下是基于Arduino平臺(tái)的HC-SR04超聲波傳感器模塊的工作代碼：```const

int

trigPin

=

9;const

int

echoPin

=

10;void

setup()

{

Serial.begin(9600);

pinMode(trigPin,

OUTPUT);

pinMode(echoPin,

INPUT);}void

loop()

{

digitalWrite(trigPin,

LOW);

delayMicroseconds(2);

digitalWrite(trigPin,

HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(trigPin,

LOW);

long

duration

=

pulseIn(echoPin,

HIGH);

long

distance

=

duration

*

0.034

/

2;

Serial.print("Distance:

");

Serial.print(distance);

Serial.println("

cm");

delay(500);}```圖5.3語(yǔ)音播報(bào)模塊如圖5.3為語(yǔ)音播報(bào)模塊，當(dāng)測(cè)量到的孩子身高或者體重與當(dāng)前年齡段偏高或者偏低，進(jìn)行語(yǔ)音提示。當(dāng)檢測(cè)到孩子有高低肩，則語(yǔ)音提示家長(zhǎng)。當(dāng)檢測(cè)到的心率異常時(shí)，進(jìn)行語(yǔ)音提示。工作代碼如下：#include

<SoftwareSerial.h>SoftwareSerial

mySerial(10,

11);

//

RX,

TXvoid

setup()

{

mySerial.begin(9600);

//

與模塊通信的波特率為9600}void

loop()

{

mySerial.write(0xAA);

//

發(fā)送啟動(dòng)命令

delay(1000);

mySerial.write(0x01);

//

發(fā)送播放命令

delay(5000);

mySerial.write(0x02);

//

發(fā)送停止命令

delay(1000);}圖5.4藍(lán)牙模塊如圖5.4為藍(lán)牙模塊，與單片機(jī)進(jìn)行通信，將單片機(jī)接收并處理的信息發(fā)送到手機(jī)APP并顯示出來(lái)。其主要功能為數(shù)據(jù)傳輸，核心代碼為：#include

<SoftwareSerial.h>SoftwareSerial

BTSerial(10,

11);

//

定義藍(lán)牙串口void

setup()

{

Serial.begin(9600);

//

串口通信初始化

BTSerial.begin(38400);

//

HC-05串口通信初始化}void

loop()

{

if

(BTSerial.available())

{

Serial.write(BTSerial.read());

//

輸出藍(lán)牙模塊返回的信息

}

if

(Serial.available())

{

BTSerial.write(Serial.read());

//

發(fā)送數(shù)據(jù)到藍(lán)牙模塊

}}圖5.5重力傳感器模塊如圖5.5為重力傳感器模塊，用來(lái)模擬測(cè)量?jī)和w重的功能，將收集的數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)處理。圖5.6心率檢測(cè)模塊如圖5.6為心率檢測(cè)模塊，將收集到的兒童心率傳輸給單片機(jī)處理，處理后若心率異常，則驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音模塊進(jìn)行語(yǔ)音提示。圖5.7顯示模塊如圖5.7為OLED顯示模塊，HR代表心率，TZ代表體重，SG代表身高，BMI代表體脂率。最后一行代表體質(zhì)（偏瘦、正常、偏胖）。圖5.8手機(jī)APP如圖5.8為手機(jī)APP，與單片機(jī)連接后，顯示的數(shù)據(jù)與下位機(jī)數(shù)據(jù)一致（如圖5.9）；并且可以設(shè)置BMI上下限閾值。通過(guò)比對(duì)BMI值來(lái)判斷兒童身高體重是否正常。圖5.9下位機(jī)顯示對(duì)于本設(shè)計(jì)中的大數(shù)據(jù)模型我們使用隨機(jī)數(shù)值測(cè)試，使用C語(yǔ)言生成隨機(jī)值，并且將識(shí)別結(jié)果輸出到文件中，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，識(shí)別效果偏差小于5%。（如圖6）圖6大數(shù)據(jù)模型第6章總結(jié)與展望6.1總結(jié)系統(tǒng)軟件的調(diào)試過(guò)程并不是一帆風(fēng)順，在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)了一些錯(cuò)誤。但在老師的輔導(dǎo)下，我總算發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題，并糾正了設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤和不科學(xué)的地區(qū)。設(shè)計(jì)方案中的問(wèn)題和解決方法主要包含下面一些層面。(1)在功率模塊模擬仿真過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)調(diào)試輸出值一直達(dá)不上設(shè)計(jì)規(guī)定。查驗(yàn)基本原理錯(cuò)誤后，發(fā)現(xiàn)電路板焊接時(shí)出現(xiàn)了一些技術(shù)問(wèn)題，于是重新焊接。(2)應(yīng)用仿真軟件，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤代碼。然后調(diào)整，發(fā)現(xiàn)在啟用程序流程時(shí)，單片