基于STM32设计的健康检测设备(测温心率计步)

1. 项目介绍

本文介绍的项目是基于STM32设计的健康检测设备，支持体温测量，心率检测，支持运动计步(采用MPU6050陀螺仪实现),支持WIFI传输数据到手机APP打印显示。

硬件环境介绍:

MCU采用STM32F103C8T6

心率传感器采用PulseSensor

体温检测传感器采用红外测温传感器

运动计步功能采用MPU6050陀螺仪实现

OLED显示屏采用0.96寸中景园电子的OLED显示屏-SPI接口

编程软件采用keil5

心率传感器:

MPU6050传感器:

体温测温模块

OLED显示屏:

硬件效果图:

工程源码截图：

项目源码下载地址: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/63992839

视频演示地址: https://live.csdn.net/v/182607

2. 项目源码介绍

2.1 计步功能实现代码

计步功能是通过MPU6050陀螺仪测量计算得到，下面贴出计步算法的核心实现代码.

/*******************************************************************************
文件名:         stepAlgorithm.c
描述   :        计步算法
*******************************************************************************/
​
#include "stepAlgorithm.h"
#include "rtc.h"
#include "math.h"
#include "mpu6050.h"
​
#define TRUE 1   
#define FALSE 0
#define VALUE_NUM 4
​
​
sportsInfo_t userSportsInfo;
//存放三轴数据  
float oriValues[3] = {0};    
//用于存放计算阈值的波峰波谷差值  
float tempValue[VALUE_NUM] ={0};  
int tempCount = 0;  
//是否上升的标志位  
u8 isDirectionUp = FALSE;  
//持续上升次数  
int continueUpCount = 0;  
//上一点的持续上升的次数，为了记录波峰的上升次数  
int continueUpFormerCount = 0;  
//上一点的状态，上升还是下降  
u8 lastStatus = FALSE;  
//波峰值  
float peakOfWave = 0;  
//波谷值  
float valleyOfWave = 0;  
//此次波峰的时间  
long timeOfThisPeak = 0;  
//上次波峰的时间  
long timeOfLastPeak = 0;  
//当前的时间  
long timeOfNow = 0;  
//当前传感器的值  
float gravityNew = 0;  
//上次传感器的值  
float gravityOld = 0;  
//动态阈值需要动态的数据，这个值用于这些动态数据的阈值  
float initialValue = (float) 1.3;  
//初始阈值  
float ThreadValue = (float) 2.0;
//三轴轴值
accValue_t accValue;
//行走信息:卡路里、里程、步数
static sportsInfo_t sportsInfo;
//计步缓存
static u8 stepTempCount =0;
​
/*******************************************************************************
* 函数名：onSensorChanged
* 功能描述： G-Sensor工作后会一直调用这个函数对三轴数据进行平方和开根号的处理  
*                   调用DetectorNewStep检测步子 
*                   
* 参数说明：  
*                 输入：
*                       pAccValue：G-sensor的原始数据
*                       timeStamp_p：动态时间戳
* 返回值说明：
* 修改记录：
*******************************************************************************/
sportsInfo_t *onSensorChanged(accValue_t *pAccValue,timeStamp_t *timeStamp_p,personInfo_t * personInfo) 
{  
  accValue_t *p = pAccValue;
  personInfo_t *userInfo = personInfo;
  timeStamp_t *time_p = timeStamp_p;
  oriValues[0] = p->accX;
  oriValues[1] = p->accY;
  oriValues[2] = p->accZ;
  //对三轴数据进行平方和开根号的处理 
  gravityNew = (float) sqrt(oriValues[0] * oriValues[0]+ oriValues[1] * oriValues[1] + oriValues[2] * oriValues[2]);  
  //检测步子
  return DetectorNewStep(gravityNew,time_p,userInfo); 
}  
​
​
/*******************************************************************************
* 函数名：DetectorNewStep
* 功能描述： 
*         步伐更新：如果检测到了波峰，并且符合时间差以及阈值的条件，则判定为1步       
*         阀值更新：符合时间差条件，波峰波谷差值大于initialValue，则将该差值纳入阈值的计算中       
* 参数说明：  
输入：
values：经过处理的G-sensor数据
timeStamp_p：时间戳
* 返回值说明：
* 修改记录：sportsInfo_t *onSensorChanged(accValue_t *pAccValue,timeStamp_t *timeStamp_p,personInfo_t * personInfo)
*******************************************************************************/
sportsInfo_t *DetectorNewStep(float values,timeStamp_t *timeStamp_p,personInfo_t * personInfo) 
{  
  static u32 time_old;
  personInfo_t *userInfo = personInfo;
  static u32 step_per_2_second;  //每两秒所走的步数
  float step_lenth,walk_speed,walk_distance,Calories;//步长
  u32 time_now;
  timeStamp_t *time_p = timeStamp_p;
  if (gravityOld == 0) 
  {  
    gravityOld = values;  
  } 
  else 
  {  
    if (DetectorPeak(values, gravityOld))//检测到波峰
    {  
      timeOfLastPeak = timeOfThisPeak;//更新上次波峰的时间  
      //将时间戳转换为以毫秒ms为单位
      time_now = timeOfNow = ((time_p->hour*60+time_p->minute)*60+time_p->second)*1000+time_p->twentyMsCount*20; //获取时间 ,并转化为毫秒
      //如果检测到了波峰，并且符合时间差以及阈值的条件，则判定为1步 
      if (  (timeOfNow - timeOfLastPeak >= 250 )//Jahol Fan 修改为300，防止轻微动都也会检测步子
          //&& (timeOfNow - timeOfLastPeak <= 2000)
          &&(peakOfWave - valleyOfWave >= ThreadValue)
            )
      {  
        timeOfThisPeak = timeOfNow; //更新此次波峰时间 
        
        
        stepTempCount++;//Jahol:加1为两步
        step_per_2_second ++;
        //Jahol:这样计算卡路里，不能滤除人为的误操作，导致的结果是:里程和卡路里偏大
        if((time_now - time_old) >= 2000 )    //如果时间过了2秒
        {
​
          if( 1 == step_per_2_second )                 
          {
            step_lenth = userInfo->height/5;
          }
          else if( 2 == step_per_2_second )
          {
            step_lenth = userInfo->height/4;
          }
          else if( 3 == step_per_2_second )
          {
            step_lenth = userInfo->height/3;
          }
          else if( 4 == step_per_2_second )
          {
            step_lenth = userInfo->height/2;
          }
          else if(5 == step_per_2_second)             //Jahol：为了使计步准确，设置上限值为5步，牺牲卡路里准确性
          {
            step_lenth = userInfo->height/1.2f;
          }
          else if( 7 == step_per_2_second )
          {
            step_lenth = userInfo->height;
          }
          else if(step_per_2_second >= 8)               //      step_diff>8
          {
            step_lenth = userInfo->height*1.2f;
          }
          else 
          {
            step_lenth = 0;
          }
          walk_speed = step_per_2_second*step_lenth/2;   //速度 ，单位：米/秒
          walk_distance  = step_per_2_second*step_lenth; //行走距离，单位：米
          Calories = 4.5f*walk_speed*(userInfo->weight/2)/1800;  //Jahol:weight是以kg为单位
          sportsInfo.calories  += Calories;
          sportsInfo.distance  += walk_distance;        
          time_old = time_now;         //更新时间
          step_per_2_second = 0;
          
        }   
        else 
        {
          //do nothing
        }       
        /* 
        * 处理无效运动： 
        * 1.连续记录5才开始计步 
        * 2.例如记录的步用户停住超过3秒，则前面的记录失效，下次从头开始 
        * 3.连续4记录了步用户还在运动，之前的数据才有效 
        * */                
        if ((stepTempCount< 5 )&&(timeOfNow - timeOfLastPeak >= 3000))          
        {
          stepTempCount = 0;
        }
        else if((stepTempCount>= 5)&&(timeOfNow - timeOfLastPeak <= 3000))
        {
          sportsInfo.stepCount += stepTempCount;          
          stepTempCount         = 0;                
        }
        else
        {
          //do nothing
        }
        
        
      }  
      //Jahol:更新阀值,问题:阀值不会一直变大，不能变小?
      if (timeOfNow - timeOfLastPeak >= 250  
          && (peakOfWave - valleyOfWave >= initialValue)) 
      {  
        timeOfThisPeak = timeOfNow;  
        ThreadValue = Peak_Valley_Thread(peakOfWave - valleyOfWave);//更新阀值  
      }  
    }  
  }  
  gravityOld = values;  
  return &sportsInfo;
}
​
/*******************************************************************************
* 函数名：DetectorPeak
* 功能描述： 
*检测波峰 。以下四个条件判断为波峰： 
*（1）目前点为下降的趋势：isDirectionUp为FALSE 
*（2）之前的点为上升的趋势：lastStatus为TRUE 
*（3）到波峰为止，持续上升大于等于2次
*（4）波峰值大于20 //Jahol:把这个值修改为15
*记录波谷值 ：
*（1）观察波形图，可以发现在出现步子的地方，波谷的下一个就是波峰，有比较明显的特征以及差值 
*（2）所以要记录每次的波谷值，为了和下次的波峰做对比     
* 参数说明：  
*       输入：
*           newValue：最新的经过处理的G-sensor数据
*           oldValue：前一个处理的G-sensor数据
* 返回值说明：
* 修改记录：
*******************************************************************************/
u8 DetectorPeak(float newValue, float oldValue) 
{  
  lastStatus = isDirectionUp;  
  if (newValue >= oldValue) //采样数据呈上升趋势
  {  
    isDirectionUp = TRUE;  
    continueUpCount++;  
  }
  else                      //数据呈下降趋势
  {  
    continueUpFormerCount = continueUpCount;  
    continueUpCount = 0;  
    isDirectionUp = FALSE;  
  }  
  
  if ((!isDirectionUp) && lastStatus  
      && (continueUpFormerCount >= 2 || oldValue >= 20))
    
  {  
    peakOfWave = oldValue;  
    return TRUE;  
  } 
  else if ((!lastStatus) && isDirectionUp) 
  {  
    valleyOfWave = oldValue;  
    return FALSE;  
  }
  else
  {  
    return FALSE;  
  }  
}
/*******************************************************************************
* 函数名：Peak_Valley_Thread
* 功能描述：  
*                   阈值的计算 
*                       1.通过波峰波谷的差值计算阈值 
*                       2.记录4个值，存入tempValue[]数组中 
*                       3.在将数组传入函数averageValue中计算阈值 
*                   
* 参数说明： 
* 返回值说明：
* 修改记录：
*******************************************************************************/
float Peak_Valley_Thread(float value) 
{  
  float tempThread = ThreadValue; 
  u8 i = 0;
  if (tempCount < VALUE_NUM)
  {  
    tempValue[tempCount] = value;  
    tempCount++;  
  } 
  else 
  {  
    tempThread = averageValue(tempValue, VALUE_NUM);//计算阀值  
    for ( i = 1;i < VALUE_NUM;i++)//线性移位更新
    {  
      tempValue[i - 1] = tempValue[i];  
    }  
    tempValue[VALUE_NUM - 1] = value;  
  }  
  return tempThread;  
  
}
​
/*******************************************************************************
* 函数名：averageValue
* 功能描述：  
*        梯度化阈值 
*           1.计算数组的均值 
*           2.通过均值将阈值梯度化在一个范围里 
*                   
* 参数说明： 
* 返回值说明：
* 修改记录：
*******************************************************************************/
float averageValue(float value[], int n)
{  
  float ave = 0;  
  u8 i =0;
  for ( i = 0; i < n; i++)
  {  
    ave += value[i];//求和  
  }  
  ave = ave / VALUE_NUM;//求平均值  
  if (ave >= 8)  
    ave = (float) 4.3;  //????
  else if (ave >= 7 && ave < 8)  
    ave = (float) 3.3;  
  else if (ave >= 4 && ave < 7)  
    ave = (float) 2.3;  
  else if (ave >= 3 && ave < 4)  
    ave = (float) 2.0;  
  else
  {  
    ave = (float) 1.3;  
  }  
  return ave;  
}
​
​
personInfo_t user_info;
u8 WatchInfo_init(void)
{
  WatchInfo_setUserInfo(170,134); //设置身高、体重用于计算卡路里消耗
    return 0;  //初始化成功返回0
}
/**********************************************************************************************************
 * 函数名：        WatchInfo_setUserInfo
 * 功能描述：      设置手表使用者的个人信息
 * 参数说明：  
 * 返回值说明：
 * 修改记录：
**********************************************************************************************************/
u8 WatchInfo_setUserInfo(u8 height,u8 weight)
{
    user_info.height = ((float)height)/100;
    user_info.weight = ((float)weight)/2;
  return 0;//成功 0
}
​
​
personInfo_t * WatchInfo_getUserInfo(u8 *error)
{
    u8 err;
    err = 0;//0表示获取成功
    error = &err;
  return &user_info;
}

2.2 ESP8266 WIFI模块

设备测量的数据最终通过WIFI传递给手机APP显示，下面列出ESP8266的核心代码。

#include "esp8266.h"
extern u8  USART3_RX_BUF[USART3_MAX_RECV_LEN];      //接收缓冲,最大USART3_MAX_RECV_LEN字节
extern u8  USART3_TX_BUF[USART3_MAX_SEND_LEN];      //发送缓冲,最大USART3_MAX_SEND_LEN字节
extern vu16 USART3_RX_STA;                                              //接收数据状态
​
/// 
//用户配置区
​
//连接端口号:8086,可自行修改为其他端口.
const u8 portnum[]="8089";       
​
//WIFI STA模式,设置要去连接的路由器无线参数,请根据你自己的路由器设置,自行修改.
const u8 wifista_ssid[]="wbyq1";            //路由器SSID号
const u8 wifista_encryption[]="wpa2_aes";   //wpa/wpa2 aes加密方式
const u8 wifista_password[]="123456789";    //连接密码
​
//WIFI AP模式,模块对外的无线参数,可自行修改.
const u8 wifiap_ssid[]="Cortex_M3";           //对外SSID号
const u8 wifiap_encryption[]="wpawpa2_aes"; //wpa/wpa2 aes加密方式
const u8 wifiap_password[]="12345678";        //连接密码 
​
​
/*
函数功能：向ESP82668266发送命令
函数参数：
                cmd:发送的命令字符串
                ack:期待的应答结果,如果为空,则表示不需要等待应答
                waittime:等待时间(单位:10ms)
返 回 值：
                 0,发送成功(得到了期待的应答结果)
         1,发送失败
*/
u8 ESP8266_SendCmd(u8 *cmd,u8 *ack,u16 waittime)
{
    u8 res=0; 
    USART3_RX_STA=0;
    UsartStringSend(USART3,cmd);//发送命令
    if(ack&&waittime)       //需要等待应答
    {
        while(--waittime)   //等待倒计时
        {
            DelayMs(10);
            if(USART3_RX_STA&0X8000)//接收到期待的应答结果
            {
                if(ESP8266_CheckCmd(ack))
                {
                    res=0;
                    //printf("cmd->ack:%s,%s\r\n",cmd,(u8*)ack);
                    break;//得到有效数据 
                }
                USART3_RX_STA=0;
            } 
        }
        if(waittime==0)res=1; 
    }
    return res;
}
​
​
/*
函数功能：ESP8266发送命令后,检测接收到的应答
函数参数：str:期待的应答结果
返 回 值：0,没有得到期待的应答结果
                 其他,期待应答结果的位置(str的位置)
*/
u8* ESP8266_CheckCmd(u8 *str)
{
    char *strx=0;
    if(USART3_RX_STA&0X8000)  //接收到一次数据了
    { 
        USART3_RX_BUF[USART3_RX_STA&0X7FFF]=0;//添加结束符
        strx=strstr((const char*)USART3_RX_BUF,(const char*)str); //查找是否应答成功
        printf("RX=%s",USART3_RX_BUF);
    }
    return (u8*)strx;
}
​
/*
函数功能：向ESP8266发送指定数据
函数参数：
                data:发送的数据(不需要添加回车)
                ack:期待的应答结果,如果为空,则表示不需要等待应答
                waittime:等待时间(单位:10ms)
返 回 值：0,发送成功(得到了期待的应答结果)luojian
*/
u8 ESP8266_SendData(u8 *data,u8 *ack,u16 waittime)
{
    u8 res=0; 
    USART3_RX_STA=0;
    UsartStringSend(USART3,data);//发送数据
    if(ack&&waittime)       //需要等待应答
    {
        while(--waittime)   //等待倒计时
        {
            DelayMs(10);
            if(USART3_RX_STA&0X8000)//接收到期待的应答结果
            {
                if(ESP8266_CheckCmd(ack))break;//得到有效数据 
                USART3_RX_STA=0;
            } 
        }
        if(waittime==0)res=1; 
    }
    return res;
}
    
    
​
/*
函数功能：ESP8266退出透传模式
返 回 值：0,退出成功;
         1,退出失败
*/
u8 ESP8266_QuitTrans(void)
{
    while((USART3->SR&0X40)==0);    //等待发送空
    USART3->DR='+';      
    DelayMs(15);                    //大于串口组帧时间(10ms)
    while((USART3->SR&0X40)==0);    //等待发送空
    USART3->DR='+';      
    DelayMs(15);                    //大于串口组帧时间(10ms)
    while((USART3->SR&0X40)==0);    //等待发送空
    USART3->DR='+';      
    DelayMs(500);                   //等待500ms
    return ESP8266_SendCmd("AT","OK",20);//退出透传判断.
}
​
​
/*
函数功能：获取ESP82668266模块的AP+STA连接状态
返 回 值：0，未连接;1,连接成功
*/
u8 ESP8266_ApStaCheck(void)
{
    if(ESP8266_QuitTrans())return 0;              //退出透传 
    ESP8266_SendCmd("AT+CIPSTATUS",":",50); //发送AT+CIPSTATUS指令,查询连接状态
    if(ESP8266_CheckCmd("+CIPSTATUS:0")&&
         ESP8266_CheckCmd("+CIPSTATUS:1")&&
         ESP8266_CheckCmd("+CIPSTATUS:2")&&
         ESP8266_CheckCmd("+CIPSTATUS:4"))
        return 0;
    else return 1;
}
​
​
/*
函数功能：获取ESP8266模块的连接状态
返 回 值：0,未连接;1,连接成功.
*/
u8 ESP8266_ConstaCheck(void)
{
    u8 *p;
    u8 res;
    if(ESP8266_QuitTrans())return 0;              //退出透传 
    ESP8266_SendCmd("AT+CIPSTATUS",":",50); //发送AT+CIPSTATUS指令,查询连接状态
    p=ESP8266_CheckCmd("+CIPSTATUS:"); 
    res=*p;                                                                 //得到连接状态    
    return res;
}
​
/*
函数功能：获取ip地址
函数参数：ipbuf:ip地址输出缓存区
*/
void ESP8266_GetWanip(u8* ipbuf)
{
      u8 *p,*p1;
        if(ESP8266_SendCmd("AT+CIFSR\r\n","OK",50))//获取WAN IP地址失败
        {
            ipbuf[0]=0;
            return;
        }       
        p=ESP8266_CheckCmd(""");
        p1=(u8*)strstr((const char*)(p+1),""");
        *p1=0;
        sprintf((char*)ipbuf,"%s",p+1); 
}
​
/*
函数功能：将收到的AT指令应答数据返回给电脑串口
参    数：mode:0,不清零USART3_RX_STA;
                             1,清零USART3_RX_STA;
*/
void ESP8266_AtResponse(u8 mode)
{
    if(USART3_RX_STA&0X8000)        //接收到一次数据了
    { 
        USART3_RX_BUF[USART3_RX_STA&0X7FFF]=0;//添加结束符
        printf("%s",USART3_RX_BUF); //发送到串口
        if(mode)USART3_RX_STA=0;
    } 
}
​
​
/*
函数功能：ESP8266 AP模式+TCP服务器模式测试
*/
void ESP8266_APorServer(void)
{
    u8 p[100],key;
    u8 ipbuf[20];
//  u32 rlen=0; //接收长度
//  u32 constate,t=0;
    while(ESP8266_SendCmd("AT\r\n","OK",20))//检查WIFI模块是否在线
    {
        ESP8266_QuitTrans();//退出透传
        ESP8266_SendCmd("AT+CIPMODE=0\r\n","OK",200);  //关闭透传模式 
        printf("未检测到模块，正在尝试连接模块...\r\n");
        DelayMs(800);
    }
    printf("ESP8266模块检测OK!\r\n");
    
    while(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n","OK",20)); //关闭回显
    
    printf("请用设备连接WIFI热点:%s,%s,%ss\r\n",(u8*)wifiap_ssid,(u8*)wifiap_encryption,(u8*)wifiap_password);
    
    /*1. 设置WIFI AP模式 */
    ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=2\r\n","OK",50);
    
    /*2. 重启模块 */
    ESP8266_SendCmd("AT+RST\r\n","OK",20);
    
    /*3. 延时3S等待重启成功*/
    DelayMs(1000);            
    DelayMs(1000);
    DelayMs(1000);
    
    /*5. 配置模块AP模式无线参数*/
    sprintf((char*)p,"AT+CWSAP="%s","%s",1,4\r\n",wifiap_ssid,wifiap_password); 
    ESP8266_SendCmd(p,"OK",1000);
    
    /*4. 设置多连接模式：0单连接，1多连接(服务器模式必须开启)*/
    ESP8266_SendCmd("AT+CIPMUX=1\r\n","OK",20); 
    
    /*5. 开启Server模式(0，关闭；1，打开)，端口号为portnum */
    sprintf((char*)p,"AT+CIPSERVER=1,%s\r\n",(u8*)portnum);
    ESP8266_SendCmd(p,"OK",50);
    
    /*6. 获取当前模块的IP*/
    ESP8266_GetWanip(ipbuf);//
    printf("IP地址:%s 端口:%s",ipbuf,(u8*)portnum);
  
    USART3_RX_STA=0; //清空串口的接收标志位
//  while(1)
//  {
//      key=GetKeyVal(1);//退出测试
//      if(key==1)
//      { 
//      printf("退出测试!\r\n");            
//          ESP8266_QuitTrans();    //退出透传
//          ESP8266_SendCmd("AT+CIPMODE=0","OK",20);   //关闭透传模式
//          break;                                               
//      }
//      else if(key==2) //发送数据 
//      {
//              ESP8266_SendCmd("AT+CIPSEND=0,12\r\n","OK",200); //设置发送数据长度为12个
//              ESP8266_SendData("ESP8266测试!","OK",100);       //发送指定长度的数据
//              DelayMs(200);
//      }
//      t++;
//      DelayMs(10);
//      if(USART3_RX_STA&0X8000)          //接收到一次数据了
//      { 
//          rlen=USART3_RX_STA&0X7FFF;  //得到本次接收到的数据长度
//          USART3_RX_BUF[rlen]=0;        //添加结束符 
//          printf("接收的数据: rlen=%d,%s",rlen,USART3_RX_BUF); //发送到串口   
//          USART3_RX_STA=0;
//          if(constate!=3)t=1000;        //状态为还未连接,立即更新连接状态
//          else t=0;                   //状态为已经连接了,10秒后再检查
//      }
//      if(t==1000)//连续10秒钟没有收到任何数据,检查连接是不是还存在.
//      {
            constate=ESP8266_ConstaCheck();//得到连接状态
            if(!constate)printf("连接失败!\r\n");
//          t=0;
//      }
//      if((t%20)==0)LED2=!LED2;
//      ESP8266_AtResponse(1);
//  }
}   

审核编辑：汤梓红