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基于NRF51822的可穿戴心率监测及防丢系统设计

【摘要】:近年来,随着智能可穿戴技术的快速发展和日益完善,越来越多的智能可穿戴产品出现在我们的生活中。而且这些智能可穿戴产品涉及的领域也从最开始的娱乐信息领域拓展到了运动生活和医疗保健等领域。智能可穿戴产品的出现,使人们的生活变得日益智能化。基于智能可穿戴技术的背景,结合近几年常有儿童被遗忘在汽车里而发生危险的现实情况,本文将设计一款专门用于预防此类事故发生的儿童可穿戴心率监测及防丢系统。这款系统与市面上已经出现的其他儿童防丢系统的不同之处在于,市面上的儿童防丢产品大都仅仅是基于防止儿童丢失的目的设计的。一些简易的防丢器只是通过距离设置来实现简单的防丢功能,这种防丢产品一般精确度不高。而一些高端的儿童防丢产品则加入了GPS定位、GSM位置查询和GPRS通信等技术来对儿童的位置信息进行追踪。这类产品虽然功能强大,但费用较高而且对于预防儿童被遗忘在汽车里而发生危险这类事件来说有点大材小用。所以本文针对上述问题设计了这款基于NRF51822可穿戴的心率监测及防丢系统。本系统的创新之处在于,除了具有丢失提醒的功能外还添加了心率监测功能,只要在通信连接范围内,在孩子被锁在车里的情况下,家长也可以通过心率监测来查看孩子的状态,避免意外的发生。本系统的设计将对预防儿童被遗忘在车里而发生危险这类事故的发生具有重要意义。本系统的设计是基于一款蓝牙4.0BLE芯片NRF51822,结合心率传感器,心率算法及RSSI测距技术,利用BLE无线通信技术与安卓智能手机进行通信的一款可穿戴心率监测及防丢系统。该系统整体上分为了两个个部分,一部分是穿戴在儿童身上的智能可穿戴产品,本文定义为从机,这也是本文将重点研究的部分。二是家长随身携带的智能安卓手机,本文定义为主机。其中,从机和主机之间的通信方式,本文将采用蓝牙4.0BLE技术完成主从机的数据交互。该系统预期实现的整体功能为,当从机与主机通过BLE技术连接时,主机即可对从机的佩戴者进行心率监测,当佩戴者的心率超出主机中的预设心率范围时,主机就会报警进行提示,从而达到对儿童的心率监测的目的。防丢功能则是基于RSSI测距原理的基础上实现的,当从机与主机的距离超出主机的预设距离范围时,主机会发出报警信号来提醒主机携带者,从机已丢失,从而达到防遗忘的目的。从机和主机之间的通信方式是本系统设计的重要环节之一,所以本文将在第2章对蓝牙4.0BLE技术进行详细介绍,包括蓝牙的发展历程,蓝牙4.0BLE的技术特点、协议栈特点及网络拓扑结构的特点。除此之外,作为系统的两个重要功能模块,即心率监测模块和防丢模块。本文也将在第二章对它们所涉及的技术进行介绍,如:心率监测模块用到的心率采集技术和防丢模块涉及到的测距技术。在对从机的硬件设计上,本文将采用模块化设计,即把从机在硬件结构上细分成各个模块进行设计。从机从总体上包括三大模块,即控制器模块、心率采集模块和电源模块。其中对控制器模块的设计,是基于主控芯片NRF51822进行一系列的外围配置电路设计,如:时钟电路设计、复位电路设计天线匹配电路的设计。心率采集模块主要是通过传感器完成对心率信号的采集和处理。而在电源模块的设计上,本文不仅要对供电模块进行设计,还将增加充电模块和电池电量检测模块的硬件电路设计。本文对从机的软件设计主要是对主控芯片NRF51822进行程序设计。本文将从通信链路的建立,心率监测功能的实现,RSSI防丢功能的实现和电池电量检测功能的实现这四方面进行设计。在这部分中,也将对涉及到的心率算法和RSSI测距原理进行详细介绍。最后,本文将通过两种方法对系统功能进行测试。一是通过抓取蓝牙广播通道和数据通道的数据包,对数据进行分析来判断系统功能。二是通过对应的APP对系统进行功能验证。

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1 赵文苓;基于NRF51822的可穿戴心率监测及防丢系统设计[D];成都理工大学;2017年
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