1. 項目介紹

本文介紹的項目是基于STM32設計的健康檢測設備，支持體溫測量，心率檢測，支持運動計步(采用MPU6050陀螺儀實現),支持WIFI傳輸數據到手機APP打印顯示。

硬件環境介紹:

MCU采用STM32F103C8T6

心率傳感器采用PulseSensor

體溫檢測傳感器采用紅外測溫傳感器

運動計步功能采用MPU6050陀螺儀實現

OLED顯示屏采用0.96寸中景園電子的OLED顯示屏-SPI接口

編程軟件采用keil5

心率傳感器:

MPU6050傳感器:

體溫測溫模塊

OLED顯示屏:

硬件效果圖:

工程源碼截圖：

項目源碼下載地址: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/63992839

視頻演示地址: https://live.csdn.net/v/182607

2. 項目源碼介紹

2.1 計步功能實現代碼

計步功能是通過MPU6050陀螺儀測量計算得到，下面貼出計步算法的核心實現代碼.

/*******************************************************************************
文件名:         stepAlgorithm.c
描述   :        計步算法
*******************************************************************************/
?
#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;
//存放三軸數據  
float oriValues[3] = {0};    
//用于存放計算閾值的波峰波谷差值  
float tempValue[VALUE_NUM] ={0};  
int tempCount = 0;  
//是否上升的標志位  
u8 isDirectionUp = FALSE;  
//持續上升次數  
int continueUpCount = 0;  
//上一點的持續上升的次數，為了記錄波峰的上升次數  
int continueUpFormerCount = 0;  
//上一點的狀態，上升還是下降  
u8 lastStatus = FALSE;  
//波峰值  
float peakOfWave = 0;  
//波谷值  
float valleyOfWave = 0;  
//此次波峰的時間  
long timeOfThisPeak = 0;  
//上次波峰的時間  
long timeOfLastPeak = 0;  
//當前的時間  
long timeOfNow = 0;  
//當前傳感器的值  
float gravityNew = 0;  
//上次傳感器的值  
float gravityOld = 0;  
//動態閾值需要動態的數據，這個值用于這些動態數據的閾值  
float initialValue = (float) 1.3;  
//初始閾值  
float ThreadValue = (float) 2.0;
//三軸軸值
accValue_t accValue;
//行走信息:卡路里、里程、步數
static sportsInfo_t sportsInfo;
//計步緩存
static u8 stepTempCount =0;
?
/*******************************************************************************
* 函數名：onSensorChanged
* 功能描述： G-Sensor工作后會一直調用這個函數對三軸數據進行平方和開根號的處理  
*                   調用DetectorNewStep檢測步子 
*                   
* 參數說明：  
*                 輸入：
*                       pAccValue：G-sensor的原始數據
*                       timeStamp_p：動態時間戳
* 返回值說明：
* 修改記錄：
*******************************************************************************/
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;
  //對三軸數據進行平方和開根號的處理 
  gravityNew = (float) sqrt(oriValues[0] * oriValues[0]+ oriValues[1] * oriValues[1] + oriValues[2] * oriValues[2]);  
  //檢測步子
  return DetectorNewStep(gravityNew,time_p,userInfo); 
}  
?
?
/*******************************************************************************
* 函數名：DetectorNewStep
* 功能描述： 
*         步伐更新：如果檢測到了波峰，并且符合時間差以及閾值的條件，則判定為1步       
*         閥值更新：符合時間差條件，波峰波谷差值大于initialValue，則將該差值納入閾值的計算中       
* 參數說明：  
輸入：
values：經過處理的G-sensor數據
timeStamp_p：時間戳
* 返回值說明：
* 修改記錄：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;  //每兩秒所走的步數
  float step_lenth,walk_speed,walk_distance,Calories;//步長
  u32 time_now;
  timeStamp_t *time_p = timeStamp_p;
  if (gravityOld == 0) 
  {  
    gravityOld = values;  
  } 
  else 
  {  
    if (DetectorPeak(values, gravityOld))//檢測到波峰
    {  
      timeOfLastPeak = timeOfThisPeak;//更新上次波峰的時間  
      //將時間戳轉換為以毫秒ms為單位
      time_now = timeOfNow = ((time_p->hour*60+time_p->minute)*60+time_p->second)*1000+time_p->twentyMsCount*20; //獲取時間 ,并轉化為毫秒
      //如果檢測到了波峰，并且符合時間差以及閾值的條件，則判定為1步 
      if (  (timeOfNow - timeOfLastPeak >= 250 )//Jahol Fan 修改為300，防止輕微動都也會檢測步子
          //&& (timeOfNow - timeOfLastPeak <= 2000)
          &&(peakOfWave - valleyOfWave >= ThreadValue)
            )
      {  
        timeOfThisPeak = timeOfNow; //更新此次波峰時間 
        
        
        stepTempCount++;//Jahol:加1為兩步
        step_per_2_second ++;
        //Jahol:這樣計算卡路里，不能濾除人為的誤操作，導致的結果是:里程和卡路里偏大
        if((time_now - time_old) >= 2000 )    //如果時間過了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：為了使計步準確，設置上限值為5步，犧牲卡路里準確性
          {
            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 ，單位：米/秒
          walk_distance  = step_per_2_second*step_lenth; //行走距離，單位：米
          Calories = 4.5f*walk_speed*(userInfo->weight/2)/1800;  //Jahol:weight是以kg為單位
          sportsInfo.calories  += Calories;
          sportsInfo.distance  += walk_distance;        
          time_old = time_now;         //更新時間
          step_per_2_second = 0;
          
        }   
        else 
        {
          //do nothing
        }       
        /* 
        * 處理無效運動： 
        * 1.連續記錄5才開始計步 
        * 2.例如記錄的步用戶停住超過3秒，則前面的記錄失效，下次從頭開始 
        * 3.連續4記錄了步用戶還在運動，之前的數據才有效 
        * */                
        if ((stepTempCount< 5 )&&(timeOfNow - timeOfLastPeak >= 3000))          
        {
          stepTempCount = 0;
        }
        else if((stepTempCount>= 5)&&(timeOfNow - timeOfLastPeak <= 3000))
        {
          sportsInfo.stepCount += stepTempCount;          
          stepTempCount         = 0;                
        }
        else
        {
          //do nothing
        }
        
        
      }  
      //Jahol:更新閥值,問題:閥值不會一直變大，不能變小?
      if (timeOfNow - timeOfLastPeak >= 250  
          && (peakOfWave - valleyOfWave >= initialValue)) 
      {  
        timeOfThisPeak = timeOfNow;  
        ThreadValue = Peak_Valley_Thread(peakOfWave - valleyOfWave);//更新閥值  
      }  
    }  
  }  
  gravityOld = values;  
  return &sportsInfo;
}
?
/*******************************************************************************
* 函數名：DetectorPeak
* 功能描述： 
*檢測波峰 。以下四個條件判斷為波峰： 
*（1）目前點為下降的趨勢：isDirectionUp為FALSE 
*（2）之前的點為上升的趨勢：lastStatus為TRUE 
*（3）到波峰為止，持續上升大于等于2次
*（4）波峰值大于20 //Jahol:把這個值修改為15
*記錄波谷值 ：
*（1）觀察波形圖，可以發現在出現步子的地方，波谷的下一個就是波峰，有比較明顯的特征以及差值 
*（2）所以要記錄每次的波谷值，為了和下次的波峰做對比     
* 參數說明：  
*       輸入：
*           newValue：最新的經過處理的G-sensor數據
*           oldValue：前一個處理的G-sensor數據
* 返回值說明：
* 修改記錄：
*******************************************************************************/
u8 DetectorPeak(float newValue, float oldValue) 
{  
  lastStatus = isDirectionUp;  
  if (newValue >= oldValue) //采樣數據呈上升趨勢
  {  
    isDirectionUp = TRUE;  
    continueUpCount++;  
  }
  else                      //數據呈下降趨勢
  {  
    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;  
  }  
}
/*******************************************************************************
* 函數名：Peak_Valley_Thread
* 功能描述：  
*                   閾值的計算 
*                       1.通過波峰波谷的差值計算閾值 
*                       2.記錄4個值，存入tempValue[]數組中 
*                       3.在將數組傳入函數averageValue中計算閾值 
*                   
* 參數說明： 
* 返回值說明：
* 修改記錄：
*******************************************************************************/
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);//計算閥值  
    for ( i = 1;i < VALUE_NUM;i++)//線性移位更新
    {  
      tempValue[i - 1] = tempValue[i];  
    }  
    tempValue[VALUE_NUM - 1] = value;  
  }  
  return tempThread;  
  
}
?
/*******************************************************************************
* 函數名：averageValue
* 功能描述：  
*        梯度化閾值 
*           1.計算數組的均值 
*           2.通過均值將閾值梯度化在一個范圍里 
*                   
* 參數說明： 
* 返回值說明：
* 修改記錄：
*******************************************************************************/
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); //設置身高、體重用于計算卡路里消耗
    return 0;  //初始化成功返回0
}
/**********************************************************************************************************
 * 函數名：        WatchInfo_setUserInfo
 * 功能描述：      設置手表使用者的個人信息
 * 參數說明：  
 * 返回值說明：
 * 修改記錄：
**********************************************************************************************************/
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表示獲取成功
    error = &err;
  return &user_info;
}

2.2 ESP8266 WIFI模塊

設備測量的數據最終通過WIFI傳遞給手機APP顯示，下面列出ESP8266的核心代碼。

#include "esp8266.h"
extern u8  USART3_RX_BUF[USART3_MAX_RECV_LEN];      //接收緩沖,最大USART3_MAX_RECV_LEN字節
extern u8  USART3_TX_BUF[USART3_MAX_SEND_LEN];      //發送緩沖,最大USART3_MAX_SEND_LEN字節
extern vu16 USART3_RX_STA;                                              //接收數據狀態
?
/// 
//用戶配置區
?
//連接端口號:8086,可自行修改為其他端口.
const u8 portnum[]="8089";       
?
//WIFI STA模式,設置要去連接的路由器無線參數,請根據你自己的路由器設置,自行修改.
const u8 wifista_ssid[]="wbyq1";            //路由器SSID號
const u8 wifista_encryption[]="wpa2_aes";   //wpa/wpa2 aes加密方式
const u8 wifista_password[]="123456789";    //連接密碼
?
//WIFI AP模式,模塊對外的無線參數,可自行修改.
const u8 wifiap_ssid[]="Cortex_M3";           //對外SSID號
const u8 wifiap_encryption[]="wpawpa2_aes"; //wpa/wpa2 aes加密方式
const u8 wifiap_password[]="12345678";        //連接密碼 
?
?
/*
函數功能：向ESP82668266發送命令
函數參數：
                cmd:發送的命令字符串
                ack:期待的應答結果,如果為空,則表示不需要等待應答
                waittime:等待時間(單位:10ms)
返 回 值：
                 0,發送成功(得到了期待的應答結果)
         1,發送失敗
*/
u8 ESP8266_SendCmd(u8 *cmd,u8 *ack,u16 waittime)
{
    u8 res=0; 
    USART3_RX_STA=0;
    UsartStringSend(USART3,cmd);//發送命令
    if(ack&&waittime)       //需要等待應答
    {
        while(--waittime)   //等待倒計時
        {
            DelayMs(10);
            if(USART3_RX_STA&0X8000)//接收到期待的應答結果
            {
                if(ESP8266_CheckCmd(ack))
                {
                    res=0;
                    //printf("cmd->ack:%s,%s\r\n",cmd,(u8*)ack);
                    break;//得到有效數據 
                }
                USART3_RX_STA=0;
            } 
        }
        if(waittime==0)res=1; 
    }
    return res;
}
?
?
/*
函數功能：ESP8266發送命令后,檢測接收到的應答
函數參數：str:期待的應答結果
返 回 值：0,沒有得到期待的應答結果
                 其他,期待應答結果的位置(str的位置)
*/
u8* ESP8266_CheckCmd(u8 *str)
{
    char *strx=0;
    if(USART3_RX_STA&0X8000)  //接收到一次數據了
    { 
        USART3_RX_BUF[USART3_RX_STA&0X7FFF]=0;//添加結束符
        strx=strstr((const char*)USART3_RX_BUF,(const char*)str); //查找是否應答成功
        printf("RX=%s",USART3_RX_BUF);
    }
    return (u8*)strx;
}
?
/*
函數功能：向ESP8266發送指定數據
函數參數：
                data:發送的數據(不需要添加回車)
                ack:期待的應答結果,如果為空,則表示不需要等待應答
                waittime:等待時間(單位:10ms)
返 回 值：0,發送成功(得到了期待的應答結果)luojian
*/
u8 ESP8266_SendData(u8 *data,u8 *ack,u16 waittime)
{
    u8 res=0; 
    USART3_RX_STA=0;
    UsartStringSend(USART3,data);//發送數據
    if(ack&&waittime)       //需要等待應答
    {
        while(--waittime)   //等待倒計時
        {
            DelayMs(10);
            if(USART3_RX_STA&0X8000)//接收到期待的應答結果
            {
                if(ESP8266_CheckCmd(ack))break;//得到有效數據 
                USART3_RX_STA=0;
            } 
        }
        if(waittime==0)res=1; 
    }
    return res;
}
    
    
?
/*
函數功能：ESP8266退出透傳模式
返 回 值：0,退出成功;
         1,退出失敗
*/
u8 ESP8266_QuitTrans(void)
{
    while((USART3->SR&0X40)==0);    //等待發送空
    USART3->DR='+';      
    DelayMs(15);                    //大于串口組幀時間(10ms)
    while((USART3->SR&0X40)==0);    //等待發送空
    USART3->DR='+';      
    DelayMs(15);                    //大于串口組幀時間(10ms)
    while((USART3->SR&0X40)==0);    //等待發送空
    USART3->DR='+';      
    DelayMs(500);                   //等待500ms
    return ESP8266_SendCmd("AT","OK",20);//退出透傳判斷.
}
?
?
/*
函數功能：獲取ESP82668266模塊的AP+STA連接狀態
返 回 值：0，未連接;1,連接成功
*/
u8 ESP8266_ApStaCheck(void)
{
    if(ESP8266_QuitTrans())return 0;              //退出透傳 
    ESP8266_SendCmd("AT+CIPSTATUS",":",50); //發送AT+CIPSTATUS指令,查詢連接狀態
    if(ESP8266_CheckCmd("+CIPSTATUS:0")&&
         ESP8266_CheckCmd("+CIPSTATUS:1")&&
         ESP8266_CheckCmd("+CIPSTATUS:2")&&
         ESP8266_CheckCmd("+CIPSTATUS:4"))
        return 0;
    else return 1;
}
?
?
/*
函數功能：獲取ESP8266模塊的連接狀態
返 回 值：0,未連接;1,連接成功.
*/
u8 ESP8266_ConstaCheck(void)
{
    u8 *p;
    u8 res;
    if(ESP8266_QuitTrans())return 0;              //退出透傳 
    ESP8266_SendCmd("AT+CIPSTATUS",":",50); //發送AT+CIPSTATUS指令,查詢連接狀態
    p=ESP8266_CheckCmd("+CIPSTATUS:"); 
    res=*p;                                                                 //得到連接狀態    
    return res;
}
?
/*
函數功能：獲取ip地址
函數參數：ipbuf:ip地址輸出緩存區
*/
void ESP8266_GetWanip(u8* ipbuf)
{
      u8 *p,*p1;
        if(ESP8266_SendCmd("AT+CIFSR\r\n","OK",50))//獲取WAN IP地址失敗
        {
            ipbuf[0]=0;
            return;
        }       
        p=ESP8266_CheckCmd(""");
        p1=(u8*)strstr((const char*)(p+1),""");
        *p1=0;
        sprintf((char*)ipbuf,"%s",p+1); 
}
?
/*
函數功能：將收到的AT指令應答數據返回給電腦串口
參    數：mode:0,不清零USART3_RX_STA;
                             1,清零USART3_RX_STA;
*/
void ESP8266_AtResponse(u8 mode)
{
    if(USART3_RX_STA&0X8000)        //接收到一次數據了
    { 
        USART3_RX_BUF[USART3_RX_STA&0X7FFF]=0;//添加結束符
        printf("%s",USART3_RX_BUF); //發送到串口
        if(mode)USART3_RX_STA=0;
    } 
}
?
?
/*
函數功能：ESP8266 AP模式+TCP服務器模式測試
*/
void ESP8266_APorServer(void)
{
    u8 p[100],key;
    u8 ipbuf[20];
//  u32 rlen=0; //接收長度
//  u32 constate,t=0;
    while(ESP8266_SendCmd("AT\r\n","OK",20))//檢查WIFI模塊是否在線
    {
        ESP8266_QuitTrans();//退出透傳
        ESP8266_SendCmd("AT+CIPMODE=0\r\n","OK",200);  //關閉透傳模式 
        printf("未檢測到模塊，正在嘗試連接模塊...\r\n");
        DelayMs(800);
    }
    printf("ESP8266模塊檢測OK!\r\n");
    
    while(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n","OK",20)); //關閉回顯
    
    printf("請用設備連接WIFI熱點:%s,%s,%ss\r\n",(u8*)wifiap_ssid,(u8*)wifiap_encryption,(u8*)wifiap_password);
    
    /*1. 設置WIFI AP模式 */
    ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=2\r\n","OK",50);
    
    /*2. 重啟模塊 */
    ESP8266_SendCmd("AT+RST\r\n","OK",20);
    
    /*3. 延時3S等待重啟成功*/
    DelayMs(1000);            
    DelayMs(1000);
    DelayMs(1000);
    
    /*5. 配置模塊AP模式無線參數*/
    sprintf((char*)p,"AT+CWSAP="%s","%s",1,4\r\n",wifiap_ssid,wifiap_password); 
    ESP8266_SendCmd(p,"OK",1000);
    
    /*4. 設置多連接模式：0單連接，1多連接(服務器模式必須開啟)*/
    ESP8266_SendCmd("AT+CIPMUX=1\r\n","OK",20); 
    
    /*5. 開啟Server模式(0，關閉；1，打開)，端口號為portnum */
    sprintf((char*)p,"AT+CIPSERVER=1,%s\r\n",(u8*)portnum);
    ESP8266_SendCmd(p,"OK",50);
    
    /*6. 獲取當前模塊的IP*/
    ESP8266_GetWanip(ipbuf);//
    printf("IP地址:%s 端口:%s",ipbuf,(u8*)portnum);
  
    USART3_RX_STA=0; //清空串口的接收標志位
//  while(1)
//  {
//      key=GetKeyVal(1);//退出測試
//      if(key==1)
//      { 
//      printf("退出測試!\r\n");            
//          ESP8266_QuitTrans();    //退出透傳
//          ESP8266_SendCmd("AT+CIPMODE=0","OK",20);   //關閉透傳模式
//          break;                                               
//      }
//      else if(key==2) //發送數據 
//      {
//              ESP8266_SendCmd("AT+CIPSEND=0,12\r\n","OK",200); //設置發送數據長度為12個
//              ESP8266_SendData("ESP8266測試!","OK",100);       //發送指定長度的數據
//              DelayMs(200);
//      }
//      t++;
//      DelayMs(10);
//      if(USART3_RX_STA&0X8000)          //接收到一次數據了
//      { 
//          rlen=USART3_RX_STA&0X7FFF;  //得到本次接收到的數據長度
//          USART3_RX_BUF[rlen]=0;        //添加結束符 
//          printf("接收的數據: rlen=%d,%s",rlen,USART3_RX_BUF); //發送到串口   
//          USART3_RX_STA=0;
//          if(constate!=3)t=1000;        //狀態為還未連接,立即更新連接狀態
//          else t=0;                   //狀態為已經連接了,10秒后再檢查
//      }
//      if(t==1000)//連續10秒鐘沒有收到任何數據,檢查連接是不是還存在.
//      {
            constate=ESP8266_ConstaCheck();//得到連接狀態
            if(!constate)printf("連接失敗!\r\n");
//          t=0;
//      }
//      if((t%20)==0)LED2=!LED2;
//      ESP8266_AtResponse(1);
//  }
}