基于STM32L152V8的预警手环设计

重庆工程学院 邹春宇 张仁永 陈敬穆

基于STM32L152V8的预警手环设计

重庆工程学院 邹春宇 张仁永 陈敬穆

本设计基于STM32L152V8单片机采用LST1308反射式光电脉搏血氧传感器与MS5-607-02BA海拔高度传感器实现对人体的血氧饱和度监测与预警，同时实现所在海拔高度、大气压力、温度监测与显示。当使用者处于高海拔地区，发生高原反应造成血氧饱和度降低时，手环发出报警和提示，确保者得到警示。

高原反应；传感器；智能穿戴

1 引言

形成高原反应的主要原因是由于高度越高，空气含量越薄，因而空气压力越低，此时人体所处的环境中所需的氧气压力降低，导致身体缺少氧供应。高度越高，过渡时间越短，反应越严重。高原反应剧烈时可威胁到人的生命，高反症状剧烈之前，人体血氧饱和度就下降到正常值之下，所以往往症状剧烈时抢救时间紧张。正常人体血氧饱和度为94%-100%。

本设计利用LST1308反射式光电脉搏血氧传感器监测使用者的血氧饱和度，当血氧饱和度低于94%时，手环发出振动和蜂鸣提示，在人体剧烈反应危及生命之前提醒使用者采取措施。同时有海拔、气压与温度、时间显示功能。其结构简单，可穿戴式设备，超低功耗，可长时间运行，可低温高海拔地区使用。

2 硬件设计

图1 系统硬件设计

系统设计的硬件模块主要包括以下几个方面：

（1）电源模块

针对低功率、可穿戴式设备的功能要求，系统采用大容量可充电的锂电池，良好的放电特性为系统提供稳定可靠的运行保障。电源模块同时具有充电量计算电路，实时监控锂电池电源容量，当系统电源不足时，利用外部中断与单片机形成通信，并由LCD显示低电压报警。同时设计也有USB接口，也可以连接PC机，无需外接电源。

（2）STM32L152V8单片机模块

STM32L152V8单片机采用创新的工艺平台，不同的工作电压模式，造就了低功耗的优势，可以满足使用者长时间穿戴运行。具有自带的RTC模块，能够为系统提供准确的时间。同时用户闪存达128KB，可以存储软件代码。其SPI接口连接SD卡存储，存储人体血氧数据和周围环境数据以及系统时间。该单片机还集成USB2.0接口，支持系统与上位机之间的数据传输功能。由于内置LCD驱动，可以简化设计。由此可见，采用STM32L152V8单片机作为本设计的微处理器，是满足需求和帮助简化设计的。

（3）LST1308传感器模块

LST1308反射式光电血氧传感器把红外光和红光两个LED和环境监测IC集成在一个封装，测量时不用夹住部位，只需要贴上皮肤表面就可以精确测量。由于血液中血红蛋白和氧合血红蛋白对红外光和红光的吸收比率不同，所以通过测量反射光的吸收光谱就可以完成血氧检测。同时LST1308的发光波长完全符合脉搏血氧仪要求的波长范围，所以测量精度很高。由于光源的发射和接收装置的光传输等距离对称，接收透射光时，这种方法可以更好地反映心率时间节奏，但不能准确测量血容量的变化；而对于发射源和环境监测，反射型氧脉冲传感器LST1308与IC位于同一侧的位置，接收漫射光后，信号可以准确的测量血容量的变化。

（4）MS5607-02BA传感器模块

MS5607-02BA是一款优秀的24位数字压力传感器，其垂直高度分辨率甚至达到20cm。此传感器的压力范围为10～1300mbar，分辨率为8位时，转换速度可达分辨率高达0.6ms；分辨率为24位转换速度为8.3ms。电流消耗每秒转换为0.9uA（8位）至12.5uA（24位），分辨率将与转换时的最佳应用电源性能相匹配。传感器的尺寸是5×3×1mm非常适合嵌入式智能设备，并且同时还提供精确的温度测量。传感器是功耗非常低的压力传感器模块。同时在此模块还配备有24位低功耗A/D转换器。

（5）人机交互模块

本设计搭载按键与LCD显示屏，可实现人机交互。完成系统复位、系统时间设定、血氧饱和度实时显示、海拔高度实时显示、环境温度实时显示、低电压报警、低血氧报警振动蜂鸣等功能。同时，由于本设计搭载有USB2.0接口，支持USB2.0协议，除了用于锂电池充电，还可用于PC读取复制SD卡储存模块的数据文件，便于上位机分析数据。

3 软件设计

图2 软件设计

本设计软件流程如图2所示，系统开启后将自动更新系统时间，完成中断计数Count++,完成系统判断后进行LST1308反射式光电血氧传感器与MS5607-02BA海拔高度传感器的数据采集，然后对数据进行算法的计算，得到相应标准单位的血氧饱和度与海拔高度值等，然后按固定的格式存储到字符串string，再完成一个数据导入储存的功能。其结果便可使得具体数值显示到LCD显示屏。同时由于设定有血氧饱和度上限，血氧浓度值低于94%会发出振动和蜂鸣提示用户。从而达到提醒作用，在高反症状危及生命之前让使用者得到采取措施的提示。

4 功能与意义

随着大众消费水平提高，越来越多的人有条件旅游，而西藏等高原地区也越来越得到游客的青睐。但是西藏等高原旅游景区却存在有高原反应这一隐藏的危险。本设计就是在用户感觉到身体不适之前，及时预警，使得用户提前采取吸氧等缓解措施。当用户吸氧也不能维持正常血氧饱和度时，就该更为谨慎的选择是否继续提高海拔高度等问题。对减少高原地区游客和工作者因为不知道身体极限和情况而使自己陷入危难的情况，提出警示作用，提高高原地区游客和工作者的享受体验。

[1]黄庆愿,高钰琪,刘福玉,牟信兵,周其全,蒋春华,翟羽.急性高原反应相关因素的多元线性回归分析[A].第三军医大学学报,2006(12).

[2]方启超.血氧饱和度检测技术研究[D].南京理工大学,2013.

[3]龚渝顺.穿戴式抗运动干扰血氧饱和度监测技术研究[D].第三军医大学,2012.

[4]杨泽,王击,刘亮.基于MS5607B的移动气压高度计的设计[A].传感器世界,2011.

[5]戴仲岩.反射式脉搏血氧动态监测系统的设计及关键技术研究[D].中南大学,2012.

邹春宇（1996—），男，重庆长寿人，大学本科，现就读于重庆工程学院，研究方向：信息处理技术。

2015年国家级大学生创新创业训练计划项目（201512608094）；2016年国家级大学生创新训练计划项目（201612608095）。

张仁永（1988—），男，山东日照人，硕士，讲师，研究方向：交通安全与智能控制。