搜索
第五届广东大学生科技学术节活动之首届大学生电子创新设计大赛作品设计报告作品名称基于WSN的智能家庭环境监测和人体监护系统姓名邱立靖王堪佑陈海亮学校名称广东石油化工学院指导教师柯文德摘要本设计是多通信、多功能的健康监护系统。该系统既像你专属的家庭环境管家，为你监测室内环境的各项指标，也是你的一旦发现异常即刻通过App推送消息报警，并提出针对你和家人的专属建议。不论你在世界的任何一个角落，只要有网络，家里的环境状况和家人的身体、运动状况尽在掌握。本设计以STM32为主控，由自主设计的PCB电路板和Androidapp组成，主控板负责监测环境和人体状态，app查看积累的数据和获取建议。以简单的设计、较低的成本实现了对家人和自己生活环境和自身状况的监护。我们将具体介绍这款机器人的制作的全部过程。关键词：多通信，多功能，健康监护系统STM32，PCB电路板，Androidapp基于WSN的智能家庭环境监测和人体监护系统设计报告1项目背景（1）重要性一方面，我们平均每一天要呼吸大概10000升空气，大家都很关心室外的空气质量，殊不知，其实一天中有80%的时间我们是待在室内的，而近年来空气质量呈现下降趋势，室内的环境质量对我们的健康影响很大；另一方面，适度的运动量让人精神状态和工作效率提高，过度的运动量危害人体健康。（2）新技术市场出现了很多的新物联网技术，现在的监测类产品更智能更加精确，新技术的运用使环境监测产品的价格不断降低，产品即将面临更新换代。2项目概述（1）新技术智能家庭环境监测和人体监护图2.1作品原理图蓝牙蓝牙ESP8266WIFINRF24L01ESP8266WIFI图2.2作品系统总体框图3作品介绍3.1硬件组成部分图3.1.1家庭环境检测系统家庭环境检测系统（数据采集）健康手表（信息显示、人体运动记录）手机蓝牙串口助手（信息实时显示）手机Androidapp（信息记录）图3.1.2健康手表监护系统图3.1.3卧室环境检测系统3.2传感器介绍○1NRF24L01无线射频模块介绍：智能家庭环境系统和人体监护系统通过NRF24L01进行信息交互。图3.2.1NRF24L01无线射频模块外观图○2ATK-NEO6MGPS模块介绍：体积小，性能优异，准确定位。图3.2.2ATK-NEO-6MGPS模块外观图○3ATK-SIM900AGSM(GPRS)模块介绍：图3.2.3ATK-SIM900AGSM(GPRS)模块外观图通过与STM32主控板连接实现一键拨号的功能。○4HC-05蓝牙模块介绍：智能家庭环境系统通过蓝牙，将采集到的数据传输到手机上的蓝牙串口助手显示出来，方便用户查看当前环境信息。图3.2.4ATK-HC05模块外观图3.3电路原理图设计STM32F103RCT6作为MCU，它拥有的资源包括：48KBSRAM、256KBFLASH、2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个DMA控制器（共12个通道）、3个SPI、2个IIC、5个串口、1个USB、1个CAN、3个12位ADC、1个12位DAC、1个SDIO接口及51个通用IO口。该芯片性价比极高。MCU主控电路：图3.3.1MCU部分电路图上图中中上部的BOOT1用于设置STM32的启动方式，其对应启动模式如下表所示：图3,3.2BOOT0、BOOT1启动模式表按键电路：KEY0和KEY1用作普通按键输入，分别连接在PC5和PA15上，其中PA15和JTDI共用了，所以，在使用KEY0和KEY1的时候，就不能使用JTAG来调试了，但是可以用SWD调试，这点在使用的时候要注意。KEY0和KEY1还和PS/2的DAT和CLK线共用。液晶显示电路：TFT_LCD是一个通用的液晶模块接口。OLED是一个给OLED显示模块供电的接口，它和TFT_LCD拼接在一起。当使用TFTLCD时，我们接到TFT_LCD上（靠右插）就可以了，而当我们使用ALIENTEK的OLED模块时，则接OLED排针做电源，同时会连接到TFT_LCD上（靠左插）的部分管脚，从而实现OLED与MCU的连接。STM32的LCD接口兼容ALIENTEK各种尺寸的TFTLCD模块，包括：2.4寸(320*240，电阻屏)、2.8寸（320*240，电阻屏）、3.5寸（480*320，电阻屏）、4.3寸（800*480，电容屏）、7寸（800*480，电容屏）等，同时还兼容ALIENTEK的0.96寸OLED模块。USB串口、USB、电源电路：USB电源+5V通过AMS1117-3.3的稳压芯片降压到3.3V供给MCU,回路中有500mA的自恢复保险丝进行保护。通过F1（自恢复保险丝）接到右侧，在正常工作的情况下，保险丝可以直接看成导线，自恢复保险丝的作用是，当你后级电路哪个地方有发生短路的时候，保险丝会自动切断电路，保护开发板以及电脑的USB口，当电路正常后，保险丝会恢复畅通，正常工作。发光电路：一般的LED灯5~10mA就能正常亮。其导通电压为0.7v，由欧姆定律得：（3.3-0.7）/5~10mA=260R~520R。无线电路：NRF_CE/NRF_CS/NRF_IRQ连接在STM32F103RCT6的PA4/PC4/PA1上，而另外3个SPI信号则和SPIFLASH共用。系统原理图：PCB设计图：3.4系统软件设计3.5作品功能及优势○1监测室内环境的各项指标和人体运动指标，一旦发现异常通过App推送消息报警，并提出针对你和家人的专属建议。不论你在世界的任何一个角落，只要有网络，家里的环境状况尽在掌握。○2健康手表能记录人体运动指标，另外还有遇险时一键拨号和GPS精确定位的功能，手表界面简洁明了，方便用户查看指标。○3Androidapp界面友好，数据可视化，直观。市场很多app大量使用图表来表示数据，使得用户体验变得很差，用户希望看到的控制面板就像是汽车仪表盘一样，一目了然！所有信息通过仪表盘都能够简单准确的表达，更直观更精确，我们的app界面设计就是往者这个方向设计的；○4Androidapp能够改善环境建议和管理个人健康，适时为用户提供一些健康知识的普及和小贴士；○5我们的产品对空气污染及环境变化敏感，可以为你维持一个舒适的居住环境,环境的改善可以提高工作效率和改善睡眠质量，保障家人健康，孩子、老人和慢性呼吸道疾病患者；○6Wifi芯片我们采用ESP8266,它在价格、“配置”、“兼容性”上面，同类产品无人能出其右，同类模块一般在30-60之间，esp8266模块价格为10元左右，极大的压低了我们产品的的价格，在价格上相对于同类产品具有价格优势。4系统测试4.1测试仪器及工具数字万用表电脑STLINK调试、下载器电烙铁4.2测试过程与方法分为硬件调试和软件调试：○1前期，焊接电路板，首先先焊接64脚的贴片芯片，用刀口烙铁头焊接，焊出STM32最小系统，测试跑马灯通过，继续焊接板上其他电路模块。图4.2.1电路板和烙铁○2中期，逐步搭载上传感器，调试程序，设计健康手表的界面。图4.2.2健康手表UI界面○3后期，对AndriodAPP进行调试。先做出显示界面，再做定位和推送信息的任务。图4.2.3AndriodAPP检测界面4.3预期成果○1作品可以检测室内温度、湿度、PM2.5、甲醛浓度和常规污染指数和人体健康指数。○2作品不是简单的模块拼凑，能够自己设计集成电路,把实物体积做小，采用贴片耗材。○3通过app实现远程监控，知晓当前室内环境和家人身体状况，环境异常提醒和意外提醒并提供改善环境的建议和运动建议。5创新性描述通过使用STM32不同系列的主控板和搭载不同的传感器，可以运用于不同的人群和不同的环境；电路板集成度高，可以节省作品空间、成本；只要有网络，就能实时查看记录的数据。6参考文献【1】正点原子中文参考手册【2】正点原子不完全手册