基于STM32的多功能耳機

許惠清 王傲霜 陳麗秋 歐賢彪 文卉

摘要 基于STM32F103RCT6的控制，設(shè)計一款能夠完全脫離手機的多功能掛式耳機，采用紅外反射式光電脈搏傳感器隨時隨地測心率、MLX90614系列紅外測溫模塊測體溫，集聽音樂、體征參數(shù)監(jiān)測功能于一體，適應(yīng)性廣，有效性高。

【關(guān)鍵詞】STM32F103RCT6 MLX90614 多功能耳機

隨著生活水平的提高，越來越多的人開始關(guān)注身體健康，一些智能的可穿戴設(shè)備也隨之發(fā)展起來，智能檢測設(shè)備越來越普及。HereActive Listening、Bragi Dash和三星Gear IconX等產(chǎn)品，都讓我們看到了在擺脫線纜無線化之后耳機的另一種革命，但這些智能設(shè)備都存在一定的不足之處，或者功能較為單一，或者續(xù)航能力不足等。本文所設(shè)計的多功能耳機以STM32F103RCT6為核心，借助于光電反射式傳感器在耳朵附近實時檢測心率，MLX90614系列紅外測溫模塊實測體溫，耳機內(nèi)置集成MP3模塊，無線遙控功能模式切換和歌曲播放，當(dāng)體征參數(shù)（心率、體溫）出現(xiàn)異常時實現(xiàn)超標(biāo)報警功能。

1 概述

本項目以STM32F103RCT6為核心板，構(gòu)建一個多功能耳機。此款耳機除了具有普通耳機聽音樂的功能之外，還具有實時監(jiān)測心率、體溫、超標(biāo)報警功能。同時能夠擺脫線纜，使用方便。整體設(shè)計包括STM32F103RCT6核心板、光電容積法測心率模塊、測體溫的MLX90614模塊、MP3音樂播放模塊、語音提醒模塊、無線遙控模塊、電源及充電模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖l所示。

該多功能耳機具有便捷化、人性化、續(xù)航能力強等優(yōu)點，能夠有效解決普通耳機續(xù)航能力不足、功能單一的問題，具有廣闊的市場前景。

2 基于STM32F103RCT6的控制

該款耳機基于STM32核心板開發(fā)，由無線遙控模塊選擇功能模式，根據(jù)紅外反射式光電傳感器檢測心率，MLX90614系列紅外測溫模塊檢測體溫，同時與程序內(nèi)預(yù)設(shè)的心率和體溫范圍值進行比較，若超出預(yù)設(shè)范圍，則通過I/O口控制語音模塊，實行報警提示。

3 紅外反射式光電傳感器測心率

在檢測心率時本文采用光電容積法，利用人體組織在血管搏動時造成透光率不同來進行脈搏測量的。其使用的傳感器由光源和光電變換器兩部分組成，通過綁帶或夾子固定在人的手指或耳垂上。光源一般采用對動脈血中氧和血紅蛋白有選擇性的一定波長（ 500nm—700nm）的發(fā)光二極管。當(dāng)光束透過人體外周血管，由于動脈搏動充血容積變化導(dǎo)致這束光的透光率發(fā)生改變，此時由光電變換器接收經(jīng)人體組織反射的光線，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌⑵浞糯蠛洼敵?。由于脈搏是隨心臟的搏動而周期性變化的信號，動脈血管容積也周期性變化，因此光電變換器的電信號變化周期就是脈搏率。

因為光電容積法測心率是借助于光電容積描述技術(shù)（PPG）來實現(xiàn)的。它并不是直接通過測脈搏的有無來表示心率，而是通過測量人體生理變化引起的內(nèi)部組織成分變化程度，來提取心率和呼吸等生理特征，所以它能夠克服傳統(tǒng)脈搏測量儀要求十分好的接觸性的缺點，同時減少了其對于脈搏波動較弱的人群使用限制。其操作簡便、測量精確度高、抗干擾能力強，適用范圍廣。

4 MLX90614系列紅外測溫模塊測體溫

一般來說，測溫方式可分為接觸式和非接觸式，接觸式測溫反應(yīng)時間較長，且極易受環(huán)境溫度的影響;而紅外測溫具有溫度分辨率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。MLX90614系列模塊是一組通用的紅外測溫模塊。具有非接觸、體積小、精度高，成本低等優(yōu)點。物體紅外輻射能量的大小和波長的分布與其表面溫度關(guān)系密切。因此，通過對物體自身紅外輻射的測量，能準(zhǔn)確地確定其表面溫度，MLX90614紅外測溫就是利用這一原理測量溫度的。

多功能耳機除了可以通過無線遙控切換鍵切換心率與體溫的測量，而且當(dāng)所測數(shù)據(jù)值超出正常范圍時，會通過報警提示模塊發(fā)出報警提示;在心率模式下，將心率傳感器夾戴在耳垂處，以稍微有壓迫感為宜，這時很快就可以看到紅色發(fā)光二極管會伴隨你的脈搏心率而閃爍，讓你直觀的看到自己脈搏心率跳動的速度，同時語音播報心率測量值大小;體溫模式下，體溫傳感器與太陽穴接觸，同時語音播報體溫測量值大小。

本文研制的多功能耳機不僅適合在休息時間或者運動時給我們提供放松音樂環(huán)境，還可以實時監(jiān)測身體（心率、體溫）體征參數(shù)，就像是健康的監(jiān)督官，時刻提醒你關(guān)注自己的身體健康狀態(tài)。未來，可穿戴式多功能耳機還有很長的路要走！

參考文獻

[1]張洋，劉軍，嚴(yán)漢字，原子教你玩STM32：庫函數(shù)版[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2013.

[2]梁學(xué)聰，基于STM32的血氧信號處理系統(tǒng)的設(shè)計[D].合肥：安徽大學(xué)，2016.

[3]龔中良，李曜，基于光電傳感器的脈搏信號采集電路優(yōu)化設(shè)計[J].電子器件，2014， 37 （04）： 658-661.

[4]孟海斌，張紅雨.嵌入式系統(tǒng)電源芯片選型與應(yīng)用[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2010 （12）：7 -10.