基于物联网设计的智慧家庭健康医疗系统

发布时间：2025-04-14 07:19

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1. 项目开发背景

随着物联网（IoT）技术的发展，智能家居系统逐渐融入到我们的日常生活中，成为提高生活质量、增强家庭安全、提升健康管理的重要工具。特别是在健康医疗领域，借助物联网技术，智能家居不仅能够实时监测用户的身体状况，还能对异常情况进行及时报警，帮助家庭成员及时应对突发健康问题。

本项目设计一种智能家居健康医疗系统，通过利用物联网技术对家庭成员的健康状态进行动态监控，及时获取温度、脉搏等生理参数，结合跌倒检测和吸烟警告功能，在发生健康异常时进行报警和干预。本系统不仅可以为家庭成员提供实时的健康数据监测，还能通过云平台实时上传数据，便于长期健康管理。

2. 设计实现的功能

本项目设计的智能家居健康医疗系统包括以下核心功能：

温度测量及设置阈值：通过温度传感器实时测量用户体温，并根据需求设置体温阈值。阈值初始值为36.5℃，用户可以通过按键调整，阈值范围在35℃到42℃之间。温度值超出阈值时，系统会发出报警。

脉搏测量：使用微震动传感器检测用户脉搏，通过信号采集与解算判断脉搏的健康情况。

跌倒检测及报警：通过加速度传感器检测用户的姿态变化，当系统检测到跌倒事件时，立即触发报警，发出蜂鸣声以引起周围人的注意。

吸烟警告：使用烟雾传感器检测环境中的烟雾浓度，当检测到吸烟信号时，系统会发出持续警报，直到香烟熄灭。

数据上传至OneNet云平台：实时将温度、脉搏、姿态、烟雾浓度等数据通过蓝牙技术发送至远程智能设备，并上传至OneNet云平台，以便用户通过云平台查看健康数据或图表分析。

系统稳定性与安全性：系统设计必须保证数据采集、传输和处理过程的稳定性，确保用户健康数据的准确性与实时性。同时，系统具备一定的安全防护措施，防止数据泄漏和被篡改。

3. 项目硬件模块组成

该系统的硬件模块主要包括以下几个部分：

STM32F103RCT6主控芯片：作为系统的核心控制单元，负责处理来自各传感器的数据，并控制其他模块的工作。

温度传感器（如DS18B20）：用于实时测量用户体温，并与主控芯片进行数据交互。

微震动传感器：用于检测脉搏，微震动传感器通过监测微小的震动信号来获取脉搏频率信息。

加速度传感器（如MPU6050）：用于监测用户的姿态变化，实现跌倒检测功能。

烟雾传感器（如MQ-2）：用于监测空气中的烟雾浓度，当浓度超过设定值时发出警报。

蜂鸣器：在跌倒检测和吸烟警告时发出报警声音，提醒周围的人注意。

蓝牙模块（如HC-05）：用于将采集到的健康数据通过蓝牙传输到智能手机或其他智能设备。

OneNet云平台：用于接收从蓝牙模块上传的数据，提供实时监控与数据分析功能。

按键模块：用于用户设置温度阈值，提供增减温度的功能。

OLED显示屏：用于显示当前体温、脉搏、烟雾浓度等实时数据，提供直观的用户界面。

4. 设计思路

本系统的设计思路主要围绕以下几个核心点展开：

硬件设计：采用STM32F103RCT6作为主控芯片，通过其丰富的IO口与各传感器模块进行连接，完成数据采集、传输、显示等功能。同时，系统采用低功耗设计，确保在实际应用中的长期稳定性。

传感器信号采集与处理：各传感器（温度传感器、微震动传感器、加速度传感器、烟雾传感器）负责不同的生理信号采集。传感器采集到的原始数据将通过STM32F103RCT6进行处理和解算，并根据设定的阈值判断是否触发报警。

通信与数据上传：系统通过蓝牙模块与智能手机或其他设备进行通信，将采集到的健康数据传输至远程设备。同时，系统也会将数据上传至OneNet云平台，用户可以通过云平台进行数据查询和查看。

报警机制：系统通过蜂鸣器发出声音报警，提醒用户跌倒或吸烟异常情况。报警系统的设计要保证能够及时、清晰地提醒用户或周围人注意到异常情况。

用户界面设计：采用OLED显示屏展示用户的实时健康数据，提供温度、脉搏、姿态、烟雾浓度等信息，便于用户进行健康监测。

系统安全与稳定性：系统设计需要保证数据的准确性与稳定性，尤其是健康数据传输过程中的可靠性。同时，系统要具备一定的安全防护机制，防止数据泄漏或遭到攻击。

5. 系统功能总结

功能模块描述技术要求温度监测通过温度传感器实时测量体温，设定阈值并报警温度范围：35℃ ~ 42℃，0.25℃增减脉搏测量使用微震动传感器测量脉搏信号实时采样与解算脉搏频率跌倒检测通过加速度传感器检测用户姿态变化，判断是否跌倒并发出报警敏感的加速度传感器，跌倒判定阈值吸烟警告使用烟雾传感器检测烟雾浓度，吸烟时发出警报烟雾浓度阈值设定，警报触发条件数据上传通过蓝牙模块将数据发送至智能设备，上传至OneNet云平台蓝牙通信协议，OneNet平台接口用户界面通过OLED显示屏显示实时的健康数据显示温度、脉搏、烟雾浓度等数据按键设置用户通过按键设置体温阈值，增加或减少温度阈值按键控制温度增减，0.25℃步进

6. 使用的模块的技术详情介绍

STM32F103RCT6主控芯片

32位ARM Cortex-M3内核，工作频率最高72 MHz。

具有丰富的I/O接口，适合传感器模块的连接。

支持多种通信协议，如UART、I2C、SPI等，便于与外部模块进行数据交换。

DS18B20温度传感器

通过单总线协议与STM32连接，能够准确测量-55°C到+125°C的温度。

分辨率可调，最高为0.0625°C。

MPU6050加速度传感器

集成三轴加速度计与三轴陀螺仪，用于姿态变化检测。

通过I2C通信与STM32连接，采样频率可调。

MQ-2烟雾传感器

可检测空气中的烟雾、甲烷、一氧化碳等气体。

模拟输出信号，与STM32的ADC模块连接。

HC-05蓝牙模块

提供与智能设备（如手机、平板）的无线通信。

支持蓝牙串口协议（SPP），简便的数据传输方式。

OLED显示屏

采用I2C协议与STM32连接，显示实时健康数据。

分辨率通常为128x64像素，显示清晰、直观。

7. STM32代码设计

#include "stm32f1xx_hal.h" #include "temperature_sensor.h" // 温度传感器相关头文件 #include "pulse_sensor.h" // 脉搏传感器相关头文件 #include "fall_detection.h" // 跌倒检测相关头文件 #include "smoke_sensor.h" // 烟雾传感器相关头文件 #include "bluetooth.h" // 蓝牙通信相关头文件 #include "oled_display.h" // OLED显示相关头文件 #include "keypad.h" // 按键输入相关头文件 #include "onenet.h" // OneNet云平台上传相关头文件 // 全局变量 float temperature = 36.5f; // 初始体温设为36.5℃ float pulse = 0.0f; // 初始脉搏值 uint8_t fall_detected = 0; // 跌倒检测标志 uint8_t smoking_detected = 0; // 吸烟检测标志 float smoke_level = 0.0f; // 烟雾浓度 // 按键设置的体温阈值 float temp_threshold = 36.5f; // 初始化所有模块 void System_Init(void) { HAL_Init(); MX_GPIO_Init(); // GPIO初始化 MX_USART1_UART_Init(); // UART初始化 MX_I2C1_Init(); // I2C初始化 MX_SPI1_Init(); // SPI初始化 MX_ADC1_Init(); // ADC初始化 OLED_Init(); // 初始化OLED显示 Bluetooth_Init(); // 初始化蓝牙模块 OneNet_Init(); // 初始化OneNet云平台 Keypad_Init(); // 初始化按键模块 } // 更新温度阈值 void Update_Temperature_Threshold(void) { if (Keypad_IsPressed()) { // 检测按键输入 if (Keypad_GetValue() == KEY_UP) { temp_threshold += 0.25f; // 增加温度阈值 if (temp_threshold > 42.0f) temp_threshold = 42.0f; } if (Keypad_GetValue() == KEY_DOWN) { temp_threshold -= 0.25f; // 减少温度阈值 if (temp_threshold < 35.0f) temp_threshold = 35.0f; } } } // 获取温度数据 void Get_Temperature(void) { temperature = Temperature_Sensor_Read(); // 从温度传感器获取当前体温 if (temperature > temp_threshold) { // 如果体温超过阈值，触发报警 OLED_DisplayText("Temp: High Alert!", 0, 0); HAL_GPIO_WritePin(BUZZER_GPIO_Port, BUZZER_Pin, GPIO_PIN_SET); // 蜂鸣器报警 } else { OLED_DisplayText("Temp: Normal", 0, 0); HAL_GPIO_WritePin(BUZZER_GPIO_Port, BUZZER_Pin, GPIO_PIN_RESET); // 蜂鸣器关闭 } } // 获取脉搏数据 void Get_Pulse(void) { pulse = Pulse_Sensor_Read(); // 从脉搏传感器获取数据 OLED_DisplayText("Pulse: ", 0, 1); OLED_DisplayFloat(pulse, 1, 1); } // 获取跌倒检测数据 void Detect_Fall(void) { fall_detected = Fall_Detection_Read(); // 获取跌倒检测状态 if (fall_detected) { OLED_DisplayText("Fall Detected!", 0, 2); HAL_GPIO_WritePin(BUZZER_GPIO_Port, BUZZER_Pin, GPIO_PIN_SET); // 蜂鸣器报警 } } // 获取烟雾浓度数据 void Get_Smoke_Level(void) { smoke_level = Smoke_Sensor_Read(); // 从烟雾传感器读取数据 if (smoke_level > 500) { // 假设烟雾浓度超过500表示吸烟 smoking_detected = 1; OLED_DisplayText("Smoke Detected!", 0, 3); HAL_GPIO_WritePin(BUZZER_GPIO_Port, BUZZER_Pin, GPIO_PIN_SET); // 蜂鸣器报警 } else { smoking_detected = 0; } } // 上传数据到OneNet云平台 void Upload_Data_To_Cloud(void) { OneNet_SendData("Temperature", temperature); // 上传体温数据 OneNet_SendData("Pulse", pulse); // 上传脉搏数据 OneNet_SendData("FallStatus", fall_detected); // 上传跌倒状态 OneNet_SendData("SmokeLevel", smoke_level); // 上传烟雾浓度数据 } // 主函数 int main(void) { System_Init(); // 初始化所有模块 while (1) { // 持续监测温度、脉搏、跌倒、烟雾 Get_Temperature(); Get_Pulse(); Detect_Fall(); Get_Smoke_Level(); Update_Temperature_Threshold(); // 更新温度阈值 // 上传数据到云平台 Upload_Data_To_Cloud(); } }

代码功能解释：

System_Init(): 初始化系统所需的各个模块，包括GPIO、UART、I2C、SPI、ADC以及OLED显示、蓝牙模块等。

Update_Temperature_Threshold(): 通过按键输入（假设是上下键），动态调整温度阈值。每按一次上键，阈值增加0.25℃，下键则减少0.25℃，范围限定在35℃到42℃之间。

Get_Temperature(): 通过调用温度传感器的读取函数获取当前体温。如果体温超过设定的阈值，则触发报警并激活蜂鸣器。

Get_Pulse(): 获取脉搏传感器的数据并显示在OLED屏幕上。

Detect_Fall(): 通过跌倒检测传感器判断是否发生跌倒，如果跌倒则触发报警，显示在OLED屏幕上。

Get_Smoke_Level(): 获取烟雾传感器的数据，如果烟雾浓度超过设定值（例如500）则认为是吸烟，触发警报。

Upload_Data_To_Cloud(): 将实时采集到的数据（温度、脉搏、跌倒状态、烟雾浓度）通过OneNet云平台接口上传至云平台，便于远程监控。

主循环:

主循环持续进行健康监测：温度、脉搏、跌倒、烟雾浓度数据采集。

每次监测完后，会上传数据至OneNet云平台。

通过 HAL_Delay(1000) 控制更新频率（每秒一次）。

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