健康监测手环系统的设计

0 引言

随着社会竞争的日趋激烈，年轻人的工作压力逐渐增大，他们很少有时间关注老人和小孩的出行活动和生命体征问题，例如由于运动量较少引起的肥胖问题、老年人的跌倒报警问题、运动状态监测和热量消耗问题、心率和运动量的测量问题[1~4]，

为了解决上述问题，本文设计一款运动手环安全监测系统——运动手环，目前已有一些文献[5~8]研究关于智能手环在健康医疗、跌倒监测、人体走路运动量消耗和人体运动动作的捕捉方面的应用，与前人研究相比，本系统具有计步、定位和监测生命体征的功能，它可以通过计步器的功能计算出一个人行走的步数，通过GPS 定位功能确定运动的距离，从而可以确定消耗的卡路里数，方便人们把握自身和家庭成员的运动情况。该健康监测手环系统主要由MPU6050三轴加速度陀螺仪传感器、脉冲心率传感器、GPS 定位模块、OLED 显示模块和MK60N512VMD100单片机五部分组成。

1 系统硬件设计

运动手环的硬件结构包括系统处理器模块，传感器模块，GPS 模块和OLED 亮屏显示模块。处理器采用MK60DN512ZVLQ10芯片，此处理器是恩智浦公司推出的ARM-CORTEX-M4为内核的32位处理器。K60具有相当强大的

存储容量和数据计算能力；传感器模块包括加速度传感器MPU6050，其内部包括有多路AD，可将获取到的模拟数据转换为数字信号通过IIC 传送到处理器中，通过处理获取人体运动状态、实现步数测量功能和控制OLED 亮灭功能；脉冲心率传感器pulse sensor 输出模拟信号，经AD 处理，实时检测人体心跳数据，GPS 模块以串口方式发送数据到处理器中，用于获取位置坐标信息；OLED 亮屏显示模块选用0.91寸OLED12832

液晶屏，

其具有体积小、显示速度快、功耗低等特点。手环硬件结构如图1所示。

图1 手环硬件结构图

基金项目：受到大学生创新创业计划项目（110418083，110418085）资助。

heart rate sensor, it can real-time monitor the human motion state. The data of state and heartbeat are acquired by GPS module and displayed by OLED liquid crystal. It also has the function of reminding and alarming the human body. The system has the advantages of simple structure, various functions, high sensitivity, high accuracy of detection data, low cost and simple, convenient and practical features.Keywords ：MK60 single chip microcomputer;Pulse heart rate detection;Acceleration sensor;GPS positioning

图2 重力加速度图

图3 经过滤波后重力加速度图

2.1.2 步数测量系统的设计

步数测量系统采用步数峰顶峰谷检测算法，设定重力加速度幅度窗，时间窗，频率窗来提高计步准确度，添加抬手特征窗来限制抬手误判计步。使用GPS 每10秒采集一次数据，与上次数据比较，出现正常位移则10秒步数计入总数，反之舍弃。

2.2 运动状态识别

图

4 重力加速度图3

人体走路和跑步数据特征相似，但是也有区别，图4为人体走路手臂前摆后摆和跑步时的数据特征曲线，很明显，走路频率较小，跑步频率较大，因此，通过判断每两次有效步

当心率低于或高于正常人体心跳设定阈值时，启动振动模块，实现自动提醒报警。

2.5 GPS 模块位置获取

GPS 模块采用NEO-7N UBLOX 卫星定位器，其具有精度高、

图5 软件系统图

智能手环系统，通过对测试人员分别进行走路和跑步的测试，实验结果表明本系统能有效的监测实验人员的步数，结果准确，步数测量功能的精度高达99.2%，系统稳定，实用性

消耗对比研究[J].北京体育大学学报,2013（4）:77~81．[8]胡茂晓.惯性动作捕捉前端设备与数据传输研究[D].济南:

山东大学,2015.

Littelfuse 瞬态抑制二极管阵列为高速接口提供低电容ESD 保护

中国，北京，2019年5月8日讯 --Littelfuse, Inc.宣布推出两个系列的双向瞬态抑制二极管阵列（SPA®二极管），用于在PCB 布局尤其具有挑战性的应用中保护超高速消费电子产品接口免受破坏性静电放电（ESD）的损坏。SP3208系列中的第一款瞬态抑制二极管阵列SP3208-01UTG 经过机械优化，可提供稳定的超低电容（标称值为0.08 pF）。SP3213系列器件SP3213-01UTG 则可提供具有较高成本效益的ESD 保护解决方案。

两款“低电容ESD 保护”器件均符合AEC-Q101标准，并采用相同的座模，可安全吸收±12 kV 的重复ESD 震击而不会影响性能，并可安全耗散2A 的8/20μs 浪涌电流。

SP3208和SP3213系列瞬态抑制二极管阵列的典型应用包括：

• 超高速数据线路和接口，例如USB 3.2、3.1、3.0、2.0、HDMI 2.1. 2.0、1.4a、1.3、DisplayPort ™、Thunderbolt 和V-by-One®，

• 低功率天线端口

• 消费类、移动及便携式电子产品

• 平板电脑和带有高速接口的外部存储设备

“不断提升的数据速率给需要保持高度信号完整性的设计工程师带来了巨大挑战。”Littelfuse 瞬态抑制二极管阵列（SPA 二极管）业务开发经理Tim Micun 表示。 “相比市面上的其他ESD 保护解决方案，SP3208和SP3213系列的标称电容要低50%，这有助于保持信号的完整性，并将数据丢失率降至最低。提供超过30 GHz 的传输频带，让信号完整性工程师可创造出高速的数据环境。”

SP3208和SP3213系列瞬态抑制二极管阵列提供下列关键优势：

• 低于0.1 pF 基于硅的ESD 保护可实现高达30 GHz 的传输频带，为数据接口确保高度信号完整性。

• 采用内部结构增强的业内标准0201DFN 封装可减少寄生电容、电感和电阻，使得这些瞬态抑制二极管阵列能够更加轻松地融入保护方案。

• 更低的寄生电容和电感可改善动态电阻性能，更快、更好地保护电路。