基于蓝牙和wifi的生理数据采集设计与实现本科毕业论文(编辑修改稿)

基于蓝牙和wifi的生理数据采集设计与实现本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

大国，老年人的赡养监护工作显得尤为繁重。 于此同时 ， 老人 因为年龄偏大， 一个人 做家务时多有不便。 又 由于 无法 及时 的与子女沟通 ， 所以 倍感孤独。 这些使 他们的身体状况和 心里 状况都存在着一系列的问题。 并且， 由于远处 子女 无法 了解 家中 老人的身体状况 ， 当 老人 身体突发意外时，子女 无法 及时知晓 并 采取措施。 国内外 发展现状 随着 科学技术的日新月异， 机器人 的研究技术越发走向成熟。 世界上有许多公司对机器人已有很深入的研究。 取得 较大成就的当属日本本田 公司 ，该 公司在 20xx 年 研制成功 了 一款仿人机器人，名字叫做 ASIMO，该机器人 是 到目前为止世界上最 先进 的 仿人 行走机器人 [2]。 其他 一些公司像法国的 Aldebaran Robotics 公司 、 日本的 索尼公司 等也 在机器人研究方面有 较 深的研究。 Aldebaran Robotics 公司 的 NAO 不仅外形可爱，而且具有一定 的人类 情感 ， 能够完成与人的一些简单的交流互动 [3]。 各公司 在 追求 高端的同时却忽略了其实用性，服务于日常生活的机器人 的 种类 目前 还 较为 单一。 在 国内，各研究机构 对 机器人的 研究 也 在日益走向成熟。 在追求 高端的同时似乎更加注重了实用性的特点。 典型 的 有服务于餐厅的服务员机器人 、 刀削面机器人 等。 中国台湾 曾经 研制出能够进行安保的机器人。 这 款机器人 具有 自行行走 和 自主避障等一系列功能， 并 能够 进行 对环境的安保报警工作。 类似 的机器人哈尔滨工业大学也 开发 了一个。 该机器人 服务 于家庭中，可对家中情况进行巡视，当发现有异常变化时 会 通知 主人 ，并启动报警功能 [4]。 目前 ， 国内外 设计开发 服务 于日常生 活 的机器人主要有 以下 几种， 其中 包括 清洁 机 内蒙古大学本科毕业 论文 (设计 ) 第 2 页 器人、 娱乐 机器人、 安防 机器人 等。 而 专为老人服务的机器人还没有 出现 在市场上。 论文 主要研究内容 根据 研究背景以及国内外 现状 ， 人们 更加迫切需要一种专门服务于空巢老人的机器人 ， 在减轻子女 负担 的 同时 ，帮助子女了解老人的身体状况。 本论文 主要 研究 机器人 如何采集老人生理数据，并将数据发送到 远程 子女客户端。 为此 本文就 以 下的几个方面内容进行了研究： (1)心率 采集模块； (2)蓝牙 通信模块； (3)设备 驱动分析与移植 ； (4)Linux 系统下 网络 编程； 系统 需要完成以下几方面工作： (1)设计 蓝牙接口通信电路，将 两个 蓝牙 通信 模块 分别 连接到心率采集 模块和移动机器人 本体 上 (ARM 处理器 )。 完成 蓝牙主从模块配对 连接 等工作。 (2)搭建 交叉编译环境， 在 机器人本体上 (ARM 处理器 )使用 串口通信方式，编写串口通信程序 收集心率数据 并 进行 简单的 处理。 (3)完成网卡 驱动由 PC 机到 ARM 处理器 的 移植 ， 实现 处理器的无线网络通信。 将心率 数据 通过 网络编程 发送到远程 客户端。 本章 小结 本章主要 说明本课题 研究 背景和国内 外 现状，并依据以上两点 确定 立项原因。 于此同时 ， 简要说明本文研究的内容 以及 将要开展的几方面工作。 使 读者了解本文的研究内容和系统 实现 的功能。 内蒙古大学本科毕业 论文 (设计 ) 第 3 页 第二章 系统 总 体 结构及硬件设计与实现 系统 分析设计 移动 机器人日常主要工作是打扫房间， 工作区域 十分固定 ， 老 人与移动机器人 的 距离 通常保持 在一定的范围内。 与此同时 ，手环与移动机器人是分离的。 为此 本系统在手环与移动机器人 之间 通信设计上 优先 选择近距离 无线 通信技术。 近些年 ，由于通信与信息技术的 日新月异 ， 各种以 无线 方式进 行 通信 的技术 得到 广泛 的 应用 ，并且 已 十分成熟。 如今应用较为广泛 的 近 距离 无线 通信技术 有蓝牙 技术、 WiFi、 IrDA 技术 、 ZigBee 技术等。 各种 近距离无线通信技术都有其 自己 的特点。 有些 技术 适合对功能进行扩充 ， 而有些 因 满足 特定 应用 得名 ，还有 传输 的速度、 传输 距离、功耗 等各自 的不同。 在各种 通信技术中，蓝牙技术 被广泛 应用于各种设备之间，并且技术成熟。 它的 通信范围在 10m内 ，并且 能够达到 1Mbps 传输速率 ， 传输效率高，稳定 性 强。 所以 ， 本 系统选用 蓝牙技术进行移动机器人与 心电 手环之间的通信。 移动 机器人需要 将 老人 心率 数据发 送到 子女客户端 ， 因为子女 通常不在家 中，所以 子女 客户端要 接收到心率数据需要 网络 通信。 移动 机器人 日常工作是打扫房间，不能 固定 在一个位置，将机器人与有线网络进行连接显然是不合理的。 因此 ，需 通过无线网络通信将 心率 数据发送到子女客户端。 通过 以上分析， 可以 设计出系统的总体框图 ： 由 图可知， 本系统工作 流程 可 分为两个阶段， 第一阶段是心电 模块 采集 老人 心率 数 图 21 系统总体 框图 Figure 21 system overall block 内蒙古大学本科毕业 论文 (设计 ) 第 4 页 据。 蓝牙 从 模块将数据发送到 移动 机器人蓝牙 主 模块上。 第二阶段是 蓝牙主模块接收心率数据， 并 在移动机器人 的 ARM9 处理器 上 对 数据简单处理。 然后 将 心率数据 利用无线网络发送到远程 客户端 [5]。 硬件 选型 心电 模块的选择 由于 考虑到心电模块要穿戴到空巢老人手腕上。 所以，心电 模块 选型上要在保证心电信号稳定性的 前提 下 适合 穿戴。 心电模块选择了 STM32F103C8T6 微 处理器为 内核 ，STM32 是 ST公司推出的基于 ARMCortexM3 内核的 32 位单片机。 该 单片机 计算 处理数据能力 比 8 位 和 16 位 单片机 强很多， 并且处理 代码效率 更高。 在 功耗方面，该单片机 具有 三种模式 相互 切换 ， 可以使功耗达 到最低。 由于 心电 模块要 安放 在可穿戴 手环 上，所以对功耗方面要求尽可能最低。 而该 单片机 刚好 满足可穿戴设备对 功耗 方面 的要求。 心电 采集模块 选用 的 是 AD8232 芯片 ， 该 芯片 主要 用于 ECG 和 一些生物电的测量。 因为该芯片本身 集成 了 一些 先进 设备 ，可以自动滤去噪声 或是 放大微弱的生物电信号， 所以 对其 采集数据 的准确性 能够 得到一定的保证。 与此同时 ，该设计可以 让 单片机轻松的采集到输出的信号， 这 使 得选用 的处理器与 其 更好 的配合。 完整 的心电模块图如 图 31心电 模块图。 图 21 心电 模块图 Figure 21 ECG module chart 内蒙古大学本科毕业 论文 (设计 ) 第 5 页 蓝 牙通信 模块的选择 将 心 率 数据 以 无线传输 方式发送 到机器人本体上的关键在于实现蓝牙模块之间的数据通信。 蓝牙模块的性能决定了传输数据的稳定性 、 传输速率、效率及功耗等。 蓝牙模块 需要 主从模块 两个，需要 设置 波特 率 、 主从模式 等相应参数。 设置 完成后 ， 主 模块 能够 搜索到从模块并 完成 配对。 蓝牙模块的 选择 是十分重要的。 本 项目 选择 BLKMDBC04B蓝牙 模块 为 主 模块 作为 其解决方案。 该 模块使用的芯片是英国 CSR 公司 的 BlueCore4Ext。 该芯片 遵循 +EDR 蓝牙规范 ， 支持各种常用 接口。 该 模块 除了 具有研发成本低、 体积小 巧的特 点 外， 模块 的功耗 也 很低并且收发十分灵敏。 与此同时 ，该模块 采用主从一体式设计且支持软硬件控制主从模式转换，支持连接 7 个蓝牙从设备。 利用蓝牙模块的 AT 指令集可以方便地对 蓝牙模块进行配置和查询。 选用 HM06 模块 作为从模块。 HM 系列蓝牙模块采用 CSR Blue Core、 TI CC2540 芯片，配置 256Kb、 68Mbit 的软件存储空间，支持 AT指令，用户可根据需要更改 SPP 角色（主、从模式） 以及串口波特率、设备名称、配对密码等参数，使用灵活。 该模块 设计时为了满足于袖珍设备的使用 ， 封装尽可能达到最小， 只有 ** 大小 ， 满足 心电手环 对 体积 的要求。 无线网卡 选型 为实现无线网络接口，本文选用 TPLINK 公司 的 TLWN823N 无线网卡作为解决方案。 该网卡遵循 IEEE 、 IEEE 以及 IEEE 标准，其传输速率 图 22 蓝牙主 从 模块图 Figure 22 Bluetooth masterslave module 内蒙古大学本科毕业 论文 (设计 ) 第 6 页 最高可达 300Mbps（ IEEE 标准下）且体积小巧非常便于安装。 移动 机器人选型 由于 移动机器人 选型及结构 复杂 ，并且不是本论文 研究 重点，所以在此 仅对 其 作 简要 介绍。 本文采用 Friendly ARM 公司的 micro2440 开发板为信息处理模块的实现硬件。 Micro2440 采用核心板 +扩展底板的设计结构，其核心板其实是一个最小系统板，采用六层 PCB 板设计，利用等长布线的方式满足信号的完整性需求，保证了信息处理时的稳定性。 采用 Samsung S3C2440A 为处理核心，默认主频 为 400MHz，最高可达 到 533MHz，能够满足机器人平台对计算能力的要求。 板载 64M SDRAM，时钟频率可达 100MHz 并拥有 1G NAND FLASH 用以满足机器人平 台对存储空间的需求。 此外，核心板还引出56Pin 作为 GPIO 接口并提 50PinLCD/CAMERA 接口与 56Pin 的系统总线接口，为我们对外进行扩展提供了充足的空间 [5]。 图 24 移动 机器人图 Figure 24 mobile robot 内蒙古大学本科毕业 论文 (设计 ) 第 7 页 硬件 实现 蓝牙模块 连接 蓝牙 主模块用于接收从模块发送的数据 ,连接 在 micro2440 开发板 的 串口 3 上 ,该 串口输出 TTL 信号。 蓝牙 模块 有 VCC、 RXD、 TXD、 GND、 SET、 3V 六个引脚。 VCC 为电源引脚， 工作 电压为 5V。 RXD 与 TXD 分别 为 接收数据和传 送 数据引脚。 GND 为地线 图 23 micro2440 开发板 图 Figure 23 micro2440 development board 图 25 蓝牙 模块连接图 Figure 25 Bluetooth module connection 内蒙古大学本科毕业 论文 (设计 ) 第 8 页 引脚。 SET 可 作为硬件主从设置口， SET 引脚接 电压 时 模块为主模块， 悬空 或接GND 模块为从模块。 将开发板 VCC RXD TXD GND 与 蓝牙模块的 VCC、 TXD、 RXD、GND 引脚 对应连接 ， 注意 输入 输出 需要 反接。 具体连线 方式。