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STM32睡眠質量檢測裝置

發布時間:2019-11-13   |  所屬分類:軟件開發:論文發表  |  瀏覽:  |  加入收藏

  為了更有效的緩解當代人的睡眠質量差,入睡難,失眠的現象.設計一種基于STM32為核心的睡眠質量檢測裝置.該裝置通過液晶觸摸屏,實時顯示時間及環境的溫濕度、噪聲、二氧化碳濃度等檢測信息,并在液晶屏上顯示環境狀態,同時能夠由用戶自主定義并顯示想要了解的影響睡眠質量的因素,并與家中的窗簾、空調、音響、冰箱等相關相通訊,進行協同工作營造睡眠環境,盡可能的減少受外界因素的影響.該檢測裝置設置、操作十分簡便.實驗驗證,裝置系統具有良好的穩定性和可靠性,為使用者提供良好的睡眠服務,創造適合環境,保證精力充沛工作及健康生活.

STM32睡眠質量檢測裝置

  關鍵詞:STM32;睡眠質量;環境檢測

  睡眠是人類緩解壓力進行新陳代謝的重要生理需求,現在人由于生活、工作等多方因素造成睡眠質量存在問題.為了解決人們難以入睡,難以進行有效的快速進入睡眠,提高睡眠質量,研制了睡眠質量檢測裝置,它能很好的起到輔助提高睡眠質量作用.通過檢測周圍環境而來的影響睡眠的因素,將信息反饋給用戶,依據信息數據,用戶選擇裝置自主調節或用戶自主調控方式,讓用戶能夠按進行個性化選擇適合的條件,從而極大地提高用戶的睡眠效率.

  1睡眠質檢測裝置結構及工作原理

  1.1睡眠質量檢測裝置總體結構

  睡眠質量檢測裝置由結構部件、功能模塊、STM32控制系統組成的.功能模塊包括:溫濕度檢測模塊、噪聲檢測模塊、二氧化碳濃度檢測模塊、無線通訊模塊、液晶觸摸屏及語音播報模塊等;噪聲模塊檢測環境噪聲的高低,二氧化碳濃度模塊用于檢測睡眠時二氧化碳的濃度,液晶屏用于顯示睡眠時影響睡眠的幾大外界因素信息,并且能夠實現時間、數據顯示,將采集到的數據進行匯總與處理后顯示到界面上,無線通訊模塊用來與環境中的家具進行通訊.STM32控制系統實時檢測用戶周邊的影響睡眠的因素,實時調節相關因素,處理相關系統的運行.

  1.2睡眠質量檢測裝置的工作原理

  睡眠質量檢測裝置的顯示界面可由用戶自主定義,用戶可添加或刪減相關檢測功能.STM32控制系統用于處理相關檢測模塊檢測到的數據,并記錄相關數據供用戶來自主進行相關的睡眠改善行為.

  1.3實現技術策略與功能實現

  睡眠質量檢測裝置由六個功能模塊組成,每個模塊的功能如下:噪聲模塊:采集用戶睡眠時周邊環境的噪聲的大小,根據相關的大小看是否在合理范圍內,并即使反饋給處理器.;二氧化碳濃度檢測模塊:檢測睡眠時室內的二氧化碳的濃度;語音模塊:用來替代鬧鐘的聲音裝置,并且能夠根據用戶的習慣來播放一些輕緩的音樂使用戶更容易進入睡眠;溫度模塊:用來檢測用戶睡眠時的周圍的溫度數據;無線通訊模塊:睡眠質量檢測裝置會根據采集并分析相關數據并由此模塊來于相對應的家具來進行通訊.液晶觸摸屏模塊:液晶顯示屏顯示時間,顯示采集與控制系統處理后得到的數據,并顯示由相關算法分析用戶的睡眠數據而提出的相關建議.其結構圖如圖1所示.圖1總體結構圖

  2睡眠質量檢測裝置流程及管理

  該裝置使用方便,只需由用戶來添加自己想關注的因素,以及是否同意與相關家具相通訊,其余的由STM32核心控制各模塊進行數據采集,并分析相關的數據,給出相關建議.

  2.1睡眠質量檢測裝置工作依據

  溫度:人體最舒適溫度是在25℃左右.在凌晨時,人在深度睡眠時體溫會下降,所以需要通過聯機調節控制空調設定,實時改變溫度.(如圖2所示)睡眠質量得分圖2環境影響因素監測曲線二氧化碳濃度:和日常生活一樣,在二氧化碳濃度為0.03%時是最適合的但要保證空氣的流通.(如圖2所示)聲音:在人體睡眠時10-30dB內是適合的,當大于30dB是即可定義為是影響睡眠的.用戶也可由個人習慣來播放一些小音量的舒緩的音樂來促進睡眠.人體的體動:人體的體動在3~4Hz的范圍時是在范圍允許中,當動作是超出這個范圍便是不在深度睡眠中,而深度睡眠的時間就是睡眠質量的重要指標之一.

  2.2睡眠質量檢測裝置的軟件流程及管理

  睡眠質量檢測裝置按用戶設定自主運行,其具體工作流程圖如圖3所示.圖3控制系統睡眠質量檢測裝置的控制分為時鐘顯示、鬧鐘設定控制、睡眠數據采集并分析.時間的顯示包括:基礎時間顯示,鬧鐘時間由用戶自定義,可由按鍵來確定鬧鐘時間以及喚醒方式,其鬧鐘結束方式也可由用戶來確定.睡眠數據的采集并分析:有用戶自主定義相關檢測模塊后,相應的模塊進行數據的采集并反饋到主控制器.由主控制器來對數據進行分析,判斷周圍外界環境因素是否達到要求,并根據具體情況進行具體的處理.并實時顯示相關采集到的數據.

  3睡眠質量檢測裝置的管理界面及系統框架

  3.1睡眠質量檢測裝置的管理策略

  該系統使用TFT液晶觸摸屏設計了顯示界面,在開啟或重置時會顯示用戶自定義選項,在相關選項確定后界面就會顯示對應的相關項,對應檢測到的數據實時顯現在屏幕上,當用戶沒有操作時會自動熄屏,可由用戶手動喚醒,用戶睡眠時檢測到的關鍵數據會存儲由用戶自主查看.

  3.2睡眠質量檢測裝置的系統框架

  在本控制系統中以相關模塊的檢測管理,與相關家具的通信會顯示在顯示屏上.該裝置的主控芯片選擇STM32F407ZET6,該芯片融實時性,低功耗,數字信號處理,高性能于一身,同時具有開發簡易的特點.該裝置的操作系統選擇FreeRTOS,是完全免費的操作系統,具有源碼公開、可移植、可裁減、調度策略靈活的特點,可以方便地移植到各種單片機上運行.其任務調度可以根據每個任務優先級的設定決定任務的運行順序.而且FreeRTOS的低功耗模式能夠顯著降低功耗提高運行時長,裝置用戶自定義設置圖例如圖4所示.圖中Chartarea:是在相關的環境因素影響下的睡眠質量得分;Actual:實時顯示對應因素的數據采集;Sug-gesteddata:在處理數據后的建議值;Datafeed-back:數據反饋區;Key:在與相關家具通訊后用來調節數值的按鍵.

  4結論

  本文研制了一種睡眠環境檢測裝置,利用其數據分析及控制調節環境參數,來改善用戶睡眠質量.裝置在運行狀態下選擇普通工作模式或自定義模式,使系統結合采集的信息進行處理,并提供調節控制,同時,顯示所有信息及結果.經過試驗測試,驗證了該睡眠質量檢測裝置系統運行穩定,功能有效可靠.

  作者:王月 侯小虎 王雷 王夢龍 單位:李君北華大學機械工程學院


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