基于大數(shù)據(jù)的智能兒童監(jiān)測與分析系統(tǒng)設(shè)計

保定理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計基于大數(shù)據(jù)的智能兒童監(jiān)測與分析系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著醫(yī)學(xué)的進(jìn)步，??許多過??去被視??為小問??題的現(xiàn)??象逐漸??被擺在??大眾面??前。比??如孩子??的健康??的身高??體重比??例，當(dāng)??下??，許多??家長因??為工作??原因忽??略了孩??子的健??康問題??，導(dǎo)致??很??多兒童??身高體??重比例??失調(diào)現(xiàn)??象，還有許??多家長??都對此??不以為??意，把??超重，??偏胖看??作是孩??子健康??的表現(xiàn)??，實則不然，肥??胖也會??導(dǎo)致一??些慢性??病發(fā)病率增高。本??實驗結(jié)????合S??T????M32????單??片機????????設(shè)計了????一??款基于??大數(shù)據(jù)??的智能??兒童健??康檢測??與分析??系統(tǒng)，??根據(jù)下??位機接??收到的??兒童身??體的各??項數(shù)據(jù)??，同時??上位機??接收下??位機檢??測到的??參數(shù)，??顯示，??并記入??數(shù)據(jù)庫??，即可??查看兒??童身高??體重成??長記錄??，還可??設(shè)定各??個年齡??的健康??的身高??體重范??圍，并??能檢測??出兒童??當(dāng)前身??高在當(dāng)??前年齡??段的狀??態(tài)，進(jìn)??行語音提示。關(guān)鍵詞：STM32單片機；藍(lán)牙串口通信；健康檢測；大數(shù)據(jù)目錄TOC\o"1-3"\h\u10057第1章緒論 1325511.1研究目的及意義 1163161.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1232641.3主要研究內(nèi)容 34730第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 5126892.1設(shè)計方案 581402.2功能需求分析 5233082.2.1技術(shù)路線： 577172.2.2預(yù)期結(jié)果： 587652.3總體方案設(shè)計 6271372.4單片機型號選擇 687042.5無線通信模塊的選擇與介紹 7270872.5.1幾種不同通信技術(shù)的比較 7107302.5.2藍(lán)牙介紹 8118222.6AltiumDesigner軟件 8292042.7C語言介紹 963982.8keil介紹 924158第3章硬件設(shè)計 10271583.1系統(tǒng)總體設(shè)計 10217143.2系統(tǒng)的主要功能模塊設(shè)計 10180863.2.1超聲波測距模塊設(shè)計 1020543.2.2顯示模塊設(shè)計 11144643.2.3語音合成模塊設(shè)計 12239883.2.4重力傳感器模塊設(shè)計 12196843.2.5藍(lán)牙模塊設(shè)計 1368773.3設(shè)計要點 1430345第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計 1526064.1軟件主流程圖 15135504.2超聲波測距模塊的軟件設(shè)計 16139664.3重力傳感器軟件的設(shè)計 17213104.4顯示模塊的軟件設(shè)計 18253274.5藍(lán)牙通信模塊軟件的設(shè)計 18254194.6大數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)的設(shè)計 1929149第5章系統(tǒng)測試 21321065.1系統(tǒng)實物圖 21169975.2測試原理 2121567第6章總結(jié)與展望 27300196.1總結(jié) 27255176.2展望 2725727參考文獻(xiàn) 2831882致謝 29 第1章緒論1.1研究目的及意義隨著醫(yī)學(xué)的進(jìn)步，許??多過去??被視為??小問題??的現(xiàn)象??逐漸被??擺在大??眾面前??。比如??孩子的??健康的??身高體??重比例??，當(dāng)下??社會，??許多家??長因為??工作原??因忽略??了孩子??的健康??問題，??導(dǎo)致出??現(xiàn)很多??兒童身??高體重??比例失??調(diào)現(xiàn)象??，依舊??有許多??家長都??對此不??以為意??，把超??重，偏??胖看作??是孩子??健康的??表現(xiàn)，??其實不??是這樣??，肥胖??也會導(dǎo)??致一些??慢性病??發(fā)病率??增高。??研究顯??示肥胖??兒童更??容易患??脂肪肝??、高血??壓、冠??心病等??疾病，??兒童肥??胖還會??導(dǎo)致脂??肪代謝??異常、??糖代謝??異常，??這也是??兒童糖??尿病的??早期表??現(xiàn)。此??外肥胖??對于青??少年心??理也會??產(chǎn)生很??大的影??響，不??僅如此??兒童肥??胖的患??病危險因素也會延續(xù)至成年期。因此，針對以上闡述，??有必要??研究一??款基于??大數(shù)據(jù)??的智能??兒童健??康監(jiān)測??與分析??系統(tǒng)，??根據(jù)下??位機接??收到的??兒童身??體的各??項數(shù)據(jù)??，同時??上位機??接收下??位機檢??測到的??參數(shù)，??顯示，??并記入??數(shù)據(jù)庫??，即可??查看兒??童身高??體重成??長記錄??，還可??設(shè)定各??個年齡??的健康??的身高??體重范??圍，并??能檢測??出兒童??當(dāng)前身??高在當(dāng)??前年齡??段的狀??態(tài)，進(jìn)??行語音??提示。??有利于??提升家??長對孩??子身體??狀況的??了解，??同時能??夠提前??防范兒??童肥胖??癥的產(chǎn)??生，降??低因肥??胖導(dǎo)致的慢性疾病的發(fā)病率。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來，國內(nèi)外很多研究機構(gòu)在這個領(lǐng)域做了諸多努力。當(dāng)在國內(nèi)，隨著生活水??平的提??高，物??質(zhì)生活??已經(jīng)非??常滿意??，當(dāng)下??社會，??許多家??長因為??工作原??因忽略??了孩子??的健康??問題，??導(dǎo)致出??現(xiàn)很多??兒童身??高體重??比例失??調(diào)現(xiàn)象??，依舊??有許多??家長都??對此不??以為意??，把超??重，偏??胖看作??是孩子??健康的??表現(xiàn)，??其實不??是這樣??，肥胖??也會導(dǎo)??致一些??慢性病??發(fā)病率??增高。??體重和??身高作??為衡量??健康的??重要指??標(biāo)，我??們需要??一種能??夠快速??便捷的??測量身??高和體??重，并??計算出??身高體??重比的??設(shè)備。??設(shè)計通??過超聲??波測距??電路和??稱重模??塊獲得??兒童的??身高和??體重數(shù)??據(jù)，S??TM3??2將身??高和體??重數(shù)據(jù)??通過藍(lán)??牙串口??通信模??塊無線??透傳給用戶手機APP端，可記錄兒童成長情況。據(jù)來自英國《醫(yī)學(xué)雜志??》網(wǎng)的??一篇文??章報道??，瑞典??大學(xué)卡??羅林斯??卡醫(yī)學(xué)??院研究??人員發(fā)??明一種??治療兒??童肥胖??的新儀??器。與??傳統(tǒng)辦??法相比??，新儀??器效果??更加顯??著。這??臺名為??“Ma??ndo??met??er”??的儀器??是一臺??隨身電??腦體重??計，M??and??ome??ter??由兩部??分組成??：一個??底部帶??電子秤??的盤子??，以及??一個小??型的電??腦屏幕??。屏幕??會用圖??形顯示??盤子上??的食物??，并且??隨著進(jìn)??食速度??讓圖形??逐一消??失。在使用??者吃飯??的同時??，這臺??儀器可??以實時??顯示體??重增加??的數(shù)字??，從而??提醒肥??胖人群??少吃或??細(xì)嚼慢??咽。這??臺儀器??還可以??提供盤??子里食??物消失??速度的??圖表，??并配以??醫(yī)生建??議的合理速度加以比較。2023年，邢婕在《兒??童發(fā)育??監(jiān)測和??篩查在??兒童保??健中的??應(yīng)用探??討》中??談到新??生兒接??受常規(guī)??兒童保??健干預(yù)??、兒童??發(fā)育監(jiān)??測和篩??查在兒??童保健??中的應(yīng)??用效果??。方法??選取??201??9年1??—12??月天津??市永久??醫(yī)院產(chǎn)??科出生??的新生??兒10??0例作??為本次??研究對??象，依??據(jù)隨機??數(shù)字表??法分為??研究組??和對照??組各5??0例，??對照組??新生兒??接受常??規(guī)兒童??保健干??預(yù)，研??究組新??生兒在??對照組??基礎(chǔ)上??增加發(fā)??育監(jiān)測??和篩查??服務(wù)，??觀察比??較兩組??兒童的??發(fā)育情??況、家??長對兒??保工作??的護理??滿意率??以及對??兒童保??健知識??的了解??程度。??結(jié)果??研究組??兒童身??高、體??重、智??力發(fā)育??指數(shù)、??心理運??動發(fā)育??指數(shù)優(yōu)??于對照??組，差??異均有??統(tǒng)計學(xué)??意義（??P＜0??.05??）。研??究組家??長對兒??童保健??工作的??總滿意??率為9??6.0??0%，??高于對??照組的??84.??00%??，差異??有統(tǒng)計??學(xué)意義??（χ~??2=4??.00??00??,P＜??0.0??5）。??研究組??家長對??兒童保??健知識??的知曉??率為9??2.0??0%，??高于對??照組的??78.??00%??，差異??有統(tǒng)計??學(xué)意義??（χ~??2=3??.84??31??,P＜??0.0??5）REF_Ref12915\r\h[1]。??結(jié)論??兒童發(fā)??育監(jiān)測??和篩查??是兒童??保健中??具有重??要意義??的一項??工作，??對兒童??的發(fā)育??可以有??更加科??學(xué)的了??解，并??積極采??用合理??的方式??進(jìn)行早??期干預(yù)??，促進(jìn)??兒童健??康成長??，同時??家長對??兒童保??健的了??解程度??也明顯??提升，??有利于??家庭養(yǎng)育技能的提高。2021年，高翔，龔道慶在《無??線感應(yīng)??技術(shù)在??兒童醫(yī)??療健康??監(jiān)測中??的研究??進(jìn)展》??中談到??在過去??的數(shù)1??0年間??,科技??進(jìn)步使??人們的??生活方??式發(fā)生??了巨大??變化。??隨著人??員流動??需求的??不斷增??加,對??病人遠(yuǎn)??程監(jiān)測??的需求??也隨之??增加REF_Ref22319\r\h[2-6]。??醫(yī)學(xué)的??發(fā)展也??對遠(yuǎn)程??監(jiān)測患??者活動??提出了??新的要??求,以??便在需??要時為??患者提??供醫(yī)療??援助。??無線體??域網(wǎng)技??術(shù)（W??ire??les??sB??ody??Ar??ea??Net??wor??k,W??BAN??）的使??用有助??于在不??限制患??者正常??日常生??活的情??況下進(jìn)??行遠(yuǎn)程??監(jiān)測。??本文主??要關(guān)注??無線傳??感技術(shù)??在兒童??健康保??健監(jiān)測??中的研??究進(jìn)展??,討論??了兒童??健康保??健工作??所面臨??的各種??挑戰(zhàn),??監(jiān)測兒??童活動??的不同??方法和??技術(shù),??以及W??BAN??在兒童??醫(yī)療保??健監(jiān)測中的應(yīng)用。2020年，朱夢雅，陳登凱在《“??互聯(lián)網(wǎng)??+”兒??童健康??管理監(jiān)??測系統(tǒng)??設(shè)計研??究》中??談到在??"互聯(lián)??網(wǎng)+"??技術(shù)支??持下,??兒童全??面健康??監(jiān)測系??統(tǒng)設(shè)計??的實現(xiàn)??。方法??綜述互??聯(lián)網(wǎng)+??技術(shù)、??云技術(shù)??的方法??和主要??特點,??結(jié)合對??當(dāng)前兒??童健康??狀況的??調(diào)查分??析,進(jìn)??行兒童??健康管??理監(jiān)測??系統(tǒng)的??需求分??析,獲??得整體??模塊化??設(shè)計的??新思路??。結(jié)論??通過對??兒童健??康管理??系統(tǒng)的??支撐技??術(shù)、系??統(tǒng)構(gòu)架??及具體??的界面??設(shè)計,??為兒童??提供更??加全面??的健康??監(jiān)測,??方便父??母對兒??童健康??狀況的??了解與掌握,更好地呵護兒童健康成長REF_Ref22439\r\h[7-11]。2023年，CallihanMichael,ColeHeather,StokleyHolly在《ComparisonofSlateSafetyWearableDevicetoIngestiblePillandWearableHeartRateMonitor》中談到隨著對全球氣溫升高??導(dǎo)致的??死亡和??疾病的??關(guān)注日??益增加??，對工??人熱應(yīng)??激指標(biāo)??的實時??監(jiān)測的??需求日??益增長??。Sl??ate??Sa??fet??y可穿??戴設(shè)備??在不限??制工人??運動的??情況下??，在測??量核心??溫度和??心率方??面表現(xiàn)??出準(zhǔn)確??性，并??為生理參數(shù)提供了遠(yuǎn)程監(jiān)測平臺REF_Ref22580\r\h[12-16]。2022年，VoropaiAndrii,SaranaVolodymyr在《Awearableheartratemonitoringsystembasedonover-earheadphones.[J].Journalofmedicalengineering&technology》中談到提出了一種方便實??用的可??穿戴心??率監(jiān)測??方法，??以及基??于商用??頭戴式??耳機的??記錄系??統(tǒng)的成??本效益??實現(xiàn)。??由于系??統(tǒng)的模??塊化結(jié)??構(gòu)和定??制的3??D打印??耳墊，??所選耳??機可以??很容易??地被任??何其他??耳罩式??耳機取??代。干??接觸導(dǎo)??電紡織??品消除??了任何??不適感??，也無??需準(zhǔn)備??電極或??用戶的??皮膚。??評估的??4.4??%R-??R間期??檢測誤??差使所??提出的??方法成??為日常??使用連??續(xù)心率監(jiān)測的完美候選者REF_Ref22730\r\h[17-20]。2020年，Jean-PierreLomaliza,HanhoonPark在《Ahighlyefficientandreliableheartratemonitoringsystemusingsmartphonecameras[J].MultimediaToolsandApplications》中談到一種高效可靠的方法來??測量智??能手機??攝像頭??指尖圖??像的心??率。該??方法由??基于感??興趣區(qū)??域的信??號提取??、使用??自適應(yīng)??閾值方??案的信??號噪聲??/偏置??降低以??及使用??迭代異??常值消??除方案??的周期??未命中??/重復(fù)??處理組??成?，F(xiàn)??有方法??需要高??速處理??器的實??時操作??，并且??只能在??特定的??智能手??機上正??常工作??。相比??之下，??所提出??的方法??在任何??級別的??智能手??機上都??能以高??精度實??時工作??。這是??一個非??常重要??的因素??，因為??衛(wèi)生保??健設(shè)施??必須普??及，包??括那些買不起過于昂貴的高性能智能手機的人REF_Ref22805\r\h[21-23]。1.3主要研究內(nèi)容基于大數(shù)據(jù)的智能兒童監(jiān)測與分析系統(tǒng)是一項重要的研究課題，它旨在利用先進(jìn)的技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析方法來監(jiān)測和分析兒童的生長發(fā)育情況，為家長和醫(yī)療機構(gòu)提供全面的兒童健康管理服務(wù)。以下是該系統(tǒng)設(shè)計的主要研究內(nèi)容：數(shù)據(jù)采集和傳輸：系統(tǒng)設(shè)計將包括下位機設(shè)備和上位機軟件。下位機設(shè)備負(fù)責(zé)采集兒童的身高、體重、心率等生理參數(shù)，并通過無線傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C軟件。數(shù)據(jù)采集過程需要保證準(zhǔn)確性和實時性，同時考慮兒童的舒適度和隱私保護。數(shù)據(jù)存儲和管理：上位機軟件負(fù)責(zé)接收、存儲和管理從下位機傳輸?shù)拇罅繑?shù)據(jù)。設(shè)計合理的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效存儲和索引，以便后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和查詢。同時，確保數(shù)據(jù)的安全性和隱私保護，采取必要的數(shù)據(jù)加密和訪問控制措施。數(shù)據(jù)分析和挖掘：利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對兒童監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的統(tǒng)計和分析。通過建立兒童生長曲線模型，對兒童的身高、體重等指標(biāo)進(jìn)行趨勢分析，提供個體化的生長發(fā)育評估。同時，結(jié)合兒童的年齡、性別等因素，分析兒童的生理發(fā)育水平是否符合標(biāo)準(zhǔn)范圍，預(yù)測潛在的健康風(fēng)險。健康管理和干預(yù)：基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果，系統(tǒng)可以向家長和醫(yī)療機構(gòu)提供個性化的健康管理建議和干預(yù)方案。根據(jù)兒童的生長曲線變化和健康指標(biāo)異常，提醒家長及時進(jìn)行健康評估和醫(yī)療咨詢，促進(jìn)兒童的全面健康發(fā)展。用戶界面和交互設(shè)計：系統(tǒng)設(shè)計需要考慮用戶的易用性和用戶體驗，提供直觀、友好的用戶界面和交互方式。家長和醫(yī)療工作者可以通過上位機軟件瀏覽兒童的監(jiān)測數(shù)據(jù)、查看健康報告，并進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和導(dǎo)出。同時，系統(tǒng)可以通過語音提示、消息推送等方式與用戶進(jìn)行實時交互，提供個性化的健康提醒和建議。第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2.1設(shè)計方案本設(shè)計是一個整體的基??于Co??rte??x-M??3內(nèi)核??型號為??F10??3ZE??T芯片??的ST??M32??微處理??器作為??控制器??的智能??兒童健??康監(jiān)測??與分析??系統(tǒng)的??設(shè)計。??上機位??可接收??下機位??所檢測??到的參??數(shù)，并??顯示記??錄數(shù)據(jù)??庫；可??查看兒??童身高??體重成??長記錄??；可設(shè)??定各個??年齡的??健康身??高范圍??和心率??閾值；??計算體??脂率并??顯示。??下機位??可檢測??兒童身??高和體??重并進(jìn)??行顯示??，家長??可輸入??兒童年??齡信息??，按下??記錄身??高或者??記錄體??重，連??同身高??或者體??重一同??發(fā)送上??位機進(jìn)??行記錄??；如果??當(dāng)前身??高或體??重在當(dāng)??前年齡??段偏高??或偏低??，會進(jìn)??行語音??提示；??系統(tǒng)可??檢測兒??童是否??高低肩??，若有??高低肩??，語音??提示家??長，并??在上機??位作出??提醒；??若檢測??到兒童??當(dāng)前測??得身高??比上次??低，則??判斷孩??子有駝??背可能??，語音??提示家??長，并??在上機??位作出??提醒，??可檢測??心率，??按下記??錄、顯??示，并??發(fā)送到??上機位??；當(dāng)監(jiān)??測到心率異常時，語音提示。2.2功能需求分析2.2.1技術(shù)路線：包括STM32單片機控制電路、超聲波測距模塊、語音模塊、心率傳感器、全橋電路及A/D轉(zhuǎn)換模塊、藍(lán)牙串口通信模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊和手機APP端。軟件平臺程序用keil5畫原理圖用AD編程語言用C語言；設(shè)置比對BMI值兒童身體各項數(shù)據(jù)檢測結(jié)果顯示用手機APP查看。2.2.2預(yù)期結(jié)果：作品展示，完成一個智能兒童健康監(jiān)測與分析系統(tǒng)設(shè)計，并且該設(shè)計能實現(xiàn)的功能如下：上位機：1.接收下位機檢測到的參數(shù)，顯示，并記入數(shù)據(jù)庫；2.可查看兒童身高體重成長記錄3.可設(shè)定各個年齡的健康身高體重范圍；4.設(shè)定心率閾值；5.計算體脂率并顯示；下位機：1.系統(tǒng)可檢測兒童身高，并顯示；2.系統(tǒng)可檢測兒童體重，并顯示；3.家長可輸入兒童年齡信息，按下記錄身高，連同身高一同發(fā)送上位機進(jìn)行記錄；4.家長可輸入兒童年齡信息，按下記錄體重，連同身高一同發(fā)送上位機進(jìn)行記錄；5.若當(dāng)前身高在當(dāng)前年齡段，偏高/偏低，會進(jìn)行語音提示；6.若當(dāng)前身高在當(dāng)前年齡段，偏高/偏低，會進(jìn)行語音提示；7.系統(tǒng)可檢測兒童是否高低肩，若兒童有高低肩，語音提示家長，并在上位機端作出提醒；8.若檢測到兒童當(dāng)前測得身高比上次低，則判斷孩子有駝背可能，語音提示家長，并在上位機端作出提醒；9.系統(tǒng)可檢測心率，按下記錄，顯示，并發(fā)送到上位機；10.通過比對BMI，得出體重狀態(tài)，下位機端顯示，并發(fā)送上位機端顯示；11.系統(tǒng)檢測到心率異常，語音提示。2.3總體方案設(shè)計在理論準(zhǔn)備階段，首先要確定好系統(tǒng)的各個模塊，并且規(guī)劃課題設(shè)計硬件電路并畫出電路圖設(shè)計軟件并繪制主流程圖，進(jìn)行模擬仿真檢查系統(tǒng)是否能夠按照要求實現(xiàn)控制功能，并整理論文。在理論知識準(zhǔn)備階段，需要認(rèn)真研究課題相關(guān)內(nèi)容并掌握有關(guān)知識。在確定系統(tǒng)各個模塊和收集相關(guān)資料的過程中，需要清晰明確各個模塊之間的關(guān)系。在規(guī)劃課題和確定系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的過程中，需要勾畫出大體系統(tǒng)框架并提出原理框圖。在設(shè)計硬件電路和面出電路圖的過程中，需要將系統(tǒng)部件通過接口電路集合在一起。在設(shè)計軟件并繪制主流程圖的過程中，需要完成系統(tǒng)控制過程的軟件設(shè)計。最后，進(jìn)行模擬仿真來檢查系統(tǒng)能否按照要求實現(xiàn)控制功能，并整理論文。2.4單片機型號選擇圖2.1STM32F103C8T6引腳圖STM32系列單片機??是????一款高????性??能，????功能??強????大的系????列??單片????機。??該????系列單????片??機常????被用??于????要求低????成??本、????高性??能????和低功????耗??的嵌????入式??應(yīng)????用程序????，??其在????功耗??和????集成方????面??也展????現(xiàn)出??良????好的性????能??。由????于其??便????捷的工????具??和簡????單的??結(jié)????構(gòu)并且????結(jié)??合了????強大??的????功能性????，??在業(yè)????界很??受????歡迎。????本??實驗????采用??的最小??系統(tǒng)如表2.4。主控制芯片選擇ST??M32??F10??3C8??T6，??ST??M32??F10??3C8??T6是??由意法??半導(dǎo)體??集團基??于ST??M32??系列A??RM??Cor??tex??-M內(nèi)??核開發(fā)??的一款??具有6??4KB??的程序??存儲器??的32??位微控??制器。??其工作??時需要??2V~??3.6??V的電??壓和-40℃~85℃環(huán)境溫度。1STM32STM32表示ARMCortex-M內(nèi)核的32位微控制器2FF代表芯片子系列3103103代表增強型系列4CR這一項代表引腳數(shù)，其中T代表36腳，C代表48腳R代表64腳，V代表100腳，Z代表144腳，I代表176腳58B這一項代表內(nèi)嵌Flash容量，其中6代表32K字節(jié)Flash，8代表64K字節(jié)Flash，C代表256K字節(jié)Flash，D代表384字節(jié)Flash，E代表512K字節(jié)Flash，G代表1M字節(jié)Flash6TT這一項代表封裝，其中H代表BGA封裝，T代表LQFP封裝，U代表VFQFPN封裝766這一項代表工作溫度范圍，其中6代表-40——85℃，7代表-40——105℃表2.4單片機的介紹2.5無線通信模塊的選擇與介紹2.5.1幾種不同通信技術(shù)的比較藍(lán)牙、Wi-Fi、zigbee是目前應(yīng)用最為廣泛的三種短距無線通訊技術(shù)，它們在實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的短距離無線通信方面發(fā)揮著重要作用。如表表2.5通訊技術(shù)的比較，來表示幾種通訊技術(shù)的特點。表2.表2.5通訊技術(shù)的比較名稱WIFI藍(lán)牙Zigbee傳輸速度1G以上1Mbps100Kbps通訊距離20—200米20—200米2—20米頻段2.4GHz5.8GHz2.4GHz2.4GHz安全性低高中等功耗10—50mA20mA5mA成本25￥2-5￥5￥主要應(yīng)用技術(shù)PC、PDA無線上網(wǎng)醫(yī)療健康等無線傳感器、醫(yī)療2.5.2藍(lán)牙介紹本文采用了HC-05藍(lán)牙模塊，其是主從一體的藍(lán)牙串口模塊，簡單地說，當(dāng)藍(lán)牙設(shè)備與藍(lán)牙設(shè)備配對連接成功后，我們可以忽視藍(lán)牙內(nèi)部的通信協(xié)議，直接將藍(lán)牙當(dāng)做串口用。當(dāng)建立連接，兩設(shè)備共同使用一通道也就是同一個串口，設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到通道中，另外一個設(shè)備便可以接收通道中的數(shù)據(jù)。HC-05藍(lán)牙模塊如何使用HC-05牙模塊設(shè)置AT指令一般的藍(lán)牙模塊使用有三種。第一：藍(lán)牙從設(shè)備與電腦配對連接（1、電腦自帶藍(lán)牙2電腦不帶藍(lán)牙，這需要藍(lán)牙適配器），第二：藍(lán)牙從設(shè)備與手機配對連接，第三:藍(lán)牙從設(shè)備與藍(lán)牙主設(shè)備配對連接HC-05藍(lán)牙。2.6AltiumDesigner軟件AltiumDesigner是一款專業(yè)的電子設(shè)計自動化（EDA）軟件，用于電路板設(shè)計和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。它由Altium公司開發(fā)和提供，是一個功能強大且廣泛應(yīng)用于電子工程領(lǐng)域的集成設(shè)計環(huán)境。AltiumDesigner提供了一系列工具和功能，幫助工程師從概念到制造階段設(shè)計和開發(fā)電子產(chǎn)品。以下是AltiumDesigner的主要特點和功能：PCB設(shè)計：AltiumDesigner提供了全面的PCB設(shè)計工具，使工程師能夠創(chuàng)建復(fù)雜的電路板布局。它包括原理圖設(shè)計、元件庫管理、信號完整性分析、自動布線、三維可視化和導(dǎo)出制造文件等功能。仿真和分析：AltiumDesigner允許工程師進(jìn)行電路仿真和分析，以驗證設(shè)計的正確性和性能。它支持模擬和數(shù)字信號仿真，包括時域分析、頻域分析、噪聲分析等。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計：AltiumDesigner提供了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的支持，可以集成硬件設(shè)計和軟件開發(fā)。它支持多種嵌入式處理器和微控制器，并提供了與FPGA開發(fā)的集成能力。元件庫管理：AltiumDesigner允許用戶創(chuàng)建和管理元件庫，方便在設(shè)計過程中重復(fù)使用已有的元件。它還提供了與供應(yīng)商和元件庫的集成，以獲取最新的元件信息和參數(shù)。制造文件生成：AltiumDesigner可以生成用于制造電路板的文件，包括Gerber文件、鉆孔文件、裝配圖等。這些文件可以直接用于生產(chǎn)和制造過程。與其他工具的集成：AltiumDesigner可以與其他常用的工具和格式進(jìn)行集成，例如MechanicalCAD軟件、PLM系統(tǒng)、版本控制工具等，實現(xiàn)更高效的設(shè)計流程和數(shù)據(jù)管理?？傊?，AltiumDesigner是一款功能強大的電子設(shè)計自動化軟件，提供了全面的電路板設(shè)計和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具，使工程師能夠高效地設(shè)計和開發(fā)復(fù)雜的電子產(chǎn)品。2.7C語言介紹C語言主要是面向過程的語言，主要是運用于嵌入式底層驅(qū)動程序與業(yè)務(wù)邏輯編寫。C語言是最早編程語言之一，目前市面上大部分的編程語言以它作為母版作為修改的，在本設(shè)計中關(guān)于STM32的下位機驅(qū)動部分的編寫便是由C語言進(jìn)行編程的，STM32的標(biāo)準(zhǔn)庫都是由C語言編寫而成，不需要二次封裝便可直接調(diào)用，而且C語言相較其他高級編程語言來說，其可執(zhí)行文件占用存儲空間更小，降低了所選芯片的規(guī)格，更加節(jié)省成本。2.8keil介紹Keil軟件是一款廣泛用于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的集成開發(fā)環(huán)境（IntegratedDevelopmentEnvironment，簡稱IDE）。它由德國公司KeilElektronikGmbH開發(fā)和提供，是現(xiàn)在由ARM公司所有。Keil軟件主要用于開發(fā)和調(diào)試嵌入式系統(tǒng)的軟件部分，特別是針對ARM架構(gòu)的微控制器和嵌入式處理器。它提供了一整套工具和功能，幫助開發(fā)人員編寫、調(diào)試和測試嵌入式應(yīng)用程序。Keil軟件的主要特點包括：集成的開發(fā)環(huán)境：Keil提供了一個集成的開發(fā)環(huán)境，其中包括代碼編輯器、編譯器、調(diào)試器和仿真器等工具。這樣，開發(fā)人員可以在一個統(tǒng)一的界面中完成各種開發(fā)任務(wù)。支持多種編程語言：Keil支持多種編程語言，包括C語言和匯編語言。開發(fā)人員可以使用他們熟悉的編程語言編寫嵌入式應(yīng)用程序。廣泛的器件支持：Keil支持多種ARM架構(gòu)的微控制器和嵌入式處理器。它提供了對這些器件的全面支持，包括提供器件的頭文件和庫文件，以便開發(fā)人員可以輕松地編寫代碼并與硬件進(jìn)行交互。強大的調(diào)試功能：Keil提供了強大的調(diào)試功能，包括單步調(diào)試、觀察變量、設(shè)置斷點等。這些功能可以幫助開發(fā)人員快速定位和修復(fù)代碼中的錯誤。總之，Keil軟件是一個強大的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具，可以大大簡化和加速嵌入式應(yīng)用程序的開發(fā)過程。第3章硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)總體設(shè)計本設(shè)計是一個整體的??基于C??ort??ex-??M3內(nèi)??核型號??為F1??03Z??ET芯??片的S??TM3??2微處??理器作??為控制??器的智??能兒童??健康監(jiān)??測與分??析系統(tǒng)??的設(shè)計??，并且??該設(shè)計??能實現(xiàn)的功能如下：該系統(tǒng)由上位機和下位機組成。上位機的功能包括接收下位機檢測到的參數(shù)，并將其顯示并記錄到數(shù)據(jù)庫中。此外，上位機還提供了查看兒童身高體重成長記錄的功能。用戶可以設(shè)定各個年齡段的健康身高體重范圍，并設(shè)定心率閾值。上位機還能計算體脂率并顯示。下位機則具有以下功能：首先，它可以檢測兒童的身高并將其顯示出來。其次，它能檢測兒童的體重并將其顯示出來。家長可以輸入兒童的年齡信息，然后按下記錄身高的按鈕，此時下位機會將身高信息發(fā)送到上位機進(jìn)行記錄。同樣地，家長也可以輸入兒童的年齡信息，按下記錄體重的按鈕，下位機會將體重信息連同身高信息一同發(fā)送到上位機進(jìn)行記錄。如果當(dāng)前身高在當(dāng)前年齡段偏高或偏低，系統(tǒng)會通過語音提示提醒。此外，下位機還能檢測兒童是否有高低肩的情況。如果發(fā)現(xiàn)兒童有高低肩，系統(tǒng)會語音提示家長，并在上位機端作出提醒。如果檢測到兒童當(dāng)前測得身高比上次低，系統(tǒng)會判斷孩子有駝背的可能性，并通過語音提示家長，并在上位機端作出提醒。下位機還具備檢測心率的功能。用戶可以按下記錄按鈕，此時下位機會顯示心率并將其發(fā)送到上位機。如果系統(tǒng)檢測到心率異常，會通過語音提示進(jìn)行提醒。3.2系統(tǒng)的主要功能模塊設(shè)計3.2.1超聲波測距模塊設(shè)計圖3.2超聲波測頁面模塊原理圖超聲波可以穿過各種??介質(zhì)（??氣體、??液體、??固體）??來檢測??聲阻抗??不匹配??的物體??。聲速??是聲波??在彈性??介質(zhì)中??傳播時??每單位??時間的??距離。??例如，??在20??°C??(68??°F)??的干燥??空氣中??，聲速??為34??3米每??秒（1??,12??5英尺??每秒）??。空氣??中的超??聲波衰??減隨著??頻率和??濕度的??增加而??增加。??因此，??由于過??度的路??徑損耗??/吸收??，空氣??耦合超??聲波通??常被限??制在5??00k??Hz以下的頻率。超聲波避障原理：超聲波其實就是聲??波的一??種，因??為頻率??高于2??0kH??z，所??以人耳??聽不見??，并且??指向性更強。超聲波測距的原理比??紅外線??更加簡??單，因??為聲波??遇到障??礙物會??反射，??而聲波??的速度??已知，??所以只??需要知??道發(fā)射??到接收??的時間??差，就??能輕松??計算出??測量距??離，再??結(jié)合發(fā)??射器和??接收器??的距離??，就能??算出障??礙物的實際距離。超聲波測距相比紅??外測距??，價格??更加便??宜，相??應(yīng)的感??應(yīng)速度??和精度??也遜色??一些。??同樣，??由于需??要主動??發(fā)射聲??波，所??以對于??太遠(yuǎn)的??障礙物??，精度??也會隨??著聲波??的衰減??而降低??，此外??，對于??海綿等??吸收聲??波的物??體或者??在大風(fēng)??干擾的情況下，超聲波將無法工作。本模塊采用的為HC??-SR??04??超聲波??傳感器??模塊，??可提供??2cm??-40??0cm??的非接??觸式距??離感測??功能，??測距精??度可達(dá)??高到3??mm;??模塊??包括超??聲波發(fā)??射器、??接收器??與控制??電路。??其工作??原理為??:采??用IO??口TR??IG觸??發(fā)測距??，給最??少1??0us??的高電??平信呈??;模塊??自動發(fā)??送8??個4??0kh??z的方??波，自??動檢測??是否有??信號返??回;有??信號返??回，通??過IO??口EC??HO輸??出一個??高電平??，高電??平持續(xù)??的時間??就是超??聲波從??發(fā)射到??返回的時間。測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S))/2。3.2.2顯示模塊設(shè)計OLED，即有機發(fā)光二極管，又稱??為有機??電激光??顯示。??因為具??備輕薄??、省電??等特性??，因此??從20??03年開始??，這種??顯示設(shè)??備在M??P3播??放器上??得到了??廣泛應(yīng)??用，而??對于同??屬數(shù)碼??類產(chǎn)品??的DC??與手機??，此前??只是在??一些展??會上展??示過采??用O??LED??屏幕??的工程??樣品。??自2??007??年后??，壽命??得到很大提高，具備了許多LCD不可比擬的優(yōu)勢。OLED由有機材料制成的發(fā)光二極管組成。OIED顯示屏采用自發(fā)光原理，每個像素點可以發(fā)光和關(guān)閉，這種顯示技術(shù)可以提供高對比度和更加鮮艷的色彩，同時出具有便快的響應(yīng)速度和更低的功耗。相比之下，液晶顯示屏則使用旅晶材料和背光源來濕示圖橡。液晶顯示屏需要背光源冰照亮橡素點，這意味著黑施并不是真正的黑色;而且背光源的亮度也會影響整個屏幕的對比度?？傮w來說，OLED-顯示屏比液晶濕示屏具有更好的圖橡質(zhì)量：但是液晶顯示屏仍然在某些方面限有優(yōu)勢，比如價格更加親民，適哈用于大屏幕顯示等圖3.3OLED顯示模塊原理圖3.2.3語音合成模塊設(shè)計圖3.4語音合成模塊原理圖Syn6288是一款語音合成模塊，它可以通過串口通信與單片機或其他設(shè)備進(jìn)行連接，并且支持多種語言和語音效果。Syn6288模塊內(nèi)置了一系列語音合成引擎和語音識別引擎，可以實現(xiàn)文本到語音的轉(zhuǎn)換和語音指令的識別。同時，Syn6288模塊還具有音頻播放和錄制等功能，可以實現(xiàn)錄制和播放自定義的語音文件。3.2.4重力傳感器模塊設(shè)計圖3.5重力傳感器模塊原理圖本設(shè)計采用的是HX??711??重力傳??感器模??塊，H??X71??1是一??款專為??高精度??電子秤??而設(shè)計??的24??位A/??D轉(zhuǎn)換??器芯片??。與同??類型其??它芯片??相比，??該芯片??集成了??包括穩(wěn)??壓電源??、片內(nèi)??時鐘振??蕩器等??其它同??類型芯??片所需??要的外??圍電路??，具有??集成度??高、響??應(yīng)速度??快、抗??干擾性??強等優(yōu)??點。降??低了電??子秤的??整機成??本，提??高了整??機的性??能和可??靠性。??該芯片??與后端??MCU??芯片的??接口和??編程非??常簡單??，所有??控制信??號由管??腳驅(qū)動??，無需??對芯片??內(nèi)部的??寄存器??編程。??輸入選??擇開關(guān)??可任意??選取通??道A或??通道B??，與其??內(nèi)部的??低噪聲??可編程??放大器??相連。??通道A??的可編??程增益??為12??8或6??4，對??應(yīng)的滿??額度差??分輸入??信號幅??值分別??為±2??0mV??或±4??0mV??。通道??B則為??固定的??32增??益，用??于系統(tǒng)??參數(shù)檢??測。芯??片內(nèi)提??供的穩(wěn)??壓電源??可以直??接向外??部傳感??器和芯??片內(nèi)的??A/D??轉(zhuǎn)換器??提供電??源，系??統(tǒng)板上??無需另??外的模??擬電源??。芯片??內(nèi)的時??鐘振蕩??器不需??要任何??外接器??件。上??電自動??復(fù)位功??能簡化??了開機的初始化過程。HX711芯片特點兩路可選擇差分輸入；片內(nèi)低噪聲可編程放大器，可選增益為64和128；片內(nèi)穩(wěn)壓電路可直接向外部傳感器和芯片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器提供電源；片內(nèi)時鐘振蕩器無需任何外接器件，必要時也可使用外接晶振或時鐘；上電自動復(fù)位電路；簡單的數(shù)字控制和串口通訊：所有控制由管腳輸入，芯片內(nèi)寄存器無需編程；可選擇10Hz或80Hz的輸出數(shù)據(jù)速率；同步抑制50Hz和60Hz的電源干擾；耗電量（含穩(wěn)壓電源電路）：典型工作電流：1.7mA，斷電電流：1μA；工作電壓范圍：2.6~5.5V；工作溫度范圍：-20~+85℃；16管腳的SOP-16封裝。3.2.5藍(lán)牙模塊設(shè)計圖3.6藍(lán)牙模塊原理圖藍(lán)牙模塊是指集成藍(lán)??牙功能??的芯片??基本電??路集合??，用于??無線網(wǎng)??絡(luò)通訊??，大致??可分為??三大類??型:數(shù)??據(jù)傳輸??模塊遠(yuǎn)程控制模塊等。藍(lán)牙模塊作為取代纜的短??距離無??線通信??技術(shù)，??藍(lán)牙支??持點對??點以及??點對多??點的通??信，以??無線方??式將家??庭或辦??公室中??的各種??數(shù)據(jù)和??語音設(shè)??備連成??一個微??微網(wǎng)(??Pic??o-n??et)??，幾個??微微網(wǎng)??還可以??進(jìn)步實??現(xiàn)互聯(lián)??，形成??一個分??布式網(wǎng)??絡(luò)，從??而在這??些連接??設(shè)備之??間實現(xiàn)??快捷而??方便的??通信。??藍(lán)牙接??口在嵌??入式理??器上的??實現(xiàn)，??DSP??對模擬??信號進(jìn)??行采樣??，并對??A/D??變換后??的數(shù)字??信號進(jìn)行處理，通過藍(lán)牙接口傳輸?shù)浇邮斩?，同樣，DSP對藍(lán)牙接收到的數(shù)字信號進(jìn)行D/A變換，成為模擬信號。本文采用了HC-05藍(lán)牙模塊，??藍(lán)牙H??CO5??是主從??一體的??藍(lán)牙串??口模塊??，簡單??的說，??當(dāng)藍(lán)牙??設(shè)備與??藍(lán)牙設(shè)??備配對??連接成??功后，??我們可??以忽視??藍(lán)牙內(nèi)??部的通??信協(xié)議??，直接??將將藍(lán)??牙當(dāng)做??串口用??。當(dāng)建??立連接??，兩設(shè)??備共同??使用一??通道也??就是同??一個串??口，一??個設(shè)備??發(fā)送數(shù)??據(jù)到通??道中，??另外一??個設(shè)備??便可以??接收通??道中的??數(shù)據(jù)。??hc0??5藍(lán)牙??模塊如??何使用????-hc??05藍(lán)??牙模塊??設(shè)置??AT指令一??般的藍(lán)??牙模塊??使用有??三種。??第一：??藍(lán)牙從??設(shè)備與??電腦配??對連接??(1、??電腦自??帶藍(lán)牙??2、??電腦不??帶藍(lán)牙??，這事??需要藍(lán)??牙適配??器)，??第二：??藍(lán)牙從??設(shè)備與??手機配??對連接??，第三??:藍(lán)??牙從設(shè)??備與藍(lán)??牙主設(shè)??備配對??連接HCO5藍(lán)牙。3.3設(shè)計要點針對智能兒童健康監(jiān)測系統(tǒng)，本方案有以下幾個關(guān)鍵點：首先，要設(shè)置正確的兒童健康生長的身高體重閾值，當(dāng)監(jiān)測系統(tǒng)分析出問題后，通過顯示模塊顯示出當(dāng)前的身高體重和心率，與此同時語音合成模塊進(jìn)行語音播報，引起家長的重視，并反饋至手機上位機，讓家長及時做出矯正。其次將統(tǒng)計到的數(shù)據(jù)做成數(shù)據(jù)庫，方便家長遠(yuǎn)程監(jiān)控并記錄兒童生長的變化，在兒童每一生長周期都可以做到正確健康的生長。此外，增加重力傳感器和超聲波測距模塊的最大極值，以防兒童生長過快，導(dǎo)致設(shè)計無法滿足長期使用的需求。綜上所述，本方案將通過超聲波測距模塊、重力傳感器模塊、顯示模塊、語音合成模塊、藍(lán)牙模塊，來實現(xiàn)家長對兒童的智能監(jiān)測，幫助兒童正常生長，減少生長過程中的疾病發(fā)生。?第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1軟件主流程圖當(dāng)全部系統(tǒng)軟件通電時，心率傳感器、超聲波測距傳感器和重力傳感器將收集到的數(shù)據(jù)傳送給單片機處理，并且在OLED液晶顯示模塊中顯示；當(dāng)身高或者體重在當(dāng)前年齡段偏高或者偏低會進(jìn)行語音提示；當(dāng)心率異常時，語音提示。圖4.1

4.2超聲波測距模塊的軟件設(shè)計如圖4.2.1為該模塊的設(shè)計流程圖。接通電源后，超聲波測距傳感將收集的溫濕度傳輸給單片機，在由單片機進(jìn)行信息處理。圖4.2超聲波測距模塊設(shè)計流程圖如圖4.2.2位超聲波時序圖，時序圖表明你只需要提供一個10us以上脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個40kHz周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號?；仨懶盘柕拿}沖寬度與所測的距離成正比。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。公式:us/58=厘米或者uS/148=英寸:或是:距離=高電平時間*聲速(340M/S)/2:建議測量周期為60ms以上，以防止發(fā)射信號對回響信號的影響。圖4.3超聲波時序圖4.3重力傳感器軟件的設(shè)計如圖4.4為該模塊的設(shè)計流程圖。接通電源后，重力傳感將收集的數(shù)據(jù)傳輸給單片機，在由單片機進(jìn)行信息處理。圖4.4重力傳感器模塊設(shè)計流程圖4.4顯示模塊的軟件設(shè)計在本設(shè)計中需要顯示風(fēng)速和溫濕度信息。系統(tǒng)使用OLED液晶顯示數(shù)據(jù),單片機初始化完成后顯示屏?xí)詣訉懣刂谱?，控制字為單片機中獲得的數(shù)據(jù)，隨后顯示出來。如圖4.5為顯示模塊流程圖。圖4.5顯示模塊流程圖4.5藍(lán)牙通信模塊軟件的設(shè)計一、連線根據(jù)管腳說明來與單片機連線，VCC接3.3V或5V都可以。模塊發(fā)送管腳連單片機接收管腳，接收管腳連發(fā)送管腳，這個千萬要注意，SET腳隨便連一個IO口即可，STATE管腳可連可不連，不影響。整體思路通過藍(lán)牙模塊，將手機發(fā)送的信號傳輸?shù)絾纹瑱C，并且單片機根據(jù)接收到的信號來執(zhí)行對應(yīng)的操作。?為了實現(xiàn)對藍(lán)?牙模塊的控制，一般會采用按鍵的方式來發(fā)送指令，這可以通過掃描按鍵或者使用外部中斷來實現(xiàn)。按下按鍵后，程序會執(zhí)行相應(yīng)的指令，例如切換模塊主從模式、修改密碼、修改波特率或修改名字等操作。具體編程思路串口部分串口部分是整個最重要的一部分，大致要完成一下事情：初始化串口，設(shè)置好串口的通信波特率，開啟串口中斷，編寫串口中斷函數(shù)。在串口中斷函數(shù)里面把接收的數(shù)據(jù)存入一個數(shù)組當(dāng)中。編寫串口發(fā)送函數(shù)，用來向模塊發(fā)送指令。定時器部分初始化定時器，設(shè)置好定時時間，使能中斷，在中斷函數(shù)里面關(guān)閉定時器。圖4.6藍(lán)牙模塊軟件設(shè)計流程圖4.6大數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)的設(shè)計本設(shè)計采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)完成對身體體數(shù)據(jù)的分析與建議，通過stm32控制超聲波傳感器采集的身高、重力傳感器采集的體重等數(shù)據(jù)分析出BMI身體質(zhì)量指數(shù)；這是與體內(nèi)脂肪總量密切相關(guān)的一個指標(biāo)，它可以直接反映全身性超重和肥胖的狀況，是衡量是否肥胖和標(biāo)準(zhǔn)體重的重要指標(biāo)。BMI計算適用范圍：18至65歲的人士。兒童、發(fā)育中的青少年、孕婦、乳母、老人及身型健碩的運動員除外。適用本設(shè)計的大數(shù)據(jù)軟件系統(tǒng)設(shè)計。BMI的計算公式是BMI=體重(千克)/身高的平方(米)，按照中國人的體質(zhì)特征，BMI指數(shù)小于18.5為體重過輕，在18.5到23.9之間為正常，在24到27.9之間為超重，大于等于28的為肥胖。通過判斷BMI，得出體重狀態(tài)（偏瘦/偏胖/正常），下位機端顯示，并發(fā)送上位機端顯示，并且根據(jù)BMI數(shù)據(jù)進(jìn)行語音播報。在基于大數(shù)據(jù)的智能兒童監(jiān)測與分析系統(tǒng)的軟件設(shè)計中，大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)揮著關(guān)鍵作用。以下是大數(shù)據(jù)技術(shù)的作用：數(shù)據(jù)存儲與管理：為處理海量的兒童監(jiān)測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)需要設(shè)計合適的數(shù)據(jù)存儲和管理方案。一種常用的做法是采用分布式數(shù)據(jù)庫或者分布式文件系統(tǒng)，以支持?jǐn)?shù)據(jù)的高并發(fā)讀寫和快速查詢。此外，數(shù)據(jù)的備份和容錯機制也需要被考慮，以確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。數(shù)據(jù)清洗與預(yù)處理：由于兒童監(jiān)測數(shù)據(jù)可能存在缺失、錯誤或異常值，數(shù)據(jù)清洗和預(yù)處理是必要的步驟。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以幫助進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，剔除異常數(shù)據(jù)或使用插值方法填補缺失值。此外，數(shù)據(jù)預(yù)處理也包括特征選擇、降維等操作，以減少數(shù)據(jù)維度和提取有效的特征信息。數(shù)據(jù)分析與建模：基于大數(shù)據(jù)的智能兒童監(jiān)測與分析系統(tǒng)需要設(shè)計合適的數(shù)據(jù)分析和建模方法，以從兒童監(jiān)測數(shù)據(jù)中提取有用的信息。常見的數(shù)據(jù)分析方法包括統(tǒng)計分析、機器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等。通過這些方法，系統(tǒng)可以建立兒童生長曲線模型、分類模型或預(yù)測模型，實現(xiàn)對兒童生長發(fā)育情況的評估和預(yù)測。數(shù)據(jù)可視化與報告生成：為了讓用戶更直觀地理解和利用數(shù)據(jù)分析結(jié)果，系統(tǒng)需要設(shè)計數(shù)據(jù)可視化和報告生成功能。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以支持生成各種圖表、圖形和可視化儀表板，以展示兒童的生長曲線、健康指標(biāo)變化等信息。此外，系統(tǒng)還可以自動生成健康報告，向家長和醫(yī)療機構(gòu)提供詳細(xì)的分析結(jié)果和建議。實時數(shù)據(jù)處理與推送：大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠處理實時數(shù)據(jù)流，因此系統(tǒng)可以設(shè)計實時數(shù)據(jù)處理和推送功能。通過實時數(shù)據(jù)處理，系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)兒童健康異常，并通過消息推送或語音提示等方式提醒家長和醫(yī)療機構(gòu)。同時，實時數(shù)據(jù)處理也可以支持快速響應(yīng)用戶的查詢和請求。第5章系統(tǒng)測試5.1系統(tǒng)實物圖圖5.1系統(tǒng)完整實物圖如圖5.1，本設(shè)計包括一個超聲波測距傳感器，一個OLED顯示屏，一個單片機STM32F1??03Z??ET，一個重力傳感器，一個喇叭，一個藍(lán)牙傳感器，一個心率檢測傳感器，兩個繼電器，一個電源和手機APP。5.2測試原理圖5.2超聲波測距模塊如圖5.2為超聲波測距模塊，通過此模塊來進(jìn)行對身高的測量。該傳感器最高測距為2m，通過測量到的與孩子的距離來去計算孩子身高。HC-SR04超聲波傳感器模塊的工作代碼可以分為兩部分：發(fā)送信號和接收信號。以下是基于Arduino平臺的HC-SR04超聲波傳感器模塊的工作代碼：```const

int

trigPin

=

9;const

int

echoPin

=

10;void

setup()

{

Serial.begin(9600);

pinMode(trigPin,

OUTPUT);

pinMode(echoPin,

INPUT);}void

loop()

{

digitalWrite(trigPin,

LOW);

delayMicroseconds(2);

digitalWrite(trigPin,

HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(trigPin,

LOW);

long

duration

=

pulseIn(echoPin,

HIGH);

long

distance

=

duration

*

0.034

/

2;

Serial.print("Distance:

");

Serial.print(distance);

Serial.println("

cm");

delay(500);}```圖5.3語音播報模塊如圖5.3為語音播報模塊，當(dāng)測量到的孩子身高或者體重與當(dāng)前年齡段偏高或者偏低，進(jìn)行語音提示。當(dāng)檢測到孩子有高低肩，則語音提示家長。當(dāng)檢測到的心率異常時，進(jìn)行語音提示。工作代碼如下：#include

<SoftwareSerial.h>SoftwareSerial

mySerial(10,

11);

//

RX,

TXvoid

setup()

{

mySerial.begin(9600);

//

與模塊通信的波特率為9600}void

loop()

{

mySerial.write(0xAA);

//

發(fā)送啟動命令

delay(1000);

mySerial.write(0x01);

//

發(fā)送播放命令

delay(5000);

mySerial.write(0x02);

//

發(fā)送停止命令

delay(1000);}圖5.4藍(lán)牙模塊如圖5.4為藍(lán)牙模塊，與單片機進(jìn)行通信，將單片機接收并處理的信息發(fā)送到手機APP并顯示出來。其主要功能為數(shù)據(jù)傳輸，核心代碼為：#include

<SoftwareSerial.h>SoftwareSerial

BTSerial(10,

11);

//

定義藍(lán)牙串口void

setup()

{

Serial.begin(9600);

//

串口通信初始化

BTSerial.begin(38400);

//

HC-05串口通信初始化}void

loop()

{

if

(BTSerial.available())

{

Serial.write(BTSerial.read());

//

輸出藍(lán)牙模塊返回的信息

}

if

(Serial.available())

{

BTSerial.write(Serial.read());

//

發(fā)送數(shù)據(jù)到藍(lán)牙模塊

}}圖5.5重力傳感器模塊如圖5.5為重力傳感器模塊，用來模擬測量兒童體重的功能，將收集的數(shù)據(jù)傳輸給單片機處理。圖5.6心率檢測模塊如圖5.6為心率檢測模塊，將收集到的兒童心率傳輸給單片機處理，處理后若心率異常，則驅(qū)動語音模塊進(jìn)行語音提示。圖5.7顯示模塊如圖5.7為OLED顯示模塊，HR代表心率，TZ代表體重，SG代表身高，BMI代表體脂率。最后一行代表體質(zhì)（偏瘦、正常、偏胖）。圖5.8手機APP如圖5.8為手機APP，與單片機連接后，顯示的數(shù)據(jù)與下位機數(shù)據(jù)一致（如圖5.9）；并且可以設(shè)置BMI上下限閾值。通過比對BMI值來判斷兒童身高體重是否正常。圖5.9下位機顯示對于本設(shè)計中的大數(shù)據(jù)模型我們使用隨機數(shù)值測試，使用C語言生成隨機值，并且將識別結(jié)果輸出到文件中，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，識別效果偏差小于5%。（如圖6）圖6大數(shù)據(jù)模型第6章總結(jié)與展望6.1總結(jié)系統(tǒng)軟件的調(diào)試過程并不是一帆風(fēng)順，在調(diào)試過程中出現(xiàn)了一些錯誤。但在老師的輔導(dǎo)下，我總算發(fā)現(xiàn)了問題，并糾正了設(shè)計中的錯誤和不科學(xué)的地區(qū)。設(shè)計方案中的問題和解決方法主要包含下面一些層面。(1)在功率模塊模擬仿真過程中，發(fā)現(xiàn)調(diào)試輸出值一直達(dá)不上設(shè)計規(guī)定。查驗基本原理錯誤后，發(fā)現(xiàn)電路板焊接時出現(xiàn)了一些技術(shù)問題，于是重新焊接。(2)應(yīng)用仿真軟件，發(fā)現(xiàn)錯誤代碼。然后調(diào)整，發(fā)現(xiàn)在啟用程序流程時，單片機沒有正常復(fù)位，在程序流程中添加復(fù)位程序流程后才獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。(3)在模擬仿真時，一直提醒存有邏輯錯誤。盡管不危害效果的輸出，但在具體印刷制版過程中確實會危害電源電路。之后通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)信息發(fā)送錯誤代碼表明時，未能分辨忙碌情況。之后在制定中添加忙碌情況分辨后，系統(tǒng)軟件工作中一切正常，數(shù)據(jù)信息口也沒有提醒邏輯錯誤。6.2展望基于大數(shù)據(jù)的智能兒童監(jiān)測與分析系統(tǒng)是一種全新的兒童健康監(jiān)測方式，通過智能傳感器和云計算等技術(shù)手段，實時收集兒童的身體狀況、行為特征、心理健康等多方面數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析和評估，從而幫助家長和醫(yī)生更好地了解兒童的健康狀況，及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)防可能存在的健康問題。基于大數(shù)據(jù)的智能兒童監(jiān)測與分析系統(tǒng)將逐步普及和完善。隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用場景的擴大，系統(tǒng)可以實現(xiàn)更加全面和準(zhǔn)確的監(jiān)測和分析功能。同時，隨著云計算和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)可以實現(xiàn)更加精準(zhǔn)和智能化的數(shù)據(jù)處理和分析，從而更好地服務(wù)于兒童健康和成長的需求。此外，智能兒童監(jiān)測與分析系統(tǒng)也可以與醫(yī)療機構(gòu)和學(xué)校等機構(gòu)進(jìn)行合作，為兒童的健康管理提供更加全面和系統(tǒng)的服務(wù)，為社會的發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)邢婕.兒童發(fā)育監(jiān)測和篩查在兒童保健中的應(yīng)用探討[J].中國城鄉(xiāng)企業(yè)衛(wèi)生,2023,38(1):3.高翔,龔道慶,張翼鵬,等.無線感應(yīng)技術(shù)在兒童醫(yī)療健康監(jiān)測中的研究進(jìn)展[J].中國數(shù)字醫(yī)學(xué),2021劉超;陳捷;洪榮晶;秦鐘偉.基于NI機器視覺的產(chǎn)品識別與分揀系統(tǒng)[C].組合機床與自動化加工技術(shù).2019. 王壯;劉志豪;劉建華;武發(fā)展;李楊.基于圖像識別技術(shù)的智能化產(chǎn)品分揀系統(tǒng)設(shè)計研究[C].鄉(xiāng)村科技.2022.孫昕怡.AI視覺檢測項目范圍管理