更好地關(guān)注和了解您更年期的開(kāi)源硬件

要對(duì)其進(jìn)行編程，我們必須使用另一個(gè) Arduino UNO 板（示例）或 FTDI 適配器。它有一個(gè) Atmega328p（與 Arduino UNO 相同），可以購(gòu)買(mǎi) 3.3V (8Mhz) 或 5V (16MHz) 配置。在這里，我們選擇 3.3V 以最大限度地節(jié)省能源。

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那些小板可以檢測(cè)幾個(gè)軸上的運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)在，我們通過(guò)在智能手機(jī)上玩游戲非常了解它們。這個(gè)有 6 個(gè)軸（無(wú)磁電機(jī)），但這對(duì)于我們的應(yīng)用來(lái)說(shuō)應(yīng)該足夠了。

這是我基于 FreeIMU 軟件制作的一個(gè)小演示應(yīng)用程序。它鏈接到一個(gè)處理接口（也可以在 GIT repo 上找到）。

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HC-06 模塊是一個(gè)易于使用的原型藍(lán)牙模塊接口。它使用串行通信和 AT 命令與主模塊通信。

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這個(gè)看起來(lái)像賽博電子的傳感器在它閃閃發(fā)光的眼睛后面隱藏著一個(gè)秘密。與大多數(shù)溫度傳感器不同，該傳感器測(cè)量從遠(yuǎn)程物體反射回來(lái)的紅外光，因此無(wú)需物理接觸即可感應(yīng)溫度。

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MAX30100 是一個(gè)集成的粒子傳感模塊。它包括內(nèi)部 LED、光電探測(cè)器、光學(xué)元件和具有環(huán)境光抑制功能的低噪聲電子設(shè)備。新版本的 MAX30102 使用相同的代碼也能正常工作。我也試過(guò) MAX30105，但它似乎不太穩(wěn)定。

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我們的系統(tǒng)可能并不總是通過(guò)藍(lán)牙連接。當(dāng)它關(guān)閉時(shí)，它無(wú)法確切知道現(xiàn)在是什么時(shí)間。RTC 或實(shí)時(shí)時(shí)鐘可確保系統(tǒng)始終知道按下按鈕時(shí)的日期和時(shí)間。

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該設(shè)備有兩個(gè)功能：它管理電流以允許系統(tǒng)由電池供電并通過(guò) USB 充電。但它也將 3.7V Lipo 電壓提升至 5V。

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要使用遠(yuǎn)程溫度讀取功能，建議將紅燈投射到要讀取的對(duì)象上。我沒(méi)有添加一個(gè)簡(jiǎn)單的紅色 LED，而是使用了一個(gè) RGB LED，因?yàn)槲⒖刂破魃先杂袔讉€(gè)未使用的 PIN。綠色 LED 將允許我向用戶(hù)指示信息，例如按鈕按下的驗(yàn)證。藍(lán)色 LED 用于放松 LED 呼吸。

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這里我選擇 12mm 按鈕，因?yàn)槿绻鷮⒃O(shè)備放在包中，它們會(huì)更容易找到。不要忘記使用上拉電阻！

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這個(gè)按鈕只是用來(lái)切斷系統(tǒng)的電源。但是，它不會(huì)阻止電池充電。

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該板用于將程序加載到 ATmega328p 中。通過(guò)讓它插入它還允許創(chuàng)建與計(jì)算機(jī)的串行鏈接以進(jìn)行調(diào)試。

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2.2 硬件

在本節(jié)中，您將找到電路原理圖：

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這里要記住的最重要的事情是，幾乎整個(gè)系統(tǒng)都在 3.3V 下工作。這迫使我仔細(xì)選擇組件（起初我想使用 WS2812 RGB LED，但它們?cè)?3.3V 中相當(dāng)不穩(wěn)定，所以我不得不將它們移除......對(duì)于顯色性來(lái)說(shuō)太糟糕了?。?。

起初，我以為 3.6V 藍(lán)牙可以在 3.7V 電池上工作，但它似乎不穩(wěn)定......所以我不得不在最后添加一個(gè) BOOST 以?xún)H用 5V 為這部分供電，并使用嵌入式穩(wěn)壓器降壓其他所有部分在 Arduino Pro Mini 上。我可能會(huì)在下一個(gè)版本中更改藍(lán)牙板以移除 BOOST 并使所有系統(tǒng)在 3.3V 下工作。這也將是遷移到 BLE 的好時(shí)機(jī)。

另一個(gè)有趣的部分是開(kāi)發(fā)帶有 MOSFET 的小板，以切斷未使用模塊的電源。事實(shí)上，這個(gè)系統(tǒng)只是偶爾使用一些功能。所以遺憾的是像MPU6050這樣的模塊一直在耗電。

2.3 嵌入式軟件

• 首先從這里下載并安裝 Arduino 程序。不要忘記安裝 USB 驅(qū)動(dòng)程序。
• 下載使用 Arduino 打開(kāi)的存儲(chǔ)庫(kù) Software/Hygie_main 中的文件

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• 將編程器插入 Arduino Pro Mini（TX 上的 RX，反之亦然?。?。插入 USB
• 重要提示：選擇 Arduino FIO 板（FIO 板也有 Atmega328p 并以 8Mhz 運(yùn)行）。

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• 選擇端口。如果您不確定是哪一個(gè)，請(qǐng)拔下 USB 并驗(yàn)證端口。如果您插入 USB 并再次驗(yàn)證，您應(yīng)該有一個(gè)新端口。

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• 選擇庫(kù)管理器并安裝以下庫(kù)：

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現(xiàn)在您可以使用Ctrl+R. 如果一切正常，應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)消息完成編譯。之后，用于Ctrl+U在 Arduino Pro Mini Board 上加載程序。

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然后，您可以打開(kāi)串行監(jiān)視器以驗(yàn)證系統(tǒng)的不同功能

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現(xiàn)在您已在微控制器中準(zhǔn)備好整個(gè)程序。由于系統(tǒng)上有許多不同的外圍設(shè)備，因此單獨(dú)測(cè)試每個(gè)模塊和連接可能會(huì)很有趣。這就是為什么您可以在 Arduino 主板上找到專(zhuān)用于每個(gè)通信外圍設(shè)備的 Arduino 程序的原因。

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所有這些程序都使用串行功能。這是獲取精確信息以查看一切是否正常的簡(jiǎn)單方法。

為了測(cè)試 MPU6050，我實(shí)際上添加了一個(gè)來(lái)自 FreeIMU 的處理程序。該程序允許您在計(jì)算機(jī)上檢查您的棋盤(pán)位置。要使用這個(gè)程序，你必須下載 Processing并用它打開(kāi).pde 文件。不要忘記在處理程序中更改端口號(hào)！

2.4 3D設(shè)計(jì)

所有設(shè)計(jì)均使用 Sketchup 2017 制作。因此，您可以作為個(gè)人免費(fèi)打開(kāi)和修改 3D。

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Sketchup 無(wú)法以原生方式導(dǎo)出 STL 文件以進(jìn)行 3D 打印。您必須進(jìn)入擴(kuò)展管理器并添加一個(gè) STL 模塊。

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使用此模塊，您將生成可由 3D 打印軟件（如 Cura for Ultimaker）讀取的 STL 文件。選擇專(zhuān)用于您的打印機(jī)的軟件。

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現(xiàn)在我們準(zhǔn)備打印 Hygie 設(shè)備

2.5. 手機(jī)上的圖表

藍(lán)牙應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)是一個(gè)我不太了解的世界。從 Android Studio 從頭開(kāi)始??讓我有點(diǎn)害怕。所以我嘗試了App Inventor MIT以獲得更圖形化的方法。它是一款免費(fèi)且易于使用的軟件來(lái)創(chuàng)建 Android 應(yīng)用程序。

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快速設(shè)置基本功能的創(chuàng)建，例如與 Arduino 的簡(jiǎn)單串行對(duì)話(huà)。你可以在網(wǎng)上找到很多例子，比如這里。

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另一方面，設(shè)置更復(fù)雜的窗口管理，尤其是通信協(xié)議可能需要大量工作。

對(duì)于 Hygie，我創(chuàng)建了一個(gè)基于 2 個(gè)窗口的應(yīng)用程序，允許在一個(gè)窗口上連接/更改模式，并在另一個(gè)窗口上檢索可用數(shù)據(jù)。在這部分，應(yīng)用程序向模塊發(fā)送請(qǐng)求消息。如果這個(gè)有數(shù)據(jù)，它會(huì)按順序發(fā)送它們，直到出現(xiàn)一條消息以防止緩沖區(qū)為空。然后使用圖標(biāo)和顯示每個(gè)請(qǐng)求的小下拉菜單對(duì)每個(gè)癥狀進(jìn)行分類(lèi)。

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要使用該應(yīng)用程序，您需要在 MIT App Inventor 上創(chuàng)建一個(gè)帳戶(hù)。然后，您只需導(dǎo)入 Git 存儲(chǔ)庫(kù)中可用的 .aia 項(xiàng)目。

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然后你可以點(diǎn)擊構(gòu)建（提供二維碼）

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然后，在您的智能手機(jī)上下載 MIT Inventor 應(yīng)用程序并點(diǎn)擊掃描二維碼。這將下載應(yīng)用程序，只需安裝它并在您的參數(shù)上配對(duì)藍(lán)牙 HC-05。

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現(xiàn)在你準(zhǔn)備好了！

3. 構(gòu)想的關(guān)鍵步驟

3.1。紙模型 + 按鈕 + 調(diào)光 LED (WS2812)

我喜歡從 3D 紙模型開(kāi)始設(shè)計(jì)。它并不多，但它讓您有機(jī)會(huì)查看是否所有東西都可以放入其中并將物品拿在手中。這里我也想驗(yàn)證一下紙里面WS2812的亮度（最后我沒(méi)用那些LED）。

3.2 測(cè)試開(kāi)發(fā)板上所有可用的功能

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此時(shí)，仍然缺少幾個(gè)組件：MLX90614、電池、BOOST 和 MAX30100（此處替換為 MAX30105）

3.3 第一次 3D 打印，不確定一切都適合...

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3.4 第二版印刷、油漆和組裝

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一切都合適！但組裝并不容易......所以最后一個(gè)版本內(nèi)部的高度為 16 毫米（0.63 英寸），而不是 14 毫米（0.55 英寸）。

3.5 等待lasts組件到達(dá)

在這個(gè)階段，我還沒(méi)有收到所有組件來(lái)完成所有功能的測(cè)試。最令人擔(dān)憂(yōu)的可能是 MLX90614 溫度傳感器缺貨（或到處價(jià)格過(guò)高）。電池/升壓管理器也不見(jiàn)了。所以我現(xiàn)在使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的 TP4056 管理器（沒(méi)有 5V……沒(méi)有藍(lán)牙……）。

我猜很多醫(yī)療設(shè)備都在使用溫度傳感器，而當(dāng)前的危機(jī)導(dǎo)致它們?nèi)必洝捎诖蠖鄶?shù)軟件磚已經(jīng)存在，這不應(yīng)該阻止我完成開(kāi)發(fā)。

3.6 偽實(shí)時(shí) Arduino 代碼

大多數(shù) Arduino 代碼示例都不能實(shí)時(shí)工作。與 NXP 或 ST 的其他微控制器相比，Atmega328p 實(shí)際上是一個(gè)相當(dāng)慢的微控制器，因此在其上并行執(zhí)行大量任務(wù)并不常見(jiàn)。

所以我嘗試了一個(gè)“自制”（而且非常簡(jiǎn)單?。?shí)時(shí)系統(tǒng)。按鈕是從不同模式切換的主要控制器（長(zhǎng)按按鈕）。

主循環(huán)正在計(jì)算一個(gè) 2 字節(jié)的變量

int cpt=0; // counting the loop from 0 to 0xFFFF

當(dāng)它達(dá)到 0xFFFF 時(shí)，它會(huì)回到 0 并重新開(kāi)始。

我的主要任務(wù)是用進(jìn)程頻率定義的（“cpt”從 0 到 0xFFFF 期間它將被調(diào)用的次數(shù)）。

#define MPU6050_FREQUENCY 128
#define MPU6050_FREQUENCY_READ_PER_CYCLE cpt%((MAX_COUNTER/MPU6050_FREQUENCY)+1)

在主循環(huán)中，還根據(jù)它們的模式（使用按鈕定義）調(diào)用函數(shù)。這里只有當(dāng)我們處于 device_MODE 4 時(shí)才會(huì)調(diào)用，這意味著長(zhǎng)按按鈕 4。

if (MPU6050_FREQUENCY_READ_PER_CYCLE == 0 && device_MODE==4){

3.7 在 I2C 總線(xiàn)上工作

我們有 5 個(gè)與 I2C 通信的組件。Arduino Micro 作為主機(jī)和 4 個(gè)從機(jī)（MLX90614、MPU6050、MAX30100 和 DS1307）。由于這些組件永遠(yuǎn)不會(huì)一起運(yùn)行，我認(rèn)為它應(yīng)該可以正常工作......

但是 MPU6050 和 DS1307 都使用標(biāo)識(shí)地址 0x68 ！所以你們倆都會(huì)回答 I2C 請(qǐng)求。

在兩個(gè)設(shè)備不能一起工作的情況下運(yùn)行了大量測(cè)試后......我檢查了 MPU6050 數(shù)據(jù)表。PIN AD0 存在于芯片上，如果您將其拉起，則可將您的地址更改為 0x69。這是為您想在同一總線(xiàn)上使用 2 個(gè) MPU6050 而設(shè)計(jì)的。所以只需一個(gè)引體向上，一切似乎都正常。

3.8 內(nèi)存和存儲(chǔ)

由于我們希望設(shè)備在沒(méi)有任何藍(lán)牙連接的情況下也能正常工作，因此我們需要存儲(chǔ)所有記錄的值。

Atmega328p 有 1024 字節(jié)的 EEPROM 存儲(chǔ)器可用。我選擇 8 個(gè)字節(jié)的“集群”，所有這些信息都編碼在 1 個(gè)字節(jié)上：

癥狀編號(hào)/值（如果按鈕為 0）/小時(shí)/分鐘/秒/日/月/年

我們可以在 EEPROM 中存儲(chǔ) 128 個(gè)集群。在我們需要在應(yīng)用程序上加載數(shù)據(jù)之后。

3.9 管理電池

我花了一些時(shí)間為我的系統(tǒng)選擇主控板。事實(shí)上，我想保持 Arduino 標(biāo)準(zhǔn)以加速我的庫(kù)的開(kāi)發(fā)。然而，大多數(shù) Arduino 板工作在 5V，因?yàn)檫@是 Atmega328p 微控制器在全功率下工作所需的電壓，即 16MHz。

我還想用鋰電池供電。缺點(diǎn)是這些電池的標(biāo)稱(chēng)電壓為 3.7V。要將電壓提高到 5V，在這種情況下需要使用 BOOST 模塊，不幸的是非常耗能...

為了開(kāi)發(fā)這個(gè)項(xiàng)目，我選擇將 Atmega328p 的速度降低到 8Mhz。在這個(gè)速度下，我可以在 3.3V 下使用我的 Atmega328，這非常適合電池和兼容性。因此，我不需要使用升壓模塊或 5V/3.3V 電壓轉(zhuǎn)換器。另一方面，我只能在 8Mhz 下使用我的 Atmega328p，并確保所有選定的組件都在 3.3V 范圍內(nèi)工作。

在 8Mhz 下使用 ATmega328p 的功率水平確實(shí)受到限制。在這里，我打賭，由于我不將所有組件一起使用，8MHz 可能就足夠了......目前一切都很好！:)

起初，我不想使用任何 BOOST。HC-05 藍(lán)牙規(guī)格最低為 3.6V。所以我想我可以直接從 Lipo 以 4.2V 為藍(lán)牙供電。有了這個(gè)解決方案，一個(gè)簡(jiǎn)單的 TP4056 就足以管理我的電池。但是這個(gè)解決方案藍(lán)牙不穩(wěn)定......所以我不得不更換我的電源板并有一個(gè) 5V BOOST 輸出......再次調(diào)節(jié)到 3.3V :-(

擁有良好的能量表現(xiàn)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作。大多數(shù)情況下，不可能像我使用的那樣使用架子上的組件來(lái)做到這一點(diǎn)……在這里，我只能通過(guò)將未使用的組件設(shè)置為睡眠狀態(tài)并更改板上的某些組件來(lái)避免重大的能量泄漏。

作為能量?jī)?yōu)化的一個(gè)例子，在大多數(shù)電路中，人們使用 10kohm 拉電阻作為按鈕。但這是損失的能量：

I=U/R >> I=3.3V / 10000ohm >> I=0.33mA 每小時(shí)！

每小時(shí) 0.33mA 的電流不斷從這些電阻器中泄漏，這對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的損失。像這樣的一個(gè)電阻器將在 125 天內(nèi)耗盡我們的 1000mA 電阻器......

如果您使用簡(jiǎn)單的 100kohm，則需要 0.033mA，因此需要 1250 天！

4. 總結(jié)與改進(jìn)

這個(gè)項(xiàng)目的構(gòu)建非常有趣。它在不同的技術(shù)部分教會(huì)了我很多東西。整個(gè)東西是功能性的，但在許多方面仍然需要改進(jìn)：

• 藍(lán)牙應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)管理和顯示有待改進(jìn)
• 在軟件庫(kù)中排序以釋放內(nèi)存空間。
• 更好的電源管理，至少有一個(gè)月的自主權(quán)。
• 設(shè)計(jì)用于工業(yè)化的 PCB。現(xiàn)在線(xiàn)有點(diǎn)長(zhǎng)^^
• ...

我希望它能幫助很多人開(kāi)發(fā)醫(yī)療連接對(duì)象。我會(huì)找時(shí)間繼續(xù)快速改進(jìn)它:)

如果您有任何問(wèn)題，請(qǐng)不要猶豫與我聯(lián)系！

5. 資源

• 3D 設(shè)計(jì)：草圖
• 3D設(shè)計(jì)渲染：暮光渲染V2
• 3D 打印就緒：Cura
• 插圖：dreamstime.com （提供許可證證明）
• 組裝：Power Point / Paint / www4.lunapic.com
• 硬件設(shè)計(jì)：Fritzing
• 軟件：Arduino & 處理