So easy!Zephyr操作系统+Arduino开发板变成一款心率监测器

2017-05-19 14:09:00 来源:EEFOCUS
分享到:
标签:

“大健康”概念提出以后,作为医院外补充医疗的可穿戴设备掀起一股发展热潮,心率监测仪作为一款常见的监测设备很受欢迎。它不仅价格便宜,而且体积小携带方便,随时随地都能测试,并给用户提供实时监测结果,让用户及时了解健康状况并采取合适的治疗方式。那么对于开发者来说,如何快速开发一款心率监测仪?今天,我们就手把手教你采用Zephy操作系统在Arduino 101开发板上搭建一款心率监测仪。

先来了解一下心率检测仪的组成部分,一般包括硬件部分和软件部分。硬件部门主要完成的功能包括数据采集、数据传输和数据显示,软件部分主要进行数据转换和分析。我们采用的Arduino 101开发板上有一个英特尔居里模块,英特尔Quark SE处理器有两个核:一个用于控制传感器子系统的ARC内核,一个用于控制蓝牙低功耗芯片的X86内核。Zephyr操作系统非常适用于资源受限的物联网设备,从简单的嵌入式环境传感器和LED可穿戴设备,到精密的智能手表和物联网无线网关都能覆盖。与其它实时操作系统相比,Zephyr操作系统支持丰富的I/O驱动,具有高可配置性,编译时可进行资源定义,这使得它非常适用于快速原型开发;对于特殊应用案例易于优化。同时,它不仅支持板上的所有传感器接口,还能够通过IPM机制实现双核之间以及蓝牙到其它设备之间进行数据交换。因此在资源配置方面,Arduino 101开发板和Zephyr操作系统可以满足心率监测仪的设计需求。

我们将从以下几点来展示心率监测器的设计过程,包括:如何从脉冲传感器读取模拟数据并监测心率?如何在Grove RGB LCD上现实心率和心跳?如何通过低功耗蓝牙连接发送心率数据到智能手机?所有的源代码主要基于Zephyr提供的样例,通过这个设计用户将会更加了解Zephyr操作系统的详细使用方法。

硬件搭建
与其它Arduino开发板类似,必须用到USB type B连接线把应用程序烧制到Arduino101开发板的系统闪存,它同时给开发板供电。FTDI USB TTL串行连接线在调试时从串行接口中抓取数据。Grove RGB LCD的工作电压为5V,采用SCL和SDA线通过I2C总线与Arduino 101进行通信。Arduino 101开发板在工作电压为3.3V时,没有内部上拉电路,我们需要创建一个:

    将3.3V引脚连接到两个10K 欧姆的电阻上;
    将SCL和SDA引脚连接到上拉电路上;
    将SCL和SDA引脚将转到Grove RGB LCD显示屏的对应引脚上;
    把5V和地引脚分别从开发板上连接到显示屏上的对应引脚;

脉冲传感器能够在3.3V或5V电压下工作,在Arduino 101开发板上我们采用3.3V。有三路线连接到传感器,红线连到3.3V,黑线接地,紫色线接到模拟输入 A2,开发者能够通过ADC-CHANNEL 在代码种定义任何引脚,从A0到A5。注意: 手指上的汗水可能会导致短路,从而损坏传感器,需采取适当的预防措施,避免造成短路。
 



Arduino 101开发板采用数字引脚0和1发送和接收串行数据,连接下面的引脚和线:
    板子上的引脚0(RX)连接到橘红色线,USB FTDI的引脚5(TX);
    板子上的引脚1(TX)连接到黄线,USB FTDI线缆的引脚4(RX);
    最后把地连接到黑线,FTDI线缆的引脚0(GND)

 


图1: 面包板搭建电路


图1展示了一个如何使用面包板连线到设备的案例。两个10K欧姆的电阻用于搭建上拉电路。它们一端连接到3.3V输出,另一端连接到SCL和SDA,这将信号传输到LCD。脉冲传感器与上拉电路(红色电缆)共用3.3V线,并使用A2引脚将模拟数据发送到电路板。棕色和橙色跳线的一端连接到引脚0和引脚1,另一端分别连接到USB FTDI卡的TX和RX。
 


图2:Proto Shield的后侧(左图)和前侧(右侧)


图2展示了Arduino Proto Shield rev. 3,电路原理和面包板类似,只是被焊接板代替了。Shield为电路提供了方便的5V和GND连接。7引脚连接器的引脚0和引脚1弯折后连接到3.3V和地引脚,而其它五个引脚进入模拟输入端口。

 


图3:硬件设置(左)和心率监测器内部示例(右)


图3展示了硬件内部植入一个案例之前和之后的设置。Proto Shield具有Arduino 101开发板完全相同的外形尺寸,因此你可以使用一些长的M3螺栓将它们固定在一起。这样硬件就设置好了,接下来开始进行软件搭建。

软件搭建
Zephyr编程环境需要设置,以用来构建和烧录应用程序。Arduino 101开发板带有一颗Nordic半导体的nRF51蓝牙低功耗控制器。Zephyr不支持此控制器上的Arduino 101出厂安装固件,因此需要将其新闪存按照Zephyr网站上的说明,将新固件烧录到板上。步骤如下:

获得应用资源代码:
$ git clone https://gerrit.zephyrproject.org/r/heartrate-monitor

构建并烧录ARC应用,代码如下:
    $ cd heartrate-monitor
    $ make pristine && make BOARD=arduino_101_sss_factory ARCH=arc
$ sudo -E dfu-util -a sensor_core -D output/zephyr.bin

构建并烧录X86应用,代码如下:
$ make pristine && make BOARD=arduino_101_factory ARCH=x86
$ sudo -E dfu-util -a x86_app -D output/zephyr.bin

连接智能设备
支持BLE的便携设备可以用于连接到Arduino 101开发板。这个示例已经被iPhone的默认健康APP和安卓设备的nRF 工具盒子测试过了。

   


图4:iOS健康APP(左)和nRF工具盒子APP(右)屏幕截图



在iPhone上,按照以下流程操作:
1.打开“设置>蓝牙”扫描并与Zephyr健康心率监测器配对;
2.启动健康APP;
3. “健康数>器官>心率”;
4.将手指放在脉冲传感器上;
5.过几秒,心率数据会出现在Grove LCD和健康APP的屏幕上;

安卓手机上,按照以下流程操作:
1.打开nRF工具盒子;
2.转到HRM,并启用蓝牙功能;
3.选择连接,并将手机与Zephyr健康心率监测器配对;
4.将手指放在脉搏传感器上;
5.几秒钟后,心率数据就会出现Grove LCD和应用程序屏幕。

 


图5:数据流传输



图5描述了实例中的数据流。应用程序在ARC处理器上运行,通过ADC接口从脉冲传感器采集数据。它分析数据并判断这个数据是否代表心率。当ARC APP监测到心跳时,它会在Grove LCD上显示心率,并且刷新LCD显示的节拍。同时,应用程序APP会通过IPM将心率数据发送到X86端。然后,X86应用程序接收心率数据并且通过IPC控制nRF51蓝牙芯片,使用BLE心率描述规范给已连接的设备通知更新数值。

怎么样?看完以上的几个步骤,作为开发者你还觉得设计心率监测器很难吗?有Zephyr操作系统和Arduino 101开发板就够了,同时Zephyr还提供很多传感器APP示例程序,Arduino 101开发板资源配置丰富,而且简单易用。你的心率监测器设计之路从这里开始吧!

 

 

继续阅读
看似微风的“Zephyr项目”要在物联网领域掀起一场风暴

“Zephyr”是微风的意思,但“Zephyr项目”却不像字面的意思这么简单。它是一款操作系统,特别要说的是,是一款实时操作系统,而它将在物联网领域掀起一场风暴。

开源管理模式让Zephyr物联网操作系统更加灵活易用

物联网在不断向前演进,设备种类越来越多,设备数量爆发式增长,根据HS Markit和Bain & Company的最新数据,预计到2020年全球互联网设备将超过307亿个,而到2025年该数字将增长至754亿个。

Zephyr开源实时操作系统,为超小物联网设备而生

物联网时代不断向前推进,虽然还未出现爆发式增长,但很多人已经切身体会了联网设备给生活带来的便捷。目前物联网设备越来越小型化,这在尺寸和功耗方面都对硬件厂商提出了新的要求,于此同时超小设备受限于内存不足,原来的大型操作系统已难以应用,因此急需一套小巧、灵活的物联网操作系统帮助这些物联网设备实现快速运行。Linux 基金会为了解决这一难题,并

Zephyr:面向最小尺寸物联网设备的实时操作系统

随着市场上越来越多的RTOS 产品的推出,越来越多的开发者意识到需要一个专为小型物联网设备设计的可扩展实时操作系统,于是,Linux基金会发布了Zephyr 项目,一种针对资源有限的系统而打造的小型、可扩展、实时操作系统。

医疗器械中的灵活性设计

在医疗器械设计中,灵活性好的零部件能够降低成本、加速上市、减少装配时间以及简化供应链。如果有一个产品平台能够提供各种选件,那么医疗器械设计人员就能够快速地选择满足其应用要求的产品,而不必花费高昂的成本去定制。

更多资讯
结合小米6和小米MIX,除了骁龙835和全面屏小米MIX2配置还有哪些?
结合小米6和小米MIX,除了骁龙835和全面屏小米MIX2配置还有哪些?

如果与非网小编问2017年小米手机哪一款最值得期待,相信很多读者都不会选择小米6,而是会选小米MIX2。去年的小米MIX超炫酷的全面屏设计给我们留下了深刻印象, 小米MIX2手机的颜值一定还会让大家“发烧”。

激光电视就是靠这个和QLED和OLED电视竞争?
激光电视就是靠这个和QLED和OLED电视竞争?

在彩电市场,可能很多认为,QLED和OLED才是市面上高端彩电产品的代表,是未来彩电发展的核心,没有与之能抗衡的产品了。不过笔者却不这么认为,因为市面上还有一类高端大屏电视--激光电视,它的出现,很轻松的就让普通大众能实现百寸高清大屏梦想。

既有语音识别又有AR/VR,回归的谷歌眼镜值得购买吗?
既有语音识别又有AR/VR,回归的谷歌眼镜值得购买吗?

经过两年的沉寂之后,谷歌昨天发布了新版Google Glass硬件。这款Google Glass Enterprise Edition,定位于企业服务,仅面向谷歌的企业合作伙伴提供。

中兴走出国门,手机业务和5G海外市场亮点频出

中兴近日发布2017年半年度业绩快报,上半年实现营业收入人民币540.11亿元,较上年同期增长13.09%,净利润人民币22.94亿元,较上年同期增长29.85%。

针对华为世界500强排名83名,余承东是这么说的
针对华为世界500强排名83名,余承东是这么说的

昨天,《财富杂志》公布了2017年世界500强榜单,华为再次无悬念上榜,而且首次进入前100名,排行第83。

Moore8直播课堂
想提升硬“见”实力?快,看过来!这里有你想要的

想提升硬“见”实力?快,看过来!这里有你想要的

2017-07-24 14:00:00
众创时代,要让创业变得越来越容易,就离不开完善的创新创业服务链;以此为使命,成立一年以来,云创硬见一直致力于为双创者打造更加完整的创新服务生态圈,帮助双创者解决从创意到产品过程中的难题。2017年7月
【第六幕】万人FPGA大赛系列培训课程——基于FPGA的UART串口通信系统设计

【第六幕】万人FPGA大赛系列培训课程——基于FPGA的UART串口通信系统设计

2017-07-24 16:00:00
关键词:FPGA万人大赛(想想就心潮澎湃)柒月,蝉声缭绕,数以万计FPGA工程师和爱好者摩拳擦掌,掀起一场FPGA的热浪。在这个夏天,一切都将改变!让学生利用FPGA平台学习数字电路设计,就像写代码看
【第二弹】闭关修炼已成,来听听老道备战国赛的一些心得

【第二弹】闭关修炼已成,来听听老道备战国赛的一些心得

2017-07-25 15:00:00
这个夏天,两年一度的重量级比赛:“全国大学生电子设计竞赛”如约而至,曾经没日没夜挥汗如雨,以及并肩作战的队友历历在目,暂且不论含金量,只凭它是学生时代最珍贵的记忆这一点,不亲身经历一次,又怎能说自己是
【第七幕】万人FPGA大赛系列培训课程——状态机(序列检测+交通灯设计)

【第七幕】万人FPGA大赛系列培训课程——状态机(序列检测+交通灯设计)

2017-07-27 16:00:00
关键词:FPGA万人大赛(想想就心潮澎湃)柒月,蝉声缭绕,数以万计FPGA工程师和爱好者摩拳擦掌,掀起一场FPGA的热浪。在这个夏天,一切都将改变!让学生利用FPGA平台学习数字电路设计,就像写代码看
移动机器人的感官及其导航和定位技术

移动机器人的感官及其导航和定位技术

2017-07-27 20:00:00
机器人是一个由执行机构、驱动装置、感测装置和控制系统和复杂机械等组成的闭环装置。当前工业革命(工业4.0)面临的突出需求——感测装置(传感器),工业界希望把各种传感器引入工业生产中,利用它独有的数据采
微话题

积累三年工作经验使用二十年,你敢吗?

最近见了我的朋友白东,他们公司要扩大规模,招很多程序员……