可緩解潮熱癥狀的開源項(xiàng)目

描述

該項(xiàng)目旨在緩解更年期常見的潮熱癥狀，它是一個(gè)由可穿戴設(shè)備制成的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，可跟蹤用戶在睡眠期間的皮膚溫度和運(yùn)動(dòng)。可穿戴設(shè)備通過藍(lán)牙 LE (BLE) 將溫度和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送到風(fēng)扇控制器，當(dāng)皮膚溫度升高時(shí)風(fēng)扇會(huì)被激活，并且數(shù)據(jù)會(huì)記錄在云服務(wù)中。用戶還可以使用谷歌助手來改變風(fēng)扇速度。

請(qǐng)記住，這個(gè)項(xiàng)目不會(huì)阻止您出現(xiàn)潮熱，但可以讓您感到放心，請(qǐng)務(wù)必咨詢您的醫(yī)生。我們認(rèn)為該項(xiàng)目不僅對(duì)更年期的女性有益，對(duì)盜汗患者也有益，從而改善睡眠質(zhì)量。

由于 COVID-19 隔離，我們想用已經(jīng)在家中的電路板/傳感器構(gòu)建一些東西，這使得獲得更多材料變得更加困難。我將嘗試描述亞伯拉罕和我如何開發(fā)這個(gè)正在進(jìn)行的項(xiàng)目，我們遇到的一些挑戰(zhàn)以及我們?nèi)绾螄L試解決它們。

可穿戴設(shè)備

該項(xiàng)目圍繞 STMicroelectronics STEVAL-BCN002V1B開發(fā)套件（又名 BlueTile）構(gòu)建。

STEVAL-BCN002V1B 支持藍(lán)牙 LE 的傳感器節(jié)點(diǎn)開發(fā)套件具有基于 BlueNRG-2 SoC 藍(lán)牙低功耗應(yīng)用處理器的 STEVAL-BCN002V1 多傳感器板。該傳感器板具有加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)、壓力、濕度、飛行時(shí)間和麥克風(fēng)傳感器，并由通用 CR2032 紐扣電池[1]供電。

傳感器板上的BlueNRG-2 SoC 可以使用默認(rèn)程序使用適用于 Android 和 iOS 的STMicro Sensor Demo App連接到您的智能手機(jī)。

這些是您可以使用傳感器演示應(yīng)用程序執(zhí)行的一些功能，您甚至可以記錄數(shù)據(jù)，此功能將 CSV 文件發(fā)送到您的電子郵件。

BlueTile 測(cè)試

為了對(duì)傳感器板進(jìn)行編程，我們使用了您獲得套件時(shí)提供的 STEVAL-BCN002V1D編程板。您可以通過多種方式對(duì)傳感器板進(jìn)行編程，這是用戶手冊(cè)。

我們使用 BlueNRG-2 Navigator 來熟悉傳感器板，您可以使用大量示例。這是一個(gè)數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介。

BlueNRG -2 Navigator項(xiàng)目可用于Keil和Atollic 。在傳感器板上運(yùn)行的程序是Sensor Demo App. 首先我們嘗試在 中更改設(shè)備本地名稱sensors.c，以確保修改源代碼和編程板是可行的。

為此，我們?cè)谑褂?Keil 生成 hex 文件后使用了 BlueNRG-1_2 flasher實(shí)用程序。

值得一提的是，在刷新應(yīng)用程序之前，必須 Service Manager OTA先使用 flasher 實(shí)用程序加載第一個(gè)，然后為應(yīng)用程序生成生成的 hex 文件。

實(shí)際設(shè)備名稱是BCN-002，但不確定與本地名稱有什么區(qū)別。

在文件中的Sensor_DeviceInit() 函數(shù)中sensors.c更改了aci_gap_set_authentication_requirement 刪除引腳配對(duì)。只需更改USE_FIXED_PIN_FOR_PAIRING為DONOT_USE_FIXED_PIN_FOR_PAIRING

尋找服務(wù)和特點(diǎn)

要為傳感器板構(gòu)建 BLE 客戶端，您必須在此處獲取更多關(guān)于 BLE 的 Service UUID 和 Characteristic UUID 。

ST Micro 有關(guān)于如何對(duì) BlueNRG-2 進(jìn)行編程的文檔以及有關(guān)服務(wù)的詳細(xì)信息，但我們使用BLE 掃描儀來搜索可用的服務(wù)和特性。

BlueNRG-2有 3 項(xiàng)服務(wù)，但傳感器數(shù)據(jù)正在服務(wù)00000000-0001-11E1-9AB4-0002A5D5C51B中。服務(wù)00000000-000E 和00000000-000F是調(diào)試和配置。更多關(guān)于第 3 節(jié)的內(nèi)容。

這些是服務(wù)下可用的特性00000000-0001-11E1-9AB4-0002A5D5C51B

• 001c0000-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B - 環(huán)境的
• 00000100-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B- 傳感器融合
• 40000000-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B- ？
• 00000400-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B- 加速度計(jì)事件
• 00020000-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B- 儀表（用于電池電量）
• 00000040-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B- 指南針
• 20000000-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B- 引領(lǐng)
• 08000000-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B- 聲音的
• 00E00000-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B - 運(yùn)動(dòng)傳感器
• 02000000-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B- 接近

創(chuàng)建 BLE 客戶端

我們使用DOIT Esp32 DevKit v1嘗試連接到傳感器板，基于 ESP32 庫管理器中的 Arduino BLE 客戶端示例。

程序?qū)ふ曳?wù)00000000-0001-11E1-9AB4-0002A5D5C51B和001c0000-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B環(huán)境特性。

// The remote service we wish to connect to.
static BLEUUID serviceUUID("00000000-0001-11E1-9AB4-0002A5D5C51B");
// The characteristic of the remote service we are interested in.
static BLEUUID    char1UUID("001c0000-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B"); //Env

在掃描 BLE 設(shè)備時(shí)，ESP32 能夠看到傳感器板但無法連接到它。

為確保 ESP32 草圖正常工作，我們使用了健身手環(huán)（服務(wù)器）和 ESP32（客戶端），連接成功，但在創(chuàng)建客戶端時(shí)掛起。

我們遇到了 Neil Kolban 的ESP32 片段，似乎 Arduino 庫在信號(hào)量方面存在問題，因此我們構(gòu)建了新庫并重新編程了 ESP32。

但是 ESP32 仍然無法連接到傳感器板。我們嘗試使用 MAC 地址進(jìn)行連接，該地址是在 BLE 設(shè)備掃描時(shí)確定的。

std::string My_BLE_Address = "ec:4d:a6:01:a1:eb";

當(dāng)找到 MAC 地址而不是服務(wù) UUID 時(shí)，將調(diào)用 BLE 通告設(shè)備函數(shù)。

// We have found a device, let us now see if it contains the service we are looking for.
if (advertisedDevice.getAddress().toString()==  My_BLE_Address ) {
Serial.println("Found DEVICE!");
BLEDevice::getScan()->stop();
myDevice = new BLEAdvertisedDevice(advertisedDevice);
doConnect = true;
doScan = true;

然后 ESP32 能夠與傳感器板建立連接，連接沒有掛起。我們需要調(diào)查為什么在掃描時(shí)在傳感器板上看不到服務(wù)。

BLE 客戶端示例具有通知回調(diào)函數(shù)，但數(shù)據(jù)未正確顯示。需要更新回調(diào)函數(shù)（由Andreas Spiess完成）以顯示原始數(shù)據(jù)。

讀取特征值

該gatt_db.c文件包含更新特征值的函數(shù)。

/**
 * @brief  Update Environmental characteristic value
 * @param  int32_t Press Pressure in mbar
 * @param  uint16_t Hum humidity RH (Relative Humidity) in thenths of %
 * @param  int16_t Temp1 Temperature in tenths of degree
 * @retval tBleStatus   Status
 */
tBleStatus Environmental_Update(int32_t Press, uint16_t Hum, int16_t Temp) {
	uint8_t BuffPos = 0;

我們使用 ST 傳感器演示應(yīng)用程序獲得了一些日志。

在溫度日志中，0x1B01 MSB 為 0x01 = 283 dec，但以“十分之一度”表示，即為 28.3°C。

我們使用類似的方法來獲取濕度和壓力值。然后環(huán)境數(shù)據(jù)以易于理解的方式顯示在控制臺(tái)上。

僅包括另外兩個(gè)特征：

運(yùn)動(dòng)傳感器 (MotionFX)。這個(gè)特性在這里更多地使用了四元數(shù)。該數(shù)據(jù)將代表用戶在睡眠時(shí)間的運(yùn)動(dòng)，也許這可以用來估計(jì)睡眠質(zhì)量。

MotionFX 是 X-CUBE-MEMS1 軟件的中間件庫組件，在 STM32 上運(yùn)行。它提供實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)融合。它還執(zhí)行陀螺儀偏置和磁力計(jì)硬鐵校準(zhǔn)[2] 。

儀表。儀表特性以 mV 為單位發(fā)送電池電壓。

所有特征都有屬性：READ、NOTIFY、WRITE 等。更多信息請(qǐng)參見此處。 Arduino 上的 ESP32 BLE 客戶端有一個(gè) notify 和 read 回調(diào)，主要區(qū)別是當(dāng)一個(gè)特征值改變時(shí)服務(wù)器會(huì)發(fā)送一個(gè)通知。

要獲取數(shù)據(jù)，必須啟用和禁用通知，肯定有更好的方法可以做到這一點(diǎn)，但似乎發(fā)送NULL會(huì)禁用通知。

if(p1RemoteCharacteristic->canNotify())
    p1RemoteCharacteristic->registerForNotify(NotifyCallback);
//Serial.println("Unregister for notifying!");
delay(100);
p1RemoteCharacteristic->registerForNotify(NULL);

此時(shí)我們已準(zhǔn)備好配置 ESP32 以連接到 Adafruit IO。

IFTTT 小程序

由于我們想控制 AC 風(fēng)扇的速度，我們認(rèn)為如果可以使用 Google Assistant 進(jìn)行語音控制會(huì)很好。

我們?cè)?IFTTT 上創(chuàng)建了以下小程序：高速、低速、關(guān)閉和 自動(dòng)模式來控制放置在床頭柜上的小風(fēng)扇。自動(dòng)模式旨在根據(jù)可能指示潮熱發(fā)作的皮膚溫度變化打開/關(guān)閉風(fēng)扇。

DOIT Esp32 DevKit v1 開發(fā)板只有 4MB 內(nèi)存，因此不適合合并 BLE 和 MQTT :(

電路

亞伯拉罕有備用的 16MB ESP32 WRover 模塊，他在另一個(gè)項(xiàng)目中使用了這些模塊。

我們使用 Abraham 的 ODOROID-GO 定制 PCB，他手工焊接了啟用 ESP32 WRover 模塊所需的最少組件：USB 轉(zhuǎn)串口、USB 連接器、3.3V LDO 等。

僅使用了幾個(gè) GPIO，因此左側(cè)的標(biāo)頭（安裝 SPI tft 屏幕的位置）有足夠的 GPIO 來控制繼電器板。

ESP32 GPIO 不能承受 5V 電壓，因此 Abraham 為 2 個(gè)繼電器、電源和復(fù)位按鈕制作了這個(gè)小屏蔽。

。(00:43)看到。

記錄數(shù)據(jù)

我們正在使用 Adafruit IO 記錄傳感器的數(shù)據(jù)，這些是我們的提要：

• 溫度。
• 濕度。
• 壓力。
• 用戶隨時(shí)間的運(yùn)動(dòng)。
• 隨著時(shí)間的推移潮熱發(fā)作。
• 電池電量。

。

?

此功能仍需要改進(jìn)，可能會(huì)在更長的時(shí)間內(nèi)平均溫度通知，而不僅僅是在發(fā)布之后。我們使用吹風(fēng)機(jī)來提高溫度，當(dāng)電路板通電時(shí)，第一個(gè)脈沖是假潮熱，我們需要解決這個(gè)問題，但接下來的 2 個(gè)溫度峰值代表潮熱事件。

傳感器板放置在 3D 打印外殼內(nèi)。

外殼有一個(gè)用于溫度傳感器和復(fù)位按鈕的開口

溫度傳感器應(yīng)該與皮膚接觸，但我們需要收集更多信息，例如 HTS221 是否是皮膚溫度的正確傳感器。此外，我們需要確定傳感器的正確位置，可能在手腕內(nèi)或更靠近胸部。

未來的工作

傳感器板有許多傳感器，可用于收集更多信息，例如：

• MEMS麥克風(fēng)可用于監(jiān)測(cè)打鼾。
• Motion FX 傳感器甚至可以推斷出您的睡眠位置。
• BlueNRG-2 還具有自由落體檢測(cè)功能。

也許熱敏電阻或紅外溫度計(jì)可能是測(cè)量皮膚溫度的更好方法。此外，傳感器的位置也很重要，但它必須是非侵入性的，以便在睡覺時(shí)佩戴。

除了皮膚溫度升高外，潮熱還可能導(dǎo)致女性心率加快。當(dāng)身體試圖降低溫度時(shí)，這會(huì)導(dǎo)致突然出汗。這種癥狀還可能伴有心悸和頭暈[3] 。

心率測(cè)量可以使這個(gè)項(xiàng)目更加穩(wěn)健，也許可以用來預(yù)測(cè)潮熱。

為簡(jiǎn)單起見，選擇使用小型交流風(fēng)扇，但生物特征數(shù)據(jù)可用于觸發(fā)更復(fù)雜的執(zhí)行器。

我們?nèi)匀恍枰迯?fù) Arduino 草圖的錯(cuò)誤并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。

結(jié)論

在炎熱的一天隨時(shí)享受清新的微風(fēng)是很好的，但在潮熱時(shí)立即得到緩解就更好了！

通過這個(gè)項(xiàng)目，我們打算解決更年期最常見的癥狀之一。由于自動(dòng)模式是一種簡(jiǎn)單的開/關(guān)控制，因此不需要復(fù)雜的算法和電子設(shè)備。

大部分時(shí)間都花在弄清楚如何讓 BLE 設(shè)備按預(yù)期工作。我們利用 bluetile 小尺寸和低功耗的優(yōu)勢(shì)構(gòu)建了一個(gè)小型應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序可以擴(kuò)展到我們目前提供的內(nèi)容之外。

希望你喜歡它！