2020年TI杯电子设计大赛 A题 无线运动传感器节点设计

10个月前

简介:2020年TI杯大学生电子设计大赛 A题 无线运动传感器节点 硬件资源包括: ADS1292R心电采集模块 STM32F103最小系统板 LMT70*2 按键、LED、LCD、蓝牙

开源协议: Public Domain

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描述

更新:晶振需要焊,8M有源

简介

作者博客主页: https://blog.csdn.net/weixin_44578655

该文档及相关资料系博主参加2020年TI杯大学生电子设计大赛的作品,关联博客: https://blog.csdn.net/weixin_44578655/article/details/109020022

资料链接(百度网盘): 链接:https://pan.baidu.com/s/1WnXZ1bDB-cs1LRwfiP6rYg 提取码:iqek 实物图: 图片.png图片.png

开源资料压缩包内容: 在这里插入图片描述

原理图、PCB

PCB是使用立创EDA绘制的,文件夹中的AD文件是从立创EDA导出的 导出后边框和字符可能会有点问题。 在这里插入图片描述

推荐使用立创EDA! 由于编辑文档时,立创EDA的工程还未发布: 可以过段时间查看我的LCEDA开源首页: https://oshwhub.com/doee

  • ADS1292R心电采集模块
  • STM32F103C8T6最小系统模块
  • LMT70模块

板子三部分通过跳线帽连接作为一体使用,也可以掰开单独使用.

单片机的晶振使用的是8M有源晶振

把LMT70的焊盘扩大了,好焊一些,但不知道测温手触摸到焊盘会不会有影响。

为了元器件布局紧凑些,没有留元件字符标号。

服务器端工程源码:

服务器端编译环境为VS2019,语言为C# 如果是初次接触上位机编写,给大家推荐一个基础入门的上位机设计教程: https://www.cnblogs.com/liaocheng/p/9144317.html

服务器端工程的压缩包包含多个工程: 在这里插入图片描述

最终使用的是上图箭头指向的版本。 在这里插入图片描述

在上图的目录下,有工程生成的exe文件,可以直接运行

由于时间关系,该版本不完善,切换wifi和蓝牙模式时,需要关掉重新打开再切换。

蓝牙映射出的串口默认波特率为115200 windows下如何更改蓝牙虚拟串口的参数,详见:

https://blog.csdn.net/px_528/article/details/70782059 TCP模式下的IP地址需要在源码中更改,所以如果不打算参考源码的话,这个服务器端的软件是没法直接使用的(比赛时间紧张,很多细节无法完善)

设备端各模块

设备端的源码我尽量注释,代码结构尽量弄清晰一些,也就比赛完这段时间有心情去整理了。

设备端源码文档结构

在这里插入图片描述

系统框图:

在这里插入图片描述

软件框架:

在这里插入图片描述

这是在报告里写的,为了高大上一点,就称作“任务”了,不要被误导,并不是多任务!

系统所有模块均运行在main函数的大循环中,通过软件定时,实现各个模块的定时循环运行。 软件定时方法,以按键扫描举例:

if(sys_tick - key_tick >= 10) { key_tick = sys_tick; //按键扫描、处理等等 }

其中sys_tick是全局变量,每1ms会自增1(通过1ms的定时器中断精确计数),用于系统运行计时(一般称为系统时基),有了它可以方便实现软件定时。 上述代码实现的效果是,每10ms,if判断就成立一次,放在大循环里就可以实现10ms的定时,每10ms扫描一次,可以免去按键消抖,同时降低系统运行开销。 每个模块的工作基本都采用这种方式实现软件定时执行,方便设定定时周期。

在这里插入图片描述

关于ADS1292模块

连接线序 VIN---3.3V~5V 3V3---3.3V GND---GND DRDY---PA8 CS---PB12 CLK---PB13 DOUT---PB14 SDIN---PB15

其中“3V3”引脚专门为ADS1292模块的数字部分供电,减少对模拟部分的干扰。 提供两种选择:

  1. 使用外部的3.3V,也就是3V3引脚要接外部的3.3V,同时按图示使用跳线帽将两框选引脚短接。 在这里插入图片描述
  2. 使用系统内部稳压出来的3.3V,这时候3V3引脚可以不接,需要按下图接跳线帽。

在这里插入图片描述

心电电极贴片的位置 购买下图这种导联线的话:

在这里插入图片描述

根据颜色,按下图方式连接,测出的心电波形才是正确的。 在这里插入图片描述

关于陀螺仪模块

陀螺仪模块部分我使用的是一个冷门的模块,这个应用只用到pitch轴,因此使用普通的MPU6050就可以。

陀螺仪模块绑在腿上,实现步数测量,详细内容参见设计报告。 在这里插入图片描述

关于蓝牙模块和上位机

蓝牙模块使用HC05

由于系统最初是使用蓝牙上位机的,因此工程中保留了蓝牙数据发送部分。 在这里插入图片描述

配套的蓝牙调试上位机为:

在这里插入图片描述

相当好用的一款上位机,在应用市场可以搜索到,界面控件可以二次开发,这次电赛有好多做A题的组别都是直接使用的这款上位机,可以说这个APP作者拯救了一大波参加电赛的。

关于LMT70

LMT70可以通过IO口供电,这是手册推荐的。 使用stm32自带的12位ADC,加入均值滤波后数据挺稳的。

关于esp8266

模块的具体型号为esp8266-01s,初始化部分主要为AT指令配置wifi和服务器等。 在这里插入图片描述

esp8266是后期改的,由于板子上原来没有留接口,就只能用蓝牙的接口了,两个模块的供电电压不太一样(蓝牙:3.6-6,esp8266:3.3V),因此加了一块洞洞转接板,板上有稳压模块(不能用AMS1117,由于系统供电是锂电池3.7-4.2V,而1117要求压差比较大,必须使用低压差LDO才可以正常输出3.3V,这里使用的是TPS73233DBVR) 在这里插入图片描述

关于屏幕

链接: https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.5-c-s.w4002-22419023648.11.103e497cFxRZgy&id=526022333035 在这里插入图片描述

选“老款不带片选CS”

这种SPI驱动的LCD刷新速度还可以,至少心电波形的实时显示还是可以满足的。

店家提供stm32部分的源码,设计PCB的时候也是按照屏幕例程中的引脚定义来的(使用硬件SPI)。

设备外壳

外壳使用solidworks绘制,材质:亚克力、铜柱,设备:雕刻机、手。 最后一天时间比较急,手残把屏幕的安装孔画错了,也能凑合装。 在这里插入图片描述

设计报告

设计报告我们抽出整整一天来写的,真实反映了作品内容,报告上的相关方案也是实际采用的方案。

word版本的设计报告包含了Fir滤波器理论计算部分(pdf版本是最终提交的版本不含这部分)。队友这块的理论分析写的超认真,但由于最后超页数了,提交之前被我一刀砍了。

制作成本

ADS1292R:30rmb左右一片 stm32f103c8t6: 10rmb LMT70:10(不好焊) (自己做就别用这个玩意儿啦,换成NTC也可以) 其他元件<30rmb 屏幕:加邮费46 锂电池+充电模块等:< 15rmb (3.7V小电池就行) 蓝牙/WIFI模块:<15rmb 陀螺仪模块:如果使用MPU6050的话,5rmb就可以买到 导联线:加邮费30 心电电极:20 总共200rmb左右,相比电赛期间某宝动辄300+的单独心电模块真是智者见智了。

文档

ADS1292评估板

在编辑器中打开

ADS1292评估板

在编辑器中打开

BOM

ID Name Designator Footprint Quantity
1 K2-1101UT-B4SW-01_JX KEY2,KEY1 SW_PUSH_2P_6MM_H5MM_JX 2
2 LED-0603_R LED2,LED1 LED0603_RED 2
3 LMT70AYFQR U5,U7 DSBGA-4-DOEE 2
4 HDR-M-2.54_2x3 J3 HDR-M-2.54_2X3 1
5 HDR-M-2.54_2x4 J6,J2 HDR-M-2.54_2X4 2
6 2.2n C5,C2,C3,C4 C0603 4
7 0.1u C30,C29,C6,C7,C46,C45,C15,C16,C25,C18,C23,C20 C0603 12
8 1u C24,C26,C19,C21,C22 C0603 5
9 47p C8,C10 C0603 2
10 220n C9,C11 C0603 2
11 10u C47,C44,C14,C13,C17 C0603 5
12 4.7n C12,C1 C0603 2
13 1.5n C27 C0603 1
14 8M X1 8M有源晶振 1
15 100nF C42,C28,C50,C49,C48,C34,C43 C0603 7
16 10uF C51 C0603 1
17 3.3uH L1,L3 L0805 2
18 TPS73233DBVR U6,U2 SOT-23-5_L3.0-W1.7-P0.95-LS2.8-BL 2
19 STM32F103C8T6 U4 LQFP-48_L7.0-W7.0-P0.50-LS9.0-BL 1
20 HDR-F-2.54_1x8 H1 HDR-F-2.54_1X8 1
21 ADS1292_1 U1 TQFP-32_L5.0-W5.0-P0.50-LS7.0-TL 1
22 BLM18PG121SN1D U3 L0603 1
23 HDR-M-2.54_1x2 J4 HDR-M-2.54_1X2 1
24 HDR-M-2.54_1x3 J1 HDR-M-2.54_1X3 1
25 10K R26 R0603 1
26 10M R10,R9,R8,R1,R2,R3,R4,R11 R0603 8
27 100k R19,R21 R0603 2
28 1K R13,R23 R0603 2
29 10k R15,R17,R16,R18,R28 R0603 5
30 51.1k R7,R12 R0603 2
31 1M R20 R0603 1
32 R14,R22 R0603 2
33 1k R29 R0603 1
34 40.2k R6,R5 R0603 2
35 PJ-3136-B CN1 AUDIO-TH_PJ-3136-B 1
36 测试点 TE1 测试点 1
37 HDR-F-2.54_1x4 H2,H3 HDR-F-2.54_1X4 2
38 GP2302 Q16 SOT-23-3_L2.9-W1.3-P1.90-LS2.4-BR 1
39 HDR-M-2.54_2x8 J5 HDR-M-2.54_2X8 1

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