可缓解潮热症状的开源项目

描述

该项目旨在缓解更年期常见的潮热症状，它是一个由可穿戴设备制成的物联网系统，可跟踪用户在睡眠期间的皮肤温度和运动。可穿戴设备通过蓝牙 LE (BLE) 将温度和运动数据发送到风扇控制器，当皮肤温度升高时风扇会被激活，并且数据会记录在云服务中。用户还可以使用谷歌助手来改变风扇速度。

请记住，这个项目不会阻止您出现潮热，但可以让您感到放心，请务必咨询您的医生。我们认为该项目不仅对更年期的女性有益，对盗汗患者也有益，从而改善睡眠质量。

由于 COVID-19 隔离，我们想用已经在家中的电路板/传感器构建一些东西，这使得获得更多材料变得更加困难。我将尝试描述亚伯拉罕和我如何开发这个正在进行的项目，我们遇到的一些挑战以及我们如何尝试解决它们。

可穿戴设备

该项目围绕 STMicroelectronics STEVAL-BCN002V1B开发套件（又名 BlueTile）构建。

STEVAL-BCN002V1B 支持蓝牙 LE 的传感器节点开发套件具有基于 BlueNRG-2 SoC 蓝牙低功耗应用处理器的 STEVAL-BCN002V1 多传感器板。该传感器板具有加速度计、陀螺仪、磁力计、压力、湿度、飞行时间和麦克风传感器，并由通用 CR2032 纽扣电池[1]供电。

传感器板上的BlueNRG-2 SoC 可以使用默认程序使用适用于 Android 和 iOS 的STMicro Sensor Demo App连接到您的智能手机。

这些是您可以使用传感器演示应用程序执行的一些功能，您甚至可以记录数据，此功能将 CSV 文件发送到您的电子邮件。

BlueTile 测试

为了对传感器板进行编程，我们使用了您获得套件时提供的 STEVAL-BCN002V1D编程板。您可以通过多种方式对传感器板进行编程，这是用户手册。

我们使用 BlueNRG-2 Navigator 来熟悉传感器板，您可以使用大量示例。这是一个数据简介。

BlueNRG -2 Navigator项目可用于Keil和Atollic 。在传感器板上运行的程序是Sensor Demo App. 首先我们尝试在 中更改设备本地名称sensors.c，以确保修改源代码和编程板是可行的。

为此，我们在使用 Keil 生成 hex 文件后使用了 BlueNRG-1_2 flasher实用程序。

值得一提的是，在刷新应用程序之前，必须 Service Manager OTA先使用 flasher 实用程序加载第一个，然后为应用程序生成生成的 hex 文件。

实际设备名称是BCN-002，但不确定与本地名称有什么区别。

在文件中的Sensor_DeviceInit() 函数中sensors.c更改了aci_gap_set_authentication_requirement 删除引脚配对。只需更改USE_FIXED_PIN_FOR_PAIRING为DONOT_USE_FIXED_PIN_FOR_PAIRING

寻找服务和特点

要为传感器板构建 BLE 客户端，您必须在此处获取更多关于 BLE 的 Service UUID 和 Characteristic UUID 。

ST Micro 有关于如何对 BlueNRG-2 进行编程的文档以及有关服务的详细信息，但我们使用BLE 扫描仪来搜索可用的服务和特性。

BlueNRG-2有 3 项服务，但传感器数据正在服务00000000-0001-11E1-9AB4-0002A5D5C51B中。服务00000000-000E 和00000000-000F是调试和配置。更多关于第 3 节的内容。

这些是服务下可用的特性00000000-0001-11E1-9AB4-0002A5D5C51B

• 001c0000-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B - 环境的
• 00000100-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B- 传感器融合
• 40000000-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B- ？
• 00000400-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B- 加速度计事件
• 00020000-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B- 仪表（用于电池电量）
• 00000040-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B- 指南针
• 20000000-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B- 引领
• 08000000-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B- 声音的
• 00E00000-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B - 运动传感器
• 02000000-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B- 接近

创建 BLE 客户端

我们使用DOIT Esp32 DevKit v1尝试连接到传感器板，基于 ESP32 库管理器中的 Arduino BLE 客户端示例。

程序寻找服务00000000-0001-11E1-9AB4-0002A5D5C51B和001c0000-0001-11E1-AC36-0002A5D5C51B环境特性。

// 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

在扫描 BLE 设备时，ESP32 能够看到传感器板但无法连接到它。

为确保 ESP32 草图正常工作，我们使用了健身手环（服务器）和 ESP32（客户端），连接成功，但在创建客户端时挂起。

我们遇到了 Neil Kolban 的ESP32 片段，似乎 Arduino 库在信号量方面存在问题，因此我们构建了新库并重新编程了 ESP32。

但是 ESP32 仍然无法连接到传感器板。我们尝试使用 MAC 地址进行连接，该地址是在 BLE 设备扫描时确定的。

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

当找到 MAC 地址而不是服务 UUID 时，将调用 BLE 通告设备函数。

// 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 能够与传感器板建立连接，连接没有挂起。我们需要调查为什么在扫描时在传感器板上看不到服务。

BLE 客户端示例具有通知回调函数，但数据未正确显示。需要更新回调函数（由Andreas Spiess完成）以显示原始数据。

读取特征值

该gatt_db.c文件包含更新特征值的函数。

/**
 * @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;

我们使用 ST 传感器演示应用程序获得了一些日志。

在温度日志中，0x1B01 MSB 为 0x01 = 283 dec，但以“十分之一度”表示，即为 28.3°C。

我们使用类似的方法来获取湿度和压力值。然后环境数据以易于理解的方式显示在控制台上。

仅包括另外两个特征：

运动传感器 (MotionFX)。这个特性在这里更多地使用了四元数。该数据将代表用户在睡眠时间的运动，也许这可以用来估计睡眠质量。

MotionFX 是 X-CUBE-MEMS1 软件的中间件库组件，在 STM32 上运行。它提供实时运动传感器数据融合。它还执行陀螺仪偏置和磁力计硬铁校准[2] 。

仪表。仪表特性以 mV 为单位发送电池电压。

所有特征都有属性：READ、NOTIFY、WRITE 等。更多信息请参见此处。 Arduino 上的 ESP32 BLE 客户端有一个 notify 和 read 回调，主要区别是当一个特征值改变时服务器会发送一个通知。

要获取数据，必须启用和禁用通知，肯定有更好的方法可以做到这一点，但似乎发送NULL会禁用通知。

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

此时我们已准备好配置 ESP32 以连接到 Adafruit IO。

IFTTT 小程序

由于我们想控制 AC 风扇的速度，我们认为如果可以使用 Google Assistant 进行语音控制会很好。

我们在 IFTTT 上创建了以下小程序：高速、低速、关闭和 自动模式来控制放置在床头柜上的小风扇。自动模式旨在根据可能指示潮热发作的皮肤温度变化打开/关闭风扇。

DOIT Esp32 DevKit v1 开发板只有 4MB 内存，因此不适合合并 BLE 和 MQTT :(

电路

亚伯拉罕有备用的 16MB ESP32 WRover 模块，他在另一个项目中使用了这些模块。

我们使用 Abraham 的 ODOROID-GO 定制 PCB，他手工焊接了启用 ESP32 WRover 模块所需的最少组件：USB 转串口、USB 连接器、3.3V LDO 等。

仅使用了几个 GPIO，因此左侧的标头（安装 SPI tft 屏幕的位置）有足够的 GPIO 来控制继电器板。

ESP32 GPIO 不能承受 5V 电压，因此 Abraham 为 2 个继电器、电源和复位按钮制作了这个小屏蔽。

。(00:43)看到。

记录数据

我们正在使用 Adafruit IO 记录传感器的数据，这些是我们的提要：

• 温度。
• 湿度。
• 压力。
• 用户随时间的运动。
• 随着时间的推移潮热发作。
• 电池电量。

。

 

此功能仍需要改进，可能会在更长的时间内平均温度通知，而不仅仅是在发布之后。我们使用吹风机来提高温度，当电路板通电时，第一个脉冲是假潮热，我们需要解决这个问题，但接下来的 2 个温度峰值代表潮热事件。

传感器板放置在 3D 打印外壳内。

外壳有一个用于温度传感器和复位按钮的开口

温度传感器应该与皮肤接触，但我们需要收集更多信息，例如 HTS221 是否是皮肤温度的正确传感器。此外，我们需要确定传感器的正确位置，可能在手腕内或更靠近胸部。

未来的工作

传感器板有许多传感器，可用于收集更多信息，例如：

• MEMS麦克风可用于监测打鼾。
• Motion FX 传感器甚至可以推断出您的睡眠位置。
• BlueNRG-2 还具有自由落体检测功能。

也许热敏电阻或红外温度计可能是测量皮肤温度的更好方法。此外，传感器的位置也很重要，但它必须是非侵入性的，以便在睡觉时佩戴。

除了皮肤温度升高外，潮热还可能导致女性心率加快。当身体试图降低温度时，这会导致突然出汗。这种症状还可能伴有心悸和头晕[3] 。

心率测量可以使这个项目更加稳健，也许可以用来预测潮热。

为简单起见，选择使用小型交流风扇，但生物特征数据可用于触发更复杂的执行器。

我们仍然需要修复 Arduino 草图的错误并对其进行优化。

结论

在炎热的一天随时享受清新的微风是很好的，但在潮热时立即得到缓解就更好了！

通过这个项目，我们打算解决更年期最常见的症状之一。由于自动模式是一种简单的开/关控制，因此不需要复杂的算法和电子设备。

大部分时间都花在弄清楚如何让 BLE 设备按预期工作。我们利用 bluetile 小尺寸和低功耗的优势构建了一个小型应用程序，该应用程序可以扩展到我们目前提供的内容之外。

希望你喜欢它！