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当前最流行的是一种称为“HIIT“的运动方式，它是High-Intensity Intervals Training的缩写，中文翻译为“高强度间歇训练”。简单的说，这种训练模式是“高强度运动+间歇性休息”相间的循环模式进行，达到短时间高效燃脂的效果。例如，快跑200m，步行100m，重复几次。动感单车快踏30秒，慢踏30秒。重复几次-跑步机上斜加速45秒，平路慢跑45秒，重复几次,上述都是典型的 HIIT 运动。
HIIT运动方式的几大好处：
1．高效。10min HIIT的效果，等同30min慢跑，甚至更好，因为训练之后还会持续燃脂；
2．避免损耗肌肉。传统的中低强度有氧运动训练，做得太久(30min以上)会使肌肉分解，不利于增肌。但HIIT时间短，对肌肉刺激大，能够维持肌肉质量；
3．提升运动表现HIIT能够提高心肺耐力，还能够提升你的运动速度和爆发力，而且做起来愉悦感更强，容易坚持;
4．改善慢性疾病改善糖尿和心血管病的效果，比传统低强度带氧运动好得多。
从上面可以看到，足够的运动强度是实现 HIIT 运动的重要手段，而评估运动强度的一个很有效的参数是心率。HIIT常见的评估指标为：运动后1分钟后达到最高值；运动后2-3分钟恢复稳定；男生一分钟之内，女生1-2分钟恢复到一般心率；部分身体欠佳的2-3分钟；运动时心率要控制在最大心率的84%以上；中间间歇时心率不要低于70%。
为了更好的进行训练，我们需要一个能够显示当前心率同时显示心率变化趋势的设备，这样便于使用者进行评估。为了采集心率经过比较，最终选择的是国产的迈金（Magene） H303心率带。这款心率带除了IP67级别防水，续航1000小时，之外比较有特色的是支持ANT+和蓝牙双协议。这两个协议涵盖了市面上的大部分接收端。此外还可以同时连接ANT+ 和蓝牙接收器，更重要的是这款心率带价格远低于同等功能的佳明等同品牌。
这次设计使用DFRobot 出品的 FireBeetle ESP32 作为接收端，同时为了更好的展示心率以及变化趋势，选了一款7寸液晶串口屏幕。为了方便移动，这次还特地设计了供电部分，使用一节18650电池提供电力，同时选用了一个移动电源板。硬件部分元件列表：
元件以及型号
用途以及优点
中显 SDWe070T06 液晶屏幕用于显示心率和心率变化趋势，串口通讯，方便控制2A 5V充放电一体模块负责整体的供电18560电池提供工作所需电力，通常18650容量在2800mah,可供设备工作超过3小时FireBeetle ESP32 开发板主控，同心率带进行通信获取心率数值亚克力外壳为整体设计提供外壳
设计的电路图如下：
左上角是一个假负载，因为这次使用的充放电模块当负载小于100ma时会自动关机，所以预留这个电路用于拉出足够的负载避免充放电模块自动关机，但是实践中发现工作时整体消耗会大于100ma（实际测试600ma左右），因此这部分并没有作用，实际安装时，PCB上也没有进行焊接。
这次选用下面的模块实现电源管理功能。它的核心是 IP5306 芯片，这颗芯片是为充电宝产品设计的，集成了升压转换器、锂电池充电管理、电池电量指示功能，这些也正是我们设计所需的电源管理功能。从电路上可以看出，模块从左至右有 VIN(5V用于电池充电)、GND(地)、BAT（从电池正极取电）、5Vout（升压输出）几个引脚。此外，模块上有4个LED 用于反映当前电池电力情况。图中的 R2/R4构成了一个分压电路，连接到 FireBeetle 的 IO15 Pin，可以通过 ADC 监视当前电池的电压，如果有需要可以在界面上显示电池情况。U3 是一个船型开关，用于切断屏幕和FireBeetle的供电。断开之后仍然可以通过USB TypeA 公头为电池充电。
此外就是FireBeetle 和SDWe070T06接口部分。SDWe070T06 是串口屏，通过串口和外部进行连接，这里我们连接到 FireBeetle 的 IO16、17引脚，对应着 ESP32 的 Serial2。
常见的液晶屏幕都是 SPI 或者 I2C 接口，需要显示的内容是以点阵的格式从主机传输到屏幕上的。因为数据量较大，因此对于接口速度有一定要求。这次选用的液晶屏是串口（TTL电平），传输速度有限，因此无法像其他屏幕一样将屏幕上的所有点阵信息传递给屏幕。相反的，串口屏传输的是“显示内容”而不是屏幕内容。例如，当前时间是 15：23：24，如果要在普通屏幕上显示，需要主控在内存缓冲区生成一帧内容，然后再通过SPI将这一帧的内容传递到屏幕上；而对于串口屏幕来说，只需传输15、23、24 这3字节即可。从这里也可以看出串口屏操作起来比SPI 的简单很多，对于SOC资源的依赖也少了很多。串口屏幕在使用之前需一个配置的过程，以屏幕显示时间为例。在配置过程中，我们需要设定在屏幕什么位置，以什么颜色，什么字体进行显示。之后生成一个配置文件，烧写到串口屏幕之后即可通过串口改变显示的时间。
这次的心率显示器对应的串口屏幕配置如下：一张带有“当前心率”字样的背景图，一个数据变量控件用于当前显示心率，还有一个实时曲线控件用于显示心率趋势。
界面中部显示“000”字样的控件就是变量控件，选中该控件后可以在属性页面配置控件的字体大小和颜色。
其中的变量存储地址用于区分不同变量，比如：屏幕上有多个数据变量控件，每个控件的对应的地址就会有所不同。图中数据变量地址是 0x0000，对应的如果要更改显示内容发送的命令是：
A5 5A 05 82 00 00 00 64
其中 A5 5A 是帧头，所有的命令都要以此数值作为起始；接下来的 05 是指令长度，指示后面的“82 00 00 00 11”长度是5字节；82：是写变量存储器指令；00 00 是上面提到的变量地址；最后的 00 64 是写入的数值，对应十进制100。上述指令的含义就是“给0x0000地址，赋值为 0x64”，屏幕收到数据后会根据配置文件自行解析处理，最终我们能在屏幕上数据变量对应位置看到 100。
为了显示心率的趋势，还是用了一个“实时曲线”的控件。该控件输入性如下：
其中的纵轴放大倍数是经过计算得到的，公式如下：
MUL_Y=(Ye-Ys)*256/(Vmax-Vmin)
其中 Ye 是实时曲线控件在屏幕上的Y轴最大值，这里Ye=479（SDWe070T06分辨率为 800*480, 479也就是Y的最大值）; Ys是该控件的Y轴起始值，这里Ys=74；Vmax 是我们要显示的最大值，这里使用180；Vmax 是我们要显示的最小值，使用 40,就是说我们认为心率的波动范围在 40-180之间。将上述变量代入公式，最终计算出来的 MUL_Y=740；
绘制实时曲线的命令举例如下：
A5 5A 04 84 01 00 85
同样 A5 5A 是帧头；04 表示后续数据有4字节；84是曲线缓冲区写指令。对于这个屏幕，共有8个通道，可以同时在这个控件上绘制8个独立的曲线。01 表示0号通道，对应的04表示2号通道；最后的 00 85 就是我们期望绘制的曲线值0x85对应十进制为133。用户单片机通过0x84 指令，按照通道号将曲线数据发送给串口屏，当串口屏收到 0x84指令收，接收到的曲线数据总是总是靠曲线窗口右侧显示、之前的曲线会向左移动、超出窗口长度部分的曲线会移出。
最终 PCB 设计如下：
焊接完成后安装18650电池、充放电模块以及FireBeetle:
确定了硬件之后，即可着手进行代码编写。
首先介绍一下如何让串口屏幕显示的。前面介绍了界面上有2个控件，分别是数据变量和实时曲线。数据变量对应的命令是“A5 5A 05 82 00 00 00 64”，最后2个字节是要显示的数值；实时曲线对应的命令是“A5 5A 04 84 01 00 84”，同样的最后2个字节是要显示的数值。
对应在代码中，开头处定义了上述命令：
byte RateText[] = {0xA5, 0x5A, 0x05, 0x82, 0x00, 0x00, 0x00, 0x11};
byte RateChart[] = {0xA5, 0x5A, 0x04, 0x84, 0x01, 0x00, 0xE0};
通过蓝牙获得的心率带数据在pData[] 中，通过下面的方式赋值给对应的控件，然后从 Serial2 发送出去串口屏幕即可接收到：
RateText[7] = pData[1];
RateChart[6] = pData[1];
for (int i = 0; i < sizeof(RateText); i++) {
Serial2.write(RateText[i]);
}
delay(50);
for (int i = 0; i < sizeof(RateChart); i++) {
Serial2.write(RateChart[i]);
}
BLE采用了Client/Server (C/S) 架构来进行数据交互，C/S架构是一种非常常见的架构，在我们身边随处可见，比如我们经常用到的浏览器和服务器也是一种C/S架构，这其中浏览器是客户端client，服务器是服务端server。BLE与此类似，一般而言设备提供服务，因此设备是server，手机使用设备提供的服务，因此手机是client。比如蓝牙蓝牙心率带，它可以提供 “当前心率” 数据服务，因此是一个server，而手机则可以请求“体温”数据以显示在手机上，因此手机是一个client。这次的设计中，FireBeetle 是作为 Client 出现的，因此代码中能看到 Client 字样。
蓝牙部分，首先初始化 Ble ，然后通过 NimBLEDevice::getScan() 函数监听等待 Server 的出现。如果有 Server 出现，通过回调函数进入 AdvertisedDeviceCallbacks() 函数中，在其中会检查Server 提供的服务是否有 UUID_SERVICE 。 UUID_SERVICE（0x180D）预先定义好的“心率数据服务”。Client 看到 Server 的这个服务之后就使用 connectToServer() 进行连接，连接后即可从蓝牙心率带取得需要的心率数据。最终将心率数值显示出来。
完整代码：
#include <NimBLEDevice.h>
#define UUID_SERVICE "180D"
#define UUID_CHARACTERISTIC "2A37"
#define INITIAL_HEART_RATE "0"
char heart_rate[4] = INITIAL_HEART_RATE;
byte RateText[] = {0xA5, 0x5A, 0x05, 0x82, 0x00, 0x00, 0x00, 0x11};
byte RateChart[] = {0xA5, 0x5A, 0x04, 0x84, 0x01, 0x00, 0xE0};
/* Bluetooth */
void scanEndedCB(NimBLEScanResults results);
static NimBLEAdvertisedDevice *advDevice;
static bool doConnect = false;
static uint32_t scanTime = 0; // 0 = scan forever
class ClientCallbacks : public NimBLEClientCallbacks {
void onConnect(NimBLEClient *pClient) {
Serial.println("Connected");
pClient->updateConnParams(120, 120, 0, 60);
}
void onDisconnect(NimBLEClient *pClient) {
Serial.print(pClient->getPeerAddress().toString().c_str());
Serial.println(" Disconnected - Starting scan");
NimBLEDevice::getScan()->start(scanTime, scanEndedCB);
}
/* Called when the peripheral requests a change to the connection
parameters.
Return true to accept and apply them or false to reject and keep
the currently used parameters. Default will return true.
*/
bool onConnParamsUpdateRequest(NimBLEClient *pClient,
const ble_gap_upd_params *params) {
if (params->itvl_min < 24) { // 1.25ms units
return false;
} else if (params->itvl_max > 40) { // 1.25ms units
return false;
} else if (params->latency > 2) { // Intervals allowed to skip
return false;
} else if (params->supervision_timeout > 100) { // 10ms units
return false;
}
return true;
}
};
/* Define a class to handle the callbacks when advertisements are received */
class AdvertisedDeviceCallbacks : public NimBLEAdvertisedDeviceCallbacks {
void onResult(NimBLEAdvertisedDevice *advertisedDevice) {
Serial.print("Advertised Device found: ");
Serial.println(advertisedDevice->toString().c_str());
if (advertisedDevice->isAdvertisingService(NimBLEUUID(UUID_SERVICE))) {
Serial.println("Found Our Service");
// Stop scan before connecting
NimBLEDevice::getScan()->stop();
// Save the device reference in a global for the client to use
advDevice = advertisedDevice;
// Ready to connect now
doConnect = true;
}
}
};
/* Notification / Indication receiving handler callback */
void notifyCB(NimBLERemoteCharacteristic *pRemoteCharacteristic, uint8_t *pData,
size_t length, bool isNotify) {
if (length) {
// 这里取得测量的心率值
uint16_t heart_rate_measurement = pData[1];
if (pData[0] & 1) {
heart_rate_measurement += (pData[2] << 8);
}
snprintf(heart_rate, sizeof(heart_rate), "%3d", heart_rate_measurement);
RateText[7] = pData[1];
RateChart[6] = pData[1];
for (int i = 0; i < sizeof(RateText); i++) {
Serial2.write(RateText[i]);
}
delay(50);
for (int i = 0; i < sizeof(RateChart); i++) {
Serial2.write(RateChart[i]);
}
}
}
/* Callback to process the results of the last scan or restart it */
void scanEndedCB(NimBLEScanResults results) {
Serial.println("Scan Ended");
}
/* Create a single global instance of the callback class to be used by all
clients
*/
static ClientCallbacks clientCB;
/* Handles the provisioning of clients and connects / interfaces with the
server
*/
bool connectToServer() {
NimBLEClient *pClient = nullptr;
// Check if we have a client we should reuse first
if (NimBLEDevice::getClientListSize()) {
/* Special case when we already know this device, we send false as the
second argument in connect() to prevent refreshing the service
database. This saves considerable time and power.
*/
pClient = NimBLEDevice::getClientByPeerAddress(advDevice->getAddress());
if (pClient) {
if (!pClient->connect(advDevice, false)) {
Serial.println("Reconnect failed");
return false;
}
Serial.println("Reconnected client");
} else {
/* We don't already have a client that knows this device,
we will check for a client that is disconnected that we can use.
*/
pClient = NimBLEDevice::getDisconnectedClient();
}
}
// No client to reuse? Create a new one.
if (!pClient) {
if (NimBLEDevice::getClientListSize() >= NIMBLE_MAX_CONNECTIONS) {
Serial.println("Max clients reached. No more connections possible");
return false;
}
pClient = NimBLEDevice::createClient();
Serial.println("New client created");
pClient->setClientCallbacks(&clientCB, false);
pClient->setConnectionParams(12, 12, 0, 51);
pClient->setConnectTimeout(5);
if (!pClient->connect(advDevice)) {
/* Created a client but failed to connect, don't need to keep it
as it has no data
*/
NimBLEDevice::deleteClient(pClient);
Serial.println("Failed to connect, deleted client");
return false;
}
}
if (!pClient->isConnected()) {
if (!pClient->connect(advDevice)) {
Serial.println("Failed to connect");
return false;
}
}
Serial.print("Connected to: ");
Serial.println(pClient->getPeerAddress().toString().c_str());
Serial.print("RSSI: ");
Serial.println(pClient->getRssi());
/* Now we can read/write/subscribe the charateristics of the services we
are interested in
*/
NimBLERemoteService *pSvc = nullptr;
NimBLERemoteCharacteristic *pChr = nullptr;
NimBLERemoteDescriptor *pDsc = nullptr;
pSvc = pClient->getService(UUID_SERVICE);
if (pSvc) { // Make sure it's not null
pChr = pSvc->getCharacteristic(UUID_CHARACTERISTIC);
}
if (pChr) { // Make sure it's not null
if (pChr->canRead()) {
Serial.print(pChr->getUUID().toString().c_str());
Serial.print(" Value: ");
Serial.println(pChr->readValue().c_str());
}
if (pChr->canNotify()) {
if (!pChr->subscribe(true, notifyCB)) {
// Disconnect if subscribe failed
pClient->disconnect();
return false;
}
} else if (pChr->canIndicate()) {
if (!pChr->subscribe(false, notifyCB)) {
// Disconnect if subscribe failed
pClient->disconnect();
return false;
}
}
} else {
Serial.println("Service not found.");
}
Serial.println("Done with this device!");
return true;
}
void setup() {
Serial.begin(115200);
Serial.println("Starting NimBLE Client");
Serial2.begin(115200);
NimBLEDevice::init("");
NimBLEScan *pScan = NimBLEDevice::getScan();
pScan->setAdvertisedDeviceCallbacks(new AdvertisedDeviceCallbacks());
pScan->setInterval(45);
pScan->setWindow(15);
pScan->setActiveScan(true);
pScan->start(scanTime, scanEndedCB);
}
void loop() {
// 等待连接
while (!doConnect) {
delay(1);
}
doConnect = false;
// Found a device we want to connect to, do it now
if (connectToServer()) {
Serial.println("Success, scanning for more...");
} else {
Serial.println("Failed to connect, starting scan...");
}
NimBLEDevice::getScan()->start(scanTime, scanEndedCB);
}
为了便于使用，使用亚克力制作外壳，拐角处使用六面体作为连接
成品：
他的勋章
三春牛-创客2023.02.17
赞
三春牛-创客2023.02.17
厉害