参考项目介绍

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复制整理，非原版。来源：00 【STM32+Nordic方案】受限网络工况下的生命体征监控手环_项目需求分析

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项目背景

在煤矿、山区或海上作业平台等环境中，手机网络信号通常无法覆盖，无法通过传统的通信手段（如电话或蜂窝网络）进行人员调度和安全管理。这种情况下，作业人员的生命体征监测、位置监控、任务分配以及紧急救援成为核心需求。

现存问题：

1. 缺乏实时通信：

   • 在无手机网络信号的环境中，人员之间无法保持实时联系。

   • 发生意外时，无法快速通知其他人员和指挥中心。

2. 作业人员位置监控困难：

   • 无法知道作业人员是否处于指定的安全区域。

   • 如果人员失联，难以及时发现并定位。

   • 在网络受限区域，有些人员并不知道已经脱离队伍，长时间未提醒后走丢。

3. 安全保障不足：

   • 缺少统一的生命体征监测手段，无法实时评估工人健康状况。

   • 无法通过设备直接发出警报或搜救指令。

为了解决这些问题，需要设计一款专为受限网络环境打造的智能手环设备，集成蓝牙 Mesh 通信、生命体征监测、位置追踪和警报功能，以确保作业人员的安全，并提高工作效率。

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需求表：受限网络环境下的生命体征监控智能手环

功能模块	功能描述	技术需求/备注	实现思路
UI显示	1、主界面 2、血氧监测界面 3、电子围栏状态界面 4、NFC打卡界面 5、二维码组网界面 6、Mesh消息显示界面 7、失联提醒界面	使用 240x240 分辨率 SPI 彩屏，支持血氧数据曲线绘制和消息显示。	通过LVGL实现7个页面，主页可以跳转到任何页面，失联提醒页面可以在产生紧急事件时，作为当前显示的页面。
蓝牙 Mesh 通信	1. 通过蓝牙 Mesh 在无蜂窝网络环境中实现设备间通信。 2. 广播和接收健康信息、警报信息、组网信息。	基于 nRF52840 的蓝牙 Mesh 协议栈，支持消息广播、转发、订阅功能。	利用Nordic 52840自身的Mesh协议栈（蓝牙Mesh基于泛洪（Flooding）协议），搭建Nordic的蓝牙Mesh组网
失联人员提醒	当某个节点在 Mesh 网络中失去信号时，自动广播警报消息，提醒所有人定位并寻找失联人员。	基于 Mesh 网络节点的连接状态，结合 RSSI 信息，动态检测信号中断，触发提醒机制。	如果蓝牙Mesh中的某个节点丢失了心跳传递，则视这个节点离开了队伍，产生警报消息。
电子围栏功能	基于蓝牙信号强度（RSSI）判断是否超出设定的安全区域，若超出则触发警报，并通知其他人员。	利用 Mesh 节点的 RSSI 数据及丢失信号逻辑实现电子围栏功能，通知机制需与 Mesh 网络联动。	在一些区域，安装蓝牙的Beacon在特定区域作为蓝牙信号的信标组成电子围栏
NFC读取	使用 nRF52840 内置 NFC 功能，支持 NFC 卡片读取，实现考勤打卡功能。	利用 nRF52840 的 NFC-A 功能，与 Mesh 组网信息联动，记录考勤数据。	NFC实现对应的刷卡功能，实现考勤打卡
二维码显示与组网	通过手环屏幕动态生成二维码（含设备 ID 和组网信息），供管理员扫描完成组网配置。	STM32F411 动态生成二维码，显示在屏幕上，用于快速组网或管理。	二维码中包括设备ID+通信公钥，当其他设备的手机端扫码二维码后，会产生加密的组网请求，使用手机端应用（如nRF Mesh）为未配置设备分配网络密钥（NetKey）和应用密钥（AppKey），并分配单播地址。
Mesh消息显示	将 Mesh 网络中传递的消息（如调度指令、失联警报、电子围栏警告）实时显示在手环屏幕上。	UI 需支持动态消息显示，并记录部分历史消息以供查询。	将Mesh网络中传递的信息打印在Mesh的UI页面。
喇叭提醒	内置喇叭，用于播放警报音效或语音提示（如提醒危险区域撤离、搜救提示）。	小型喇叭模块，通过 STM32F411 的单线GPIO控制。	wtn6 speaker模块
GPS定位	内置GPS定位模块，可对当前的位置进行定位。	GPS信号可在组网内部共享，所有的节点可根据GPS信号进行建图	gps模块
心率血氧采集功能	内置心率血氧检测模块MAX30102

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UI界面设计与功能分布

根据需求划分功能，设计 7 个 UI 界面：

1. 主界面：

   • 显示当前时间、电池状态、蓝牙 Mesh 组网状态（在线/失联）。

   • 提供状态图标（如信号强度、围栏状态）。

   • 显示各个组网内成员的相对位置

2. 血氧监测界面：

   • 显示实时血氧曲线。

   • 显示当前血氧百分比。

3. 电子围栏状态界面：

   • 显示当前位置是否处于安全区域。

   • 如果超出围栏范围，显示警告信息和图标。

4. NFC打卡界面：

   • 提示将 NFC 卡靠近手环，完成考勤打卡。

   • 显示成功/失败后的反馈信息。

5. 二维码组网界面：

   • 动态生成二维码，供管理员扫描完成组网配置。

   • 提示组网状态（如成功/失败）。

6. Mesh消息显示界面：

   • 实时显示 Mesh 网络中接收到的消息（如调度指令、警报信息）。

   • 支持查看最近的历史消息。

7. 失联提醒界面：

   • 显示失联节点的编号或名称，并提供简单的定位提示。

   • 触发喇叭播放警报音效，提醒其他人协助寻找。

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技术资源需求

1. 主控芯片：STM32F411 和 Nordic nRF52840 的分工

   • STM32F411：

     • 负责 UI 驱动（如曲线绘制、二维码生成、消息显示）。

     • 控制喇叭音效播放（通过 PWM 或 DAC 输出）。

   • Nordic nRF52840：

     • 实现蓝牙 Mesh 通信、RSSI 信号强度分析和失联节点检测。

     • 内置 NFC，用于考勤打卡功能。

2. 外围模块

   • 屏幕：240x280 分辨率（RGB565） SPI 接口彩屏（ST7789 ）。

   • 喇叭：小型低功耗喇叭，用于警报音效。

   • 传感器：集成 PPG 传感器（如 MAX30102）用于血氧监测。

3. 功耗优化

   • 使用 nRF52840 的低功耗 BLE Mesh 模式，减少待机时的能耗。

   • STM32F411 进入深度休眠模式时，仅保持必要外设运行。

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功能优势与适配性

• 失联提醒：基于 Mesh 网络动态检测节点状态，实时广播警报，弥补传统蜂窝网络无法覆盖的通信盲区。

• 电子围栏功能：确保工人处于安全区域，避免进入高风险区域。

• 生命体征监测：实时采集并显示血氧数据，结合 Mesh 网络上传到管理端，便于健康监控。

• 低功耗与高可靠性：通过 STM32F411 和 nRF52840 的高效分工，满足工业环境对续航和通信稳定性的要求。

此设计能够全面适应矿区、山区或海上作业平台等受限网络环境，为作业人员提供可靠的安全保障和通信手段。