C#+ WPF 实现蓝牙转WIFI计步上位机

前言

一个WIFI上位机，接收底层MPU6050数据，途中转蓝牙从机透传，到蓝牙主机直连WIFI，PC端UDP通信，实现三轴加速度数据传送和计步功能。

项目介绍

本项目基于.NET平台，使用WPF开发了一个应用程序，用于实现MPU6050传感器数据从蓝牙模块传输到主机，并通过WiFi以UDP协议接收这些数据并进行可视化展示。

具体而言，MPU6050作为从设备通过蓝牙连接到主控设备（蓝牙主机），再由主控设备经由WiFi网络将数据以UDP包的形式发送至服务器或客户端进行处理和图形化显示。

项目运行环境

1、开发平台

项目基于.NET Framework，采用 WPF 开发用户界面。

2、集成开发环境

Visual Studio 2019，确保已安装 C# 开发工作负载以支持项目开发与运行。

3、启动项目

获取源代码后，通过打开 BluetoothPC.sln 解决方案文件即可。确保所有依赖项正确配置后，直接运行解决方案，应用程序应能正常启动。

4、用户界面特色

应用程序配备了一个直观且美观的用户界面，图标设计精心，提供优秀的用户体验和视觉享受。

项目设计流程

1、设计框架

前台XAML的UI设计不过多介绍，主要看设计需求，逃不开模板、触发器、动画、样式之类的技术。

后台C#在UI主线程下开了三个子线程：

1、UDP数据监听接收线程。

2、三轴数据UI更新线程。

3、计步和进度条数据更新线程。

因没有碰到多个线程访问同一个UI控件或写同一个UI控件，所以没用到锁，但内部加了异步延迟，让UI更新顺滑一些。

2、服务器连接设计

UDP端IP地址和端口号需正常且有效，加了错误弹窗，若出现下图请重新输入：

3、三轴加速度显示

有硬件：成功连接上之后需配合底层硬件，这里是接收UDP发过来的3轴加速度值。

无硬件：如果没有硬件也行，自行找个网络调试助手，开个UDP服务，本机连接就行，发送的数据需包含以下格式：

任意字符（：1.23938 mG）任意字符。

解释：

发送过来的数据必须包含在 ：xxxx mG 内，冒号和mG不能少，可任意多组，每组代表一轴数据。

4、计步显示

利用三轴加速度提供的数据处理步数。需打开左下角计步控制按钮。

打开后弹出提示：

本计步算法仅支持手臂摆动的峰峰值计步，若有更好的算法请分享，万分感谢！！！

计步程序如下

/*
 * valueNum - 存放三轴数据(x,y,z)的个数
 * tempValue - 用于存放计算阈值的波峰波谷差值的数组(在这个方法里存放值数组长度为5)
 * isDirectionUp - 是否上升的标志位
 * continueUpCount - 持续上升的次数
 * continueUpFormerCount - 上一点的持续上升的次数，为了记录波峰的上升次数
 * lastStatus - 上一点的状态，上升还是下降
 * peakOfWave - 波峰值
 * valleyOfWave - 波谷值
 * timeOfThisPeak - 此次波峰的时间
 * timeOfLastPeak - 上次波峰的时间
 * timeOfNow - 当前的时间
 * gravityOld - 上次传感器的值
 * initialValue - 动态阈值需要动态的数据，这个值用于这些动态数据的阈值,这个值是由大量数据得来的
 * ThreadValue - 初始阈值,这个值是由大量数据得来的
 * minValue - 初始最小值 计算出来的xyz数值乘重力加速度（9.8）,此为手机拿在手里（不摆臂）(由自己多次测试得出的值)
 * maxValue - 初始最大值 自己设定的最大值（我们定位2）乘重力加速度（9.8）,此为手机拿在手里（不摆臂）(由自己多次测试得出的值)
 * g - 重力加速度（9.8）
 * thisSteps 步数
*/
private int valueNum = 5;
//private double[] tempValue;
private List<double> tempValue = new List<double>();
private Boolean isDirectionUp = false;
private int continueUpCount = 0;
private int continueUpFormerCount = 0;
private Boolean lastStatus = false;
private double peakOfWave = 0;
private double valleyOfWave = 0;
private double timeOfThisPeak = 0;
private double timeOfLastPeak = 0;
private double timeOfNow = 0;
private double gravityOld = 0;
private double initialValue = 1.7;
private double ThreadValue = 2.0;
private double minValue = 11;
private double maxValue = 19.6;
private double g = 9.8;
private double thisSteps = 0;
//当前步数

private double StepsCopy = 0;
//步数复制

/// <summary>
/// 监测新的步数 如果检测到了波峰，并且符合时间差以及阈值的条件，则判定为1步
/// 符合时间差条件，波峰波谷差值大于initialValue，则将该差值纳入阈值的计算中
/// </summary>
/// <param name="_values">加速传感器三轴的平均值</param>
public void detectorNewStep(double _values)
{
    if (gravityOld == 0)
    {
        gravityOld = _values;
    }
    else
    {
        if (detectorPeak(_values, gravityOld))
        {
            timeOfLastPeak = timeOfThisPeak;
            timeOfNow = Convert.ToInt64((DateTime.UtcNow - new DateTime(1970, 1, 1, 0, 0, 0, 0)).TotalMilliseconds);
            //时间差大于200ms，小于2s
            if (((timeOfNow - timeOfLastPeak) >= 200) && ((timeOfNow - timeOfLastPeak) <= 2000) && ((peakOfWave - valleyOfWave) >= ThreadValue))
            {
                timeOfThisPeak = timeOfNow;
                //增加步数
                thisSteps++;
                //增加步数复制
                StepsCopy++;
            }
            if(((timeOfNow - timeOfLastPeak) >= 200) && ((peakOfWave - valleyOfWave) >= initialValue))
            {
                timeOfThisPeak = timeOfNow;
                double _diffWaveVal = peakOfWave - valleyOfWave;
                ThreadValue = peak_Valley_Thread(_diffWaveVal);
            }
        }
        gravityOld = _values;
    }
}
/// <summary>
/// 监测波峰
/// 以下四个条件判断为波峰
/// 1.目前点为下降的趋势：isDirectionUp为false
/// 2.之前的点为上升的趋势：lastStatus为true
/// 3.到波峰为止，持续上升大于等于2次
/// 4.波峰值大于minValue,小于maxValue
/// 记录波谷值
/// 1.观察波形图，可以发现在出现步子的地方，波谷的下一个就是波峰，有比较明显的特征以及差值
/// 2.所以要记录每次的波谷值，为了和下次的波峰作对比
/// </summary>
/// <param name="_newValue"></param>
/// <param name="_oldValue"></param>
/// <returns></returns>
public Boolean detectorPeak(double _newValue, double _oldValue)
{
    lastStatus = isDirectionUp;
    if (_newValue >= _oldValue)
    {
        isDirectionUp = true;
        continueUpCount++;
    }
    else
    {
        continueUpFormerCount = continueUpCount;
        continueUpCount = 0;
        isDirectionUp = false;
    }

    if (!isDirectionUp && lastStatus && (continueUpFormerCount >= 2 && (_oldValue >= minValue && _oldValue < maxValue)))
    {
        //满足上面波峰的四个条件，此时为波峰状态
        peakOfWave = _oldValue;
        return true;
    }
    else if (!lastStatus && isDirectionUp)
    {
        //满足波谷条件，此时为波谷状态
        valleyOfWave = _oldValue;
        return false;
    }
    else
    {
        return false;
    }
}
/// <summary>
/// 阈值的计算
/// 1.通过波峰波谷的差值计算阈值
/// 2.记录4个值，存入tempValue[] 数组中
/// 3.在将数组传入函数averageValue中计算阈值
/// </summary>
/// <param name="_value"></param>
/// <returns></returns>
public double peak_Valley_Thread(double _value)
{
    double _tempThread = ThreadValue;
    List<double> _tempValue = new List<double>(tempValue);
    if (tempValue.Count < valueNum)
    {
        tempValue.Add(_value);
    }
    else
    {
        //tempValue数组长度=valueNum=5
        _tempThread = averageValue(tempValue);

        _tempValue.RemoveAt(0);
        _tempValue.Add(_value);
        tempValue = _tempValue;
    }
    return _tempThread;
}
/// <summary>
/// 梯度化阈值
/// 1.计算数组的均值
/// 2.通过均值将阈值梯度化在一个范围里
/// 这些数据是通过大量的统计得到的
/// </summary>
/// <param name="_value"></param>
/// <returns></returns>
public double averageValue(List<double> _value)
{
    if (_value.Count != 0)
    {
        double _ave = 0;
        foreach (double i in _value)
            _ave += i;
        _ave = _ave / _value.Count;
        if(_ave >= 8)
        {
            _ave = 4.3;
        }
        else if (_ave >= 7 && _ave < 8)
        {
            _ave = 3.3;
        }
        else if (_ave >= 4 && _ave < 7)
        {
            _ave = 2.3;
        }
        else if (_ave >= 3 && _ave < 4)
        {
            _ave = 2.0;
        }
        else
        {
            _ave = 1.7;
        }
        return _ave;
    }
    else
    {
        return 1.7;
    }
}

计步效果如下所示：

开启步数控制按钮后总步数累加，进度条进度为50步，每到达50步距离弹出提示框，计步结束也弹提示框通知。

5、倾力UI按钮设计

设计了一组拟物化按钮，目前无任何功能，有需要的小伙伴自行更改设计功能。

项目地址

Gitee：https://gitee.com/tytokongjian/StepCountingUpperPC

总结

以上仅展示了蓝牙转WIFI计步上位机的部分功能。更多实用特性和详细信息，请大家访问项目地址。

希望通过本文能为上位机机开发方面提供有价值的参考。欢迎在评论区留言交流，分享您的宝贵经验和建议。

最后

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