1、智能運(yùn)動(dòng)手環(huán)設(shè)計(jì)摘要當(dāng)今社會(huì)隨著人類(lèi)的生活水平提高，大家對(duì)各自的健康問(wèn)題有了更大的關(guān)心，只有一個(gè)好的身體才能體會(huì)生活，但是怎么才能讓大眾更好的去了解自己的身心健康呢？電子信息技術(shù)和醫(yī)學(xué)剛好都在同步發(fā)展，兩者合二為一剛好可以解決人們對(duì)于健康問(wèn)題的困擾，因此人們對(duì)于高精密便攜式醫(yī)療監(jiān)控儀器的需求更大了。人體監(jiān)控指標(biāo)普遍通過(guò)心率計(jì)步兩大指標(biāo)，由于這個(gè)原因，本次畢設(shè)根據(jù)時(shí)代發(fā)展的需求設(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊。本次設(shè)計(jì)主要組成是MSP430F149單片機(jī)電路、ADXL345加速度傳感器、心率檢測(cè)模塊電路、LCD1602液晶顯示電路、電源電路組成。通過(guò)ADXL345測(cè)量重力加速度，是用來(lái)判斷人體狀

2、態(tài)，根據(jù)狀態(tài)的數(shù)值變化進(jìn)行計(jì)步功能。通過(guò)心率傳感器測(cè)試，通過(guò)手指脈動(dòng)放大經(jīng)過(guò)比較器處理后發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行心率采集。并將步數(shù)、心率顯示在液晶LCD1602上。本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)價(jià)格成本較低，功能比較全面，具有良好的市場(chǎng)前景。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)；心率；步數(shù)；智能手環(huán)Design of Intelligent Sports Hand RingAbstractNowadays, with the improvement of peoples living standards, people have greater concern for their health problems. Only a good b

3、ody can experience life. Therefore, health problems are getting more and more attention from the public. But how can we let the public better understand their physical and mental health? Electronic information technology and medicine are developing at the same time. The combination of the two can so

4、lve peoples health problems. Therefore, people need more high-precision portable medical monitoring instruments. Human monitoring indicators generally pass through two major indicators of heart rate meter step. For this reason, a motion monitoring module based on single-chip computer is designed acc

5、ording to the needs of the development of the times.This design mainly consists of MSP430F149 MCU circuit, ADXL345 acceleration sensor, heart rate detection module circuit, LCD1602 LCD display circuit, power supply circuit. The measurement of gravity acceleration by ADXL345 is used to judge the stat

6、e of human body and to measure the steps according to the numerical changes of the state. Through the heart rate sensor test, through finger pulse amplification, after the comparator processing sent to the MCU for heart rate acquisition. The steps and heart rate were displayed on LCD1602. This desig

7、n system has low cost, comprehensive functions and good market prospects.Key words: MCU; Heart Rate; Step Number; Intelligent Bracelet目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc7385869 摘要 PAGEREF _Toc7385869 h I HYPERLINK l _Toc7385870 Abstract PAGEREF _Toc7385870 h II HYPERLINK l _Toc7385871 HYPERLINK l _T

8、oc7385872 第一章緒論 PAGEREF _Toc7385872 h 1 HYPERLINK l _Toc7385873 1.1課題背景及其意義 PAGEREF _Toc7385873 h 1 HYPERLINK l _Toc7385874 1.2國(guó)內(nèi)外的研究狀況 PAGEREF _Toc7385874 h 1 HYPERLINK l _Toc7385875 1.3本文的主要研究?jī)?nèi)容及論文結(jié)構(gòu)安排 PAGEREF _Toc7385875 h 2 HYPERLINK l _Toc7385876 第二章 方案的設(shè)計(jì)與論證 PAGEREF _Toc7385876 h 3 HYPERLINK l

9、 _Toc7385877 2.1控制方案的確定 PAGEREF _Toc7385877 h 3 HYPERLINK l _Toc7385878 2.2控制方式的選擇 PAGEREF _Toc7385878 h 3 HYPERLINK l _Toc7385879 2.2.1 單片機(jī)芯片的選擇 PAGEREF _Toc7385879 h 3 HYPERLINK l _Toc7385880 2.2.2顯示方案的選擇 PAGEREF _Toc7385880 h 3 HYPERLINK l _Toc7385881 2.2.3傾角傳感器的選擇 PAGEREF _Toc7385881 h 4 HYPERLI

10、NK l _Toc7385882 2.2.4心率監(jiān)測(cè)模塊選擇 PAGEREF _Toc7385882 h 4 HYPERLINK l _Toc7385883 第三章 硬件電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc7385883 h 5 HYPERLINK l _Toc7385884 3.1系統(tǒng)的功能分析及體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc7385884 h 5 HYPERLINK l _Toc7385885 3.1.1系統(tǒng)功能分析 PAGEREF _Toc7385885 h 5 HYPERLINK l _Toc7385886 3.1.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc7385886 h 5

11、 HYPERLINK l _Toc7385887 3.2模塊電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc7385887 h 5 HYPERLINK l _Toc7385888 3.2.1單片機(jī)核心電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc7385888 h 5 HYPERLINK l _Toc7385889 3.2.2 LED信號(hào)指示燈電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc7385889 h 7 HYPERLINK l _Toc7385890 3.2.3傾角傳感器模塊電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc7385890 h 8 HYPERLINK l _Toc7385891 3.2.4脈搏心率傳感器模塊電路設(shè)計(jì) PA

12、GEREF _Toc7385891 h 9 HYPERLINK l _Toc7385892 3.2.5顯示模塊電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc7385892 h 13 HYPERLINK l _Toc7385893 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc7385893 h 16 HYPERLINK l _Toc7385894 4.1 編程語(yǔ)言選擇 PAGEREF _Toc7385894 h 16 HYPERLINK l _Toc7385895 4.2單片機(jī)程序開(kāi)發(fā)環(huán)境 PAGEREF _Toc7385895 h 16 HYPERLINK l _Toc7385896 4.3 仿真器介紹

13、 PAGEREF _Toc7385896 h 18 HYPERLINK l _Toc7385897 4.4 程序流程圖 PAGEREF _Toc7385897 h 19 HYPERLINK l _Toc7385898 第五章 系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行結(jié)果 PAGEREF _Toc7385898 h 21 HYPERLINK l _Toc7385899 5.1 電路焊接 PAGEREF _Toc7385899 h 21 HYPERLINK l _Toc7385900 5.2 系統(tǒng)調(diào)試 PAGEREF _Toc7385900 h 21 HYPERLINK l _Toc7385901 5.2.1 系統(tǒng)程序調(diào)試

14、 PAGEREF _Toc7385901 h 22 HYPERLINK l _Toc7385902 5.2.2硬件測(cè)試 PAGEREF _Toc7385902 h 22 HYPERLINK l _Toc7385903 5.3 實(shí)物測(cè)試 PAGEREF _Toc7385903 h 23 HYPERLINK l _Toc7385904 致謝 PAGEREF _Toc7385904 h 24 HYPERLINK l _Toc7385905 參 考 文 獻(xiàn) PAGEREF _Toc7385905 h 25緒論1.1課題背景及其意義近幾年，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們?nèi)罕姷纳钏皆絹?lái)越好，大家也越來(lái)越關(guān)注

15、健康問(wèn)題。計(jì)步器是一種便攜式反映人體狀況的儀器，通過(guò)計(jì)算行走的步數(shù)和所消耗的能量，很有效反映人體健康的狀態(tài)，所以受到了很多人的喜愛(ài)和歡迎。便攜式手戴電子計(jì)步器是符合大眾需求，有兩大特點(diǎn)：使用簡(jiǎn)單，攜帶方便。計(jì)步器目前是市面上比較受大眾認(rèn)可的衡量健康標(biāo)準(zhǔn)的儀器，它可以通過(guò)每天的指標(biāo)數(shù)值，體現(xiàn)健康的狀態(tài)。剛開(kāi)始的計(jì)步器設(shè)計(jì)是通過(guò)擺錘原理來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)步功能的，隨著科技與時(shí)代不斷進(jìn)步，電子感應(yīng)與加速計(jì)技術(shù)出現(xiàn)，取代了以前的技術(shù)，因此電子計(jì)步器隨之而來(lái)。電子計(jì)數(shù)器，振動(dòng)傳感器是目前電子計(jì)步器比較重要的兩大組成部分。計(jì)步器主要通過(guò)人體重心的移動(dòng)完成計(jì)步功能。人體結(jié)構(gòu)重心變化主要集中在腰部位置，計(jì)步器放在腰部比

16、較好。所謂振動(dòng)傳感器，是檢測(cè)對(duì)象在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)，來(lái)推測(cè)位移變換的傳感器，比較適合在計(jì)步器上使用。加速度計(jì)常用做感受震動(dòng)的變化，因此是計(jì)步器不可或缺的一部分。加速度計(jì)原理是這樣闡述的：將一塊磁鐵密封在一截塑料管當(dāng)中，塑料管的表面纏著一層銅質(zhì)線(xiàn)圈，當(dāng)管子運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁鐵相對(duì)于塑料管和線(xiàn)圈會(huì)朝反方向運(yùn)動(dòng)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，閉合的導(dǎo)電線(xiàn)圈中會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生。實(shí)際上，人在正常的行走時(shí)，其加速度的變化趨勢(shì)與正弦波形非常接近，所以導(dǎo)電線(xiàn)圈中的感應(yīng)電流也是接近正弦波的，然后由正弦波的頻率能夠推算出用戶(hù)的運(yùn)動(dòng)速度，以及運(yùn)動(dòng)時(shí)的步數(shù)、距離等信息。心率就是指一般人心臟在安靜狀態(tài)下每分鐘跳動(dòng)的次數(shù)，因?yàn)槟挲g或則性別等

17、因素，存在著差異性。這是檢驗(yàn)人體健康標(biāo)準(zhǔn)的一大指標(biāo)，也是本次設(shè)計(jì)較為突出的一大重點(diǎn)。心率的正常值是與年齡相關(guān)的，成年人的正常值范圍為60次/min到100次/min，大部分人的心率在60次/min到80次/min之間，男性的心率和女性相比，要相對(duì)慢些；嬰幼兒則比老年人的心率要快很多。心率如果超出正常值，過(guò)快的話(huà)，一般稱(chēng)為竇動(dòng)性心率過(guò)速（一般在成人心率超過(guò)100次/分種）。一般都是運(yùn)動(dòng)、興奮、激動(dòng)、吸煙、飲酒和喝濃茶后引起的現(xiàn)象。藥物或生病也可能導(dǎo)致該現(xiàn)象的發(fā)生，比如在感冒發(fā)燒時(shí)，服用的一些激素類(lèi)藥物會(huì)引起心率過(guò)快。HYPERLINK /view/355761.htm陣發(fā)性心動(dòng)過(guò)速是指心率速度達(dá)

18、到了160220次/min，這種情況是非常危險(xiǎn)的，需要隨時(shí)關(guān)注并準(zhǔn)備就醫(yī)。HYPERLINK /view/844572.htm竇性心動(dòng)過(guò)緩是指當(dāng)心率低于60次/min。常見(jiàn)于運(yùn)動(dòng)員身體狀況下還有就是從事重勞動(dòng)體力工作者；病變也可能導(dǎo)致此類(lèi)癥狀的出現(xiàn)。如果說(shuō)心率低于40次/分種，應(yīng)該考慮是否有HYPERLINK /view/674253.htm房室傳導(dǎo)阻滯。因?yàn)檫@個(gè)大環(huán)境的發(fā)展格局下，想設(shè)計(jì)一款集合計(jì)步功能和心率檢測(cè)功能于一身的智能運(yùn)動(dòng)手環(huán)。1.2國(guó)內(nèi)外的研究狀況 過(guò)去幾年時(shí)間里，全球的醫(yī)療技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，貿(mào)易全球化。隨著我國(guó)的“一帶一路”政策響應(yīng)，各國(guó)相互交流共同進(jìn)步，醫(yī)療器械領(lǐng)

19、域得到了快速的發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)也得到了不斷的提高，乃至大幅度增長(zhǎng)。醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)就時(shí)代發(fā)展而言算是比較重要的，作為一個(gè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，其涉及的領(lǐng)域越來(lái)越廣，不僅僅是帶動(dòng)技術(shù)革新，人才培養(yǎng)，為人類(lèi)長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展在不斷前進(jìn)。但目前我國(guó)在次領(lǐng)域的發(fā)展和其他發(fā)達(dá)的國(guó)家相比，技術(shù)不夠成熟，產(chǎn)業(yè)不夠完善，競(jìng)爭(zhēng)力較弱，相對(duì)的基礎(chǔ)建設(shè)比較落，核心技術(shù)掌握的不夠成熟，綜合性較差。但是作為一個(gè)新型的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，發(fā)展是必要的，也是趨勢(shì)所向，“一帶一路”政策的大環(huán)境下，就是希望通力合作，實(shí)現(xiàn)共贏的目的，學(xué)術(shù)科技之間交流才能使得進(jìn)步，這也是很多發(fā)展中國(guó)家現(xiàn)在面臨的問(wèn)題?，F(xiàn)如今更多的高新技術(shù)融合到一起，醫(yī)療器械領(lǐng)域得到了飛速的發(fā)

20、展，創(chuàng)新領(lǐng)域也不斷提高，新型的醫(yī)療器械也是接踵而至。受限于我國(guó)的科技及工業(yè)發(fā)展水平，各方面的設(shè)施還不夠完善，再加上理論創(chuàng)新的發(fā)展程度不夠，我國(guó)的醫(yī)療器械整體水平和歐美等工業(yè)強(qiáng)國(guó)相比，還存在著較大的差距和不足。這些年國(guó)家提出“雙創(chuàng)”戰(zhàn)略，提出要發(fā)展創(chuàng)新型國(guó)家，非常重視企業(yè)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。 同時(shí)醫(yī)療體制改革也在不斷的深入，正是醫(yī)療器械發(fā)展的黃金時(shí)期。而且醫(yī)療器械是整個(gè)醫(yī)療健康領(lǐng)域的基礎(chǔ)，是衡量國(guó)家科技水平和醫(yī)療水平的一項(xiàng)重要尺度。計(jì)步器的概念是由意大利人的著名發(fā)明家倫納德達(dá)芬奇在1517年提出的，目前保存的第一臺(tái)計(jì)步器是1667年制造生產(chǎn)的。雖然計(jì)步器問(wèn)世很早，但是在之后的很多年并沒(méi)有引起人們的重

21、視，而逐漸被大家遺忘。目前高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，智能化不斷提高，被人廣泛的認(rèn)可，此時(shí)出現(xiàn)一款便攜式智能化運(yùn)動(dòng)手環(huán)有著比較好的的市場(chǎng)前景。1.3本文的主要研究?jī)?nèi)容及論文結(jié)構(gòu)安排第1章 主要介紹設(shè)計(jì)的背景和國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀環(huán)境；第2章 主要選擇合適的設(shè)計(jì)方案；第3章 主要介紹硬件的設(shè)計(jì)方案；第4章 主要介紹軟件的設(shè)計(jì)方案；第5章 主要介紹整體調(diào)試和運(yùn)行的結(jié)果。第二章 方案的設(shè)計(jì)與論證2.1控制方案的確定本設(shè)計(jì)由MSP430F149單片機(jī)核心電路+重力加速度傳感器ADXL345電路+指示燈電路+心率傳感器電路+LCD1602液晶顯示電路組成。2.2控制方式的選擇2.2.1 單片機(jī)芯片的選擇方案一選取復(fù)雜

22、可編程邏輯元件CPLD作為計(jì)步器的控制器，CPLD最典型的特點(diǎn)是接口豐富、使用簡(jiǎn)單，不僅需要的外圍電路簡(jiǎn)單，而且本身編程使用硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行編程，更加的底層，貼近于硬件本身，可以更好的起到控制目的。此外，CPLD本身還具備資源多、體積小、穩(wěn)定性高、易擴(kuò)展等特點(diǎn)。在許多大規(guī)模的系統(tǒng)中常常和DSP、或者FPGA等控制器結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的高效控制。但由于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)不需要復(fù)雜的功能，對(duì)數(shù)據(jù)運(yùn)行處理要求也不高。且考慮到設(shè)計(jì)的成本，此方案舍棄。方案二選擇ST公司的STC89C52單片機(jī)作為主控制器，STC89S52主要是低功耗、高性能器件，具有良好的存儲(chǔ)功能。該單片機(jī)價(jià)格低，功能比較全面，功耗小，但

23、它是個(gè)8位存儲(chǔ)器，不能達(dá)到實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的需求，故而因此放棄。方案三MSP430單片機(jī)是一款超低功耗的16位器件，功能性比較豐富，模電數(shù)電集中到一個(gè)芯片上，可以較好地解決很多問(wèn)題，實(shí)用性比較強(qiáng)。MSP430F149是該系列應(yīng)用較為廣泛的一款控制芯片，該芯片運(yùn)行在16位系統(tǒng)、支持精簡(jiǎn)指令集、超低功耗的混合型單片機(jī)，具有高可靠性、低功耗、易擴(kuò)展、體積小、性?xún)r(jià)比高、電路簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，在精密儀器上被廣泛應(yīng)用，以及很多智能化產(chǎn)品中，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提升經(jīng)濟(jì)價(jià)值，已成為眾多單片機(jī)系列中一顆耀眼的新星。所以選擇方案三。2.2.2顯示方案的選擇方案一LED數(shù)碼管，這種數(shù)碼管的最大優(yōu)勢(shì)是價(jià)格較低，性能穩(wěn)定，可以非常簡(jiǎn)

24、便的和單片機(jī)相連。主要是用于數(shù)字顯示上，實(shí)用性較高。但是數(shù)碼管顯示的數(shù)字有限，本次設(shè)計(jì)涉及數(shù)字較多，因此達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求，此方案放棄。方案二點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，既可以顯示數(shù)字，也能顯示文字等信息，這種數(shù)碼管的價(jià)格相對(duì)較高，用在本方案中的話(huà)，性能過(guò)剩，且成本較高，因此，本方案也不適宜。方案三選擇LCD液晶顯示，常和單片機(jī)配合使用，他可以顯示大量的數(shù)據(jù)，文字等等，顯示的位數(shù)也比較多，外觀較好，清晰，并且它的程序編寫(xiě)起來(lái)比較簡(jiǎn)單。經(jīng)濟(jì)方面價(jià)格也比較低廉，其中1602是其比較有特色的一款，很適用于本次設(shè)計(jì)，綜合下來(lái)選擇此方案。故選擇方案三。2.2.3傾角傳感器的選擇方案

25、一選用陀螺儀來(lái)檢測(cè)位置的信息，功能比較強(qiáng)，精度準(zhǔn)確，穩(wěn)定性強(qiáng)，但是此器件精度要求高，控制起來(lái)較為復(fù)雜，不適用于本次設(shè)計(jì)。方案二：選用ADI公司的傾角傳感器ADXL345模塊來(lái)檢測(cè)位置的信息，ADXL345功能比較全面，有很多存儲(chǔ)空間，其成本預(yù)算較低，便于控制。因此選擇方案二。2.2.4心率監(jiān)測(cè)模塊選擇方案一選用壓力傳感器收集心率數(shù)據(jù)，但其抗干擾能力較差，會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)測(cè)量產(chǎn)生偏差，且測(cè)量的難度相對(duì)較大，很難達(dá)到本次設(shè)計(jì)的預(yù)期目的，所以排除此方案。方案二選用紅外模塊采集心率信號(hào)，此模塊對(duì)管心率信號(hào)采集較為穩(wěn)定，其抗干擾能力較強(qiáng)，測(cè)量的數(shù)值比較準(zhǔn)確，波形穩(wěn)定，相對(duì)于本次設(shè)計(jì)是一個(gè)很好的選擇。故選擇方案二

26、。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的功能分析本設(shè)計(jì)由MSP430F149單片機(jī)核心電路+重力加速度傳感器ADXL345電路+指示燈電路+心率傳感器電路+LCD1602液晶顯示電路組成。1、通過(guò)重力加速度傳感器ADXL345檢測(cè)人的狀態(tài)，通過(guò)黃色LED燈指示人體狀態(tài)，計(jì)算出步數(shù)液晶LCD1602液晶上顯示。2、通過(guò)心率傳感器檢測(cè)心率，并將心率值在液晶LCD1602上實(shí)時(shí)顯示。3.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 經(jīng)過(guò)綜合的評(píng)估，考慮到設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，大致把系統(tǒng)分為幾個(gè)功能模塊：核心控制模塊；指示燈模塊；傾角傳感器模塊；心率傳感器模塊；顯示電路模塊，通過(guò)幾大模塊完成心率檢測(cè)和計(jì)步的功能，本系統(tǒng)具體框圖如圖3.2所示：圖3.

27、2系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1.單片機(jī)核心電路模塊設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)手環(huán)的控制芯片選用了MSP430F149單片機(jī)，該控制芯片的是16位的低功耗的混合處理器，將模擬電路，數(shù)字電路結(jié)合到一塊芯片上，功能較全面，適合很多問(wèn)題的處理。MSP430F149它是一款混合型單片機(jī)且具有很多功能例如低功耗，體積小，靈活多變等等，并且使用方便，價(jià)格便宜，運(yùn)用于很多方面如精密儀器和智能化產(chǎn)品中。它既可以提高產(chǎn)品質(zhì)量也可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品價(jià)值，也是單片機(jī)系列中一顆亮眼的新星。一、MSP430F149單片機(jī)有以下的特點(diǎn)：（1）處理能力強(qiáng)MSP430F149單片機(jī)的一大特點(diǎn)是控制指令兼容多種，他所采用用的是較為簡(jiǎn)單的指令集，較多的指

28、令集，可以簡(jiǎn)化很多模擬指令，大寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和模擬信號(hào)處理模塊實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算功能很多，高效的處理方式也是該單片機(jī)的一大特點(diǎn)；高效處理指令方式；通過(guò)這些顯示了MSP430F149單片機(jī)處理能力方面的優(yōu)勢(shì)。（2）運(yùn)算速度快MSP430F149的時(shí)鐘信號(hào)是利用25MHz的晶體振動(dòng)產(chǎn)生的，晶振的周期為40ns，也是單個(gè)指令的執(zhí)行周期。芯片本身的數(shù)據(jù)處理器是16位的，再加上高速的指令執(zhí)行周期、在進(jìn)行運(yùn)算時(shí)的效率很高、能力很強(qiáng)，能夠輕松的完成運(yùn)算任務(wù)。（3）超低功耗MSP430F149單片機(jī)的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是超低功耗，這個(gè)優(yōu)勢(shì)不僅可以節(jié)約部分能耗，而且需求的供電電壓也較低，對(duì)外圍電路的要求較低，從而簡(jiǎn)

29、化電源電路和時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)。MSP430F149單片機(jī)的輸入電壓范圍是1.83.6V 電壓。當(dāng)時(shí)鐘頻率為1MHz時(shí)，芯片電流在200400uA之間，工作時(shí)的能耗很低，而當(dāng)斷開(kāi)時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，芯片的電流僅0.1uA，待機(jī)運(yùn)行的能耗可以忽略不計(jì)。MSP430F149的時(shí)鐘電路也別具一格。MSP430F149具有基本時(shí)鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)時(shí)鐘系統(tǒng)（DCO 數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)），兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的時(shí)鐘系統(tǒng)。兩個(gè)時(shí)鐘系統(tǒng)的晶振可以選擇一個(gè)，也可以選用兩個(gè)不同頻率的晶振。芯片在工作時(shí)，CPU和各種功能模塊都離不開(kāi)時(shí)鐘的支持，在實(shí)際編寫(xiě)的程序中，可以自由的設(shè)置時(shí)鐘打開(kāi)及斷開(kāi)的實(shí)際。以達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)功耗的目的。各個(gè)功能子模塊

30、的工作方式不一樣，其本身的能耗也不一樣。MSP430F149芯片提供了活躍狀態(tài)和開(kāi)關(guān)不同模塊的低功耗狀態(tài)。芯片的功耗很低，芯片在等待狀態(tài)時(shí)，工作電流約為0.7uA ，節(jié)電狀態(tài)的電流低至0.1uA。圖4.1.1是MSP430F149單片機(jī)的核心接口電路圖。圖4.1.1MSP430F149單片機(jī)核心接口圖 MSP430F149單片機(jī)核心板的相關(guān)電路見(jiàn)圖4.1.2。圖1.1.2 MSP430F149單片機(jī)核心板內(nèi)部原理圖 MSP430F149單片機(jī)實(shí)物圖如4.1.3所示。圖1.1.3 MSP430F149單片機(jī)核心板實(shí)物圖4.2 LED信號(hào)指示燈電路設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)手環(huán)的指示燈選擇的是LED燈，其本質(zhì)上是一

31、種特殊的二極管，能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為光能的發(fā)光二極管。發(fā)光二極管和一般的二極管電路特性類(lèi)似，都具備單向?qū)щ姷奶匦?。在?yīng)用中，需要在二極管回路上串聯(lián)一個(gè)限流電阻，達(dá)到限流保護(hù)LED燈的作用。指示燈電路選用的LED是低電壓導(dǎo)通的，當(dāng)相應(yīng)的引腳電壓為低時(shí)，會(huì)點(diǎn)亮LED燈，反之，LED燈不會(huì)亮。其具體電路原理圖如圖4.2所示。圖4.2LED燈指示電路原理圖4.3傾角傳感器模塊電路設(shè)計(jì)傾角傳感器的作用是檢測(cè)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí)的傾角變化，以輔助角加速度的計(jì)算。本系統(tǒng)選用的傾角傳感器為ADXL345。該傳感器的優(yōu)勢(shì)在于體積小，安裝所需空間小，功耗低、精度高、分辨率高、測(cè)量范圍廣等。傳感器采用16位二進(jìn)制補(bǔ)碼方式完成數(shù)據(jù)

32、控制，訪(fǎng)問(wèn)起來(lái)較為容易。ADXL345常用于移動(dòng)設(shè)備上。它可以通過(guò)傾斜感受重力加速的的變化，并測(cè)量目標(biāo)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，任意狀態(tài)、任意時(shí)刻的加速度。傳感器本身的高分辨率，能夠檢測(cè)到非常細(xì)微的傾角變動(dòng)。該型號(hào)傳感器支持豐富的檢測(cè)功能。在對(duì)傳感器敲擊時(shí)，能夠檢測(cè)其他角度的振動(dòng)情況。以及檢測(cè)自由落體等運(yùn)動(dòng)方式。以上的功能都可獨(dú)立運(yùn)行，不局限于一個(gè)管腳。集成式存儲(chǔ)器管理系統(tǒng)也是此傳感器一大亮點(diǎn)，目前正在申請(qǐng)專(zhuān)利，對(duì)于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并將主機(jī)負(fù)荷降到最低實(shí)現(xiàn)此器件低功耗的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。低功耗模式對(duì)于智能化器件來(lái)說(shuō)很重要，以極低的代價(jià)完成重力加速的測(cè)量，質(zhì)量經(jīng)濟(jì)上都有很大的益處。ADXL345模塊接口圖如圖4.3.1所示

33、。圖4.3.1ADXL345模塊接口圖圖4.3.2是傾角傳感器供電電路圖。U2為直流電壓轉(zhuǎn)換芯片，將輸入的5V直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?.3V的直流電輸出，C1、C2和C3、C4分別是一個(gè)大電容并上一個(gè)小電容的濾波電容。ADXL345的引腳上接了R2、R3兩個(gè)電阻，是為了保證輸出電壓的穩(wěn)定。D1是一個(gè)發(fā)光二極管，是系統(tǒng)的電源指示燈，R1是限流電阻，配合LED燈選用。圖 圖4.3.2ADXL345模塊電路圖ADXL345模塊實(shí)物圖如圖4.3.3所示。圖4.3.3 ADXL345模塊實(shí)物圖4.4脈搏心率傳感器模塊電路設(shè)計(jì)脈搏心率傳感器，顧名思義，主要功能是測(cè)量用戶(hù)的心率脈搏，功能上來(lái)講是一款將放大電路和噪聲消

34、除電路結(jié)合的光學(xué)心率傳感器。通過(guò)它可以完成對(duì)心率檢測(cè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和研究。光電傳感器主要功能就是將脈搏信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，人體將手指放在感應(yīng)盤(pán)上，光感傳感器感受，此時(shí)二極管會(huì)發(fā)光，變向說(shuō)明感應(yīng)成功，脈搏變化時(shí)，血管中的血量改變，會(huì)引起穿過(guò)血管的光信號(hào)強(qiáng)度變化，光信號(hào)的變化引起電壓的變化。最終將檢測(cè)到的電信號(hào)與脈搏信息對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)脈搏心率的測(cè)量。根據(jù)系統(tǒng)的需求，選擇Pulsesensor作為系統(tǒng)的脈搏心率傳感器。下面對(duì)此傳感器的接口說(shuō)明（1）+ 外接5V（2）- 外接GND（3）S 輸出接口（0和1）Pulsesensor脈搏心率傳感器模塊接口原理圖如圖4.4.1所示。圖4.4.1脈搏心率傳感器接口原理

35、圖脈搏心率傳感器模塊實(shí)物圖如圖4.4.2所示。圖4.4.2脈搏心率傳感器實(shí)物圖此脈搏心率傳感器理論上輸出的波形如圖4.4.3所示。圖4.4.3心率脈搏傳感器輸出波形實(shí)際運(yùn)用中，脈搏心率傳感器通過(guò)示波器顯示的圖像如圖4.4.4所示。和理論波形一致。圖4.4.4心率脈搏傳感器實(shí)際輸出信號(hào)波形由此可見(jiàn)，波形并不是標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)，為了方便單片機(jī)檢測(cè)心率傳感器的輸出信號(hào)，選擇LM393比較器將波形濾波一下，使傳感器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)，更利于單片機(jī)采集，保證了信號(hào)的穩(wěn)定檢測(cè)。通過(guò)LM393比較器模塊濾波后的波形圖如圖4.4.5所示。圖4.4.5心率脈搏傳感器經(jīng)比較器濾波后輸出的波形圖LM393比較

36、器模塊對(duì)脈搏心率傳感器模塊濾波的電路原理圖如圖4.4.6所示。圖4.4.6心率檢測(cè)電路原理圖LM393比較器模塊內(nèi)部原理圖如圖4.4.7所示。R1是分壓電阻作用是把比較器模塊采集到的模擬信息轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號(hào)，當(dāng)LM393比較器接收到模擬量信號(hào)后，即可與LM393比較器芯片2號(hào)引腳所接的電位器分壓后的模擬電壓進(jìn)行比較，獲得方波信號(hào)。C1、C2為濾波電容，C1電容的作用是對(duì)電源進(jìn)行濾波，使得運(yùn)行中電源電壓穩(wěn)定。C2電容的作用是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行濾波，確保模擬信號(hào)輸出的穩(wěn)定性。R2、R3是限流電阻，起到保護(hù)作用，來(lái)防止LED燈燒壞。R4為上拉電阻，上拉就是使得監(jiān)測(cè)的信號(hào)保持在一個(gè)高電平的位置，并且起到

37、一個(gè)限流的作用。保證LM393比較器輸出的高低電平信號(hào)在與單片機(jī)引腳連接時(shí)電平信號(hào)的讀取更加穩(wěn)定。圖4.4.7LM393比較器模塊內(nèi)部電路圖LM393比較器模塊實(shí)物圖如圖4.4.8所示。圖4.4.8LM393比較器模塊實(shí)物圖4.5顯示模塊電路設(shè)計(jì)顯示模塊選用了LCD顯示器，其可以顯示字符及字段信息。字段的顯示與LED的性能差不多，相對(duì)簡(jiǎn)單，只要將信號(hào)發(fā)送到相應(yīng)的管腳就可以顯示了，字符顯示是根據(jù)設(shè)計(jì)需要顯示該有的字符。本設(shè)計(jì)是選用的字符顯示。選擇LCD1602顯示器傳輸信息。與傳統(tǒng)的LED數(shù)碼管顯示器比較起來(lái)，它的優(yōu)勢(shì)有很多，外形上功能上都占優(yōu)，而且此顯示器不需要添加任何驅(qū)動(dòng)電路，操作方便，就目

38、前市場(chǎng)上的單片機(jī)而言，液晶占據(jù)了很大的地位，是單片機(jī)不可或缺的伙伴。LCD1602顯示器可以顯示2行漢字共計(jì)16個(gè)字。一、LCD1602主要技術(shù)參數(shù)如下：（1）最大顯示容量： 32個(gè)字符；（2）工作電壓范圍： 4.5 V5.5V；（3）額定工作電流： 2.0mA（5.0V供電時(shí)）；（4）額定工作電壓： 5.0V；（5）字符尺寸： 2.954.35（WH）mm。二、LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳，其接口的引腳說(shuō)明如下：（1）引腳1：VSS。（2）引腳2：5V VDD。（3）引腳3：V0改變顯示對(duì)比度。（4）引腳4：RS選擇寄存器，高電平時(shí)，為數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)，為指令寄存器。（5）引腳5：RW

39、讀取選擇，高電平時(shí)，執(zhí)行讀操作，低電平時(shí)，執(zhí)行寫(xiě)操作。RS與RW均為低電平時(shí)，寫(xiě)入指令或是顯示地址。 RS為低、RW為高，讀取線(xiàn)上信號(hào)； RS為高、RW為低時(shí)，執(zhí)行數(shù)據(jù)的寫(xiě)入。（6）引腳6：使能信號(hào)，當(dāng)E端信號(hào)檢測(cè)到下降沿時(shí)，使能液晶模塊。（7）引腳714：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)。 （8）引腳1516：空引腳（未連接）三、控制指令說(shuō)明 LCD1602液晶模塊的控制指令表如表4.5所示，主要包括如下11個(gè)指令。表4.5 控制命令表序號(hào)指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開(kāi)/關(guān)控制000

40、0001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫(xiě)數(shù)到CGRA或DDRAM）10要寫(xiě)的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容四、LCD1602液晶模塊的編程操作實(shí)現(xiàn)上述11條指令。（1）清顯示：指令碼為01H，將光標(biāo)復(fù)位到00H。 （2）光標(biāo)返回：將光標(biāo)返回到地址00H （3）置輸入模式：設(shè)置光標(biāo)與顯示模式：移動(dòng)光標(biāo)方向，高電平右移，低電平左移，控制顯示的文字時(shí)。高有效，低無(wú)效。（4）顯示開(kāi)/關(guān)控制：顯示開(kāi)關(guān)控制

41、。D：整個(gè)液晶是否顯示的開(kāi)關(guān)，顯示為高，不顯示為低 C：控制光標(biāo)是否顯示，高顯示光標(biāo)，低無(wú)光標(biāo) B：控制光標(biāo)閃爍，高閃爍，低不閃爍。 （5）光標(biāo)或字符移位：控制光標(biāo)顯示移位 S/C：要高電平時(shí)，控制屏幕文字；低電平，移動(dòng)光標(biāo)。（6）置功能：設(shè)置顯示功能：高電平共4位，低電平為8位：?jiǎn)涡酗@示為低電平，雙行顯示為高電平 F: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符 （7）置字符發(fā)生存貯器地址：設(shè)置字符發(fā)生器RAM地址。（8）置數(shù)據(jù)存貯器地址：DDRAM地址設(shè)置 （9）讀忙標(biāo)志或地址：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：高為忙，不響應(yīng)數(shù)據(jù)命令，低電平相反。（10）寫(xiě)數(shù)到CGRA或DDRA

42、M）：寫(xiě)數(shù)據(jù) （11）從CGRAM或DDRAM讀數(shù)：讀數(shù)據(jù) 系統(tǒng)中選用LCD1602顯示器件顯示信息。在本電路設(shè)計(jì)中通過(guò)調(diào)節(jié)電位器可以對(duì)液晶顯示的對(duì)比度即清晰度進(jìn)行改變。其具體電路原理圖如圖4.5.1所示。圖4.5.1 LCD1602液晶顯示電路原理圖其實(shí)物圖如圖4.5.2所示。圖4.5.2 LCD1602液晶實(shí)物圖系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的總體系統(tǒng)組成有兩個(gè)部分：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，上一個(gè)一章主要介紹了系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì)方案和各個(gè)模塊的功能介紹，想要實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)只有硬件是不行的，還需要支持硬件的軟件程序，輸入程序到單片機(jī)中完成系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。5.1 編程語(yǔ)言選擇在綜合考慮各編程語(yǔ)言的優(yōu)缺點(diǎn)后，選擇

43、了C語(yǔ)言作為本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言，主要原因是系統(tǒng)功能復(fù)雜，需要的運(yùn)算量較大，且包含很多浮點(diǎn)計(jì)算。因此，選擇了C語(yǔ)言。對(duì)單片機(jī)而言，C語(yǔ)言和匯編相比，優(yōu)勢(shì)主要如下:不需要深入的研究所選用的控制芯片的指令集和相應(yīng)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)過(guò)程。編譯器可以有效的管理好寄存器的分配和尋址。編程時(shí)不會(huì)因?yàn)榧?xì)節(jié)問(wèn)題而耽誤時(shí)間。程序的可讀性會(huì)得到提高。更加貼近人類(lèi)的思維方式，通過(guò)一些函數(shù)操作和關(guān)鍵字表達(dá)。相比于匯編語(yǔ)言，縮短了運(yùn)行的所用的時(shí)間，方便快捷。C語(yǔ)言的庫(kù)文件豐富，有許多可以參考的的標(biāo)準(zhǔn)。C語(yǔ)言可以分成多種形式實(shí)現(xiàn)模塊化編程的技術(shù)，添加程序方便。C語(yǔ)言的可移植性好、適用范圍廣，C語(yǔ)言對(duì)開(kāi)發(fā)環(huán)境并不挑剔，

44、可以自由的選擇開(kāi)發(fā)環(huán)境、同時(shí)有利于后期的維護(hù)。相比于匯編語(yǔ)言，C語(yǔ)言占據(jù)很多方面的優(yōu)勢(shì)，例如在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可移植性、可維護(hù)性上，學(xué)習(xí)和使用起來(lái)簡(jiǎn)單。5.2單片機(jī)程序開(kāi)發(fā)環(huán)境運(yùn)動(dòng)手環(huán)的控制系統(tǒng)是以MSP430F149芯片為控制核心，該系列芯片配套的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)是IAR Embedded Workbench軟件，該軟件適用于MSP430整個(gè)系列，應(yīng)用非常廣泛系統(tǒng)的主流軟件。軟件具有集成度高、穩(wěn)定性強(qiáng)和使用方便等特點(diǎn)，為了滿(mǎn)足嵌入式的開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)，IAR內(nèi)部包括C/C+編譯器和調(diào)試器，能夠完成一個(gè)程序的完整開(kāi)發(fā)過(guò)程，包括從建立項(xiàng)目開(kāi)始、編寫(xiě)程序、調(diào)試程序、下載程序等過(guò)程。IAR還針對(duì)不同的M

45、CU，具有配套的開(kāi)發(fā)環(huán)境。IAR軟件本身的功能也非常強(qiáng)大，提供有許多工具，執(zhí)行各類(lèi)任務(wù)。同時(shí)，支持在線(xiàn)調(diào)試程序。IAR編譯器還具有優(yōu)化程序的功能，可以直接生產(chǎn)內(nèi)存小的可執(zhí)行文件，因此可以節(jié)省內(nèi)部存儲(chǔ)資源，從而在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中極大降低系統(tǒng)開(kāi)發(fā)費(fèi)用，增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)核心力。IAR Embedded Workbench軟件具有以下優(yōu)勢(shì)：高效率處理FLASH/PROMABLE；1.兼容C/C+語(yǔ)言；2.支持多種內(nèi)存模式；3.支持相對(duì)路徑；4.優(yōu)秀的中斷處理功能；5.采用浮點(diǎn)運(yùn)算，提高運(yùn)算能力；6.支持多種調(diào)試工具；7.優(yōu)化代碼，提高程序運(yùn)行效率；8.針對(duì)不同的硬件平臺(tái)，提高配套資源；9.代碼的編譯速度快。開(kāi)發(fā)

46、環(huán)境界面如圖5.2.所示：圖5.2 IAR Embedded Workbench for MSP430開(kāi)發(fā)環(huán)境界面5.3 仿真器介紹在IAR平臺(tái)開(kāi)發(fā)時(shí)，MSP430F149芯片對(duì)應(yīng)的仿真器為SmratRF04EB，該仿真器具有代碼下載，在線(xiàn)仿真、供電等功能，以其優(yōu)越的性能和低廉的成本，在各種工業(yè)電子消費(fèi)品中被廣泛的應(yīng)用。是開(kāi)發(fā)選用MSP430F149芯片的系統(tǒng)，所不可獲取的一部分。該型號(hào)仿真器的具體使用順序?yàn)椋旱谝徊剑涸谑状问褂迷撔吞?hào)仿真器時(shí)，需要安裝SmratRF04EB的USB驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)需要安裝在IAR SystemEmbedded.目錄下，并且從電腦的設(shè)備管理器上檢查USB驅(qū)動(dòng)是否安裝成

47、功；第二步：將開(kāi)發(fā)軟件SmratRF04EB Flash Programmer安裝到開(kāi)發(fā)的電腦上；第三步：將仿真器的一端與電腦連接，另一端與MSP430F149連接，啟動(dòng)SmratRF04EB Flash Programmer軟件，檢查軟件是否正確識(shí)別了所選用的芯片，首次打開(kāi)時(shí)，還需要在芯片的控制端執(zhí)行復(fù)位操作。軟件界面如圖4.3所示：圖5.3 SmratRF04EB Flash Programmer軟件界面5.4 程序流程圖程序的開(kāi)發(fā)是在Embedded Workbench平臺(tái)上完成的，主要的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言是C語(yǔ)言。系統(tǒng)運(yùn)行流程圖如圖5.4所示。圖5.4系統(tǒng)運(yùn)行流程系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行結(jié)果6.1 系統(tǒng)調(diào)

48、試調(diào)試之前，主要先檢查器件在焊接過(guò)程中有沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，是否出現(xiàn)漏焊或則是斷裂的跡象，看一下電路板是否存在斷痕，檢查無(wú)誤后用萬(wàn)用表測(cè)試一下電路中的電源正負(fù)極是否有問(wèn)題，規(guī)避短路的風(fēng)險(xiǎn)，確保焊接沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題。在搭建調(diào)試平臺(tái)后，需要對(duì)軟件程序進(jìn)行調(diào)試，若程序調(diào)試沒(méi)有問(wèn)題，接下來(lái)開(kāi)始驗(yàn)證系統(tǒng)功能是否滿(mǎn)足要求，若功能有問(wèn)題，需要繼續(xù)調(diào)試程序，反復(fù)進(jìn)行，直到所有功能都滿(mǎn)足為止。6.1.1 系統(tǒng)程序調(diào)試軟件部分的設(shè)計(jì)和控制程序的編寫(xiě)是在IAR Embedded Workbench開(kāi)發(fā)平臺(tái)上完成的，選取的編程語(yǔ)言是C語(yǔ)言。設(shè)計(jì)的工作流程為：系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行模塊初始化，若有模塊器件損壞，則不能正常運(yùn)行；然后系統(tǒng)開(kāi)始采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，若處理的數(shù)據(jù)正確，則開(kāi)始接受數(shù)據(jù)把傳輸?shù)捷敵龆俗鬟M(jìn)一步處理。軟件調(diào)試步驟如下：（1）在IAR軟件中需要先創(chuàng)建一個(gè)工程：選擇菜單欄中的“工程”，建立一個(gè)新工程，并保存；保存時(shí)將芯片型號(hào)選為系統(tǒng)所用的“MSP430F149”。（2）編寫(xiě)本系統(tǒng)的控制程序：按照軟件提示，在