基于STM32單片機(jī)的智能手環(huán)設(shè)計【摘要】本設(shè)計主要以STM32F103C8T6核心板作為控制芯片，輔以計步傳感器、心率采集傳感器、溫度采集傳感器、鍵盤模塊、顯示傳感器和藍(lán)牙傳感器來滿足設(shè)計所需要的要求。根據(jù)ADXL345三軸加速度傳感器檢測出的數(shù)據(jù)，可以了解使用者目前的狀態(tài)，統(tǒng)計出走路步數(shù)，以及是否發(fā)生摔跤；根據(jù)心率采集傳感器采集到的數(shù)據(jù)實時監(jiān)測心率；根據(jù)溫度采集傳感器采集到的數(shù)據(jù)實時監(jiān)測溫度；通過顯示模塊可以顯示步數(shù)、實時心率以及溫度值。本設(shè)計主要的適用人群為獨自住在家里的老年人佩戴，佩戴此手環(huán)的使用者將會被實時監(jiān)控身體的各項數(shù)據(jù)。如果發(fā)生使用者摔倒的情況，手環(huán)首先會發(fā)出警報聲，隨即將警報信息發(fā)送至手機(jī)APP端，以用來提醒緊急聯(lián)系人手環(huán)的使用者發(fā)生了意外情況。關(guān)鍵詞：STM32，心率，計步目錄TOC\o"1-2"\h\u引言 1一、系統(tǒng)整體設(shè)計 頁溫度采集程序流程圖首先產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號發(fā)送給DS18B20傳感器，傳感器開始對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù)并響應(yīng)，如未響應(yīng)則持續(xù)發(fā)送脈沖信號，直至響應(yīng)為止。接著單片機(jī)向DS18B20傳感器發(fā)送0X55的指令，等待DS18B20傳感器的響應(yīng)，響應(yīng)成功后發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換的指令。最后當(dāng)傳感器接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。溫度采集程序流程圖如圖23所示。心率采集程序流程圖首先初始化A/D傳感器，并配置一個2ms中斷的定時器。接著每2ms定時器中斷一次，便讀取一次A/D轉(zhuǎn)換的值，將轉(zhuǎn)換的值發(fā)送至單片機(jī)。最后通過心率算法計算得出心率值，通過顯示模塊顯示出來，詳細(xì)代碼見附錄（三）源程序，心率采集程序流程圖如圖24所示。藍(lán)牙通信程序流程圖首先進(jìn)行單片機(jī)串口的初始化操作，配置串口中斷打開并設(shè)置波特率為9600bps。接著配置一個5s的定時器，每5s將傳感器采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給藍(lán)牙模塊，隨即發(fā)送至APP。藍(lán)牙通訊程序流程圖如下圖25所示。系統(tǒng)調(diào)試硬件電路焊接硬件電路部分即焊接部分是最容易出錯的部分，在焊接過程中，十分容易出現(xiàn)排線、虛焊漏焊、接錯線的問題。所以我們應(yīng)在焊接前，預(yù)先想好大致零件的布局和排線情況。在焊接完成后，用萬用表逐步檢查通路以及虛焊問題，防止電路出現(xiàn)短路情況損毀傳感器。背板焊接完成效果圖如下圖26所示：圖26背板焊接完成效果圖軟件調(diào)試軟件調(diào)試使用了Keil5MDK軟件，首先將部分程序放入軟件編譯，找出問題進(jìn)行修改調(diào)試，直至程序可以成功運(yùn)行。接著再添加其他部分程序一塊編譯，找出問題修改調(diào)試，重復(fù)操作，直至全部程序都可以在設(shè)計中完美運(yùn)行，并完成本設(shè)計中的全部要求。實物測試在完成上述硬件調(diào)試和軟件調(diào)試后，便需要進(jìn)行實物測試。最終焊接完成圖樣如圖27所示。圖27焊接完成圖本設(shè)計開機(jī)后，顯示屏上首先會出現(xiàn)四個字為“歡迎使用”，隨即便顯示心率、步數(shù)和溫度的主頁面。開機(jī)頁面（左）和主頁面（右）如圖28所示。當(dāng)顯示在主界面時，會實時更新傳感器采集到的數(shù)據(jù)。如圖28所示，主頁面第一行為心率，圖上顯示為“r/min”，意為當(dāng)前未采集到心率值；第二行為步數(shù)，圖上顯示為“0”，意為當(dāng)前未進(jìn)行計步行為；第三行為體溫，圖上顯示為“18.0”，意為當(dāng)前采集到的溫度為18℃。圖28開機(jī)頁面和主界面當(dāng)按下切換鍵K1時，顯示屏將切換到時間顯示界面，由于顯示屏無法一次性顯示太多內(nèi)容，則進(jìn)行分屏顯示。時間顯示頁面如圖19所示，主要顯示內(nèi)容為日期和時間，頁面第一行居中顯示兩個字為“設(shè)置”，可以和主頁面進(jìn)行區(qū)分；第二行為日期，圖上顯示為2022-03-07，意為當(dāng)前日期為2022年3月7日；第三行為時間，圖上顯示為00:55:00，意為當(dāng)前時間為0點55分0秒。圖29時間顯示界面圖需要校準(zhǔn)日期和時間時，先按下設(shè)置鍵K2，進(jìn)入調(diào)整頁面，如圖30所示。頁面和圖29的時間顯示界面相似，頁面第一行居中顯示兩個字為“設(shè)置”，第二行為日期，圖上顯示為>2023-03-07,意為當(dāng)前調(diào)整年份，并將年份設(shè)置為2023?！?gt;”符號所指向內(nèi)容為當(dāng)前正在調(diào)整的內(nèi)容，通過“+”鍵K3和“－”鍵K4進(jìn)行數(shù)字加減的調(diào)整。再次按下社自建K2，自動前進(jìn)到下一個內(nèi)容，進(jìn)行設(shè)置。全部設(shè)置完成后，按下設(shè)置鍵K2，將自動保存設(shè)置好的內(nèi)容，并返回主界面。圖30調(diào)整界面本設(shè)計中另外設(shè)計了手機(jī)的APP軟件——藍(lán)牙助手，將手機(jī)的藍(lán)牙打開，搜索藍(lán)牙信號，如圖31（左）所示，本設(shè)計的藍(lán)牙名稱為“BT04-A”，搜索到該藍(lán)牙后進(jìn)行連接，密碼為1234，隨即進(jìn)入終端界面，如圖31（右）所示。界面上顯示有Step、H和T三個數(shù)據(jù)，Step為步數(shù)，H為心率，T為溫度，如圖最后一行所示，Step:5H:80T:19.3,意為步數(shù)為5步，心率為80r/min，溫度為19.3℃。單片機(jī)會每4s將采集到的數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙模塊傳輸至APP上顯示。圖31藍(lán)牙連接（左）和終端界面（右）當(dāng)本設(shè)計如圖32所示持續(xù)向左或向右傾斜（即假設(shè)摔倒的情況）超過10s，蜂鳴器發(fā)出持續(xù)警報，并如圖33所示向手機(jī)APP發(fā)送Falldown的警報信息，F(xiàn)alldown意為發(fā)生了摔倒現(xiàn)象。圖32持續(xù)向左或向右傾斜圖33發(fā)送警報信息通過實驗功能的驗證，證明在穿戴本設(shè)計的情況可以達(dá)到實時監(jiān)測使用者身體數(shù)據(jù)的功能，將監(jiān)測到的步數(shù)、心率和溫度實時傳送之手機(jī)APP上，如發(fā)生使用者摔倒情況，APP上也會收到摔倒警報提示，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能?？偨Y(jié)在焊接本設(shè)計的時候，我遇上了很多困難。比如一開始板子背后的排線，就讓我很是傷腦筋，要在不干擾所有元器件的情況下，線路不互擾真的很困難。在一步一步理清各自元器件的排線后，我慢慢的將所有元器件都安裝了上去。當(dāng)然這僅僅才完成了第一步，初步焊接完成后，我首先用萬用表將所有的焊點和線路一一檢測，發(fā)現(xiàn)蜂鳴器不工作。最初的時候我以為是所使用的的蜂鳴器是壞的，正準(zhǔn)備更換一個新的蜂鳴器時，發(fā)現(xiàn)蜂鳴器的焊點有些虛焊，隨即我把虛焊問題解決之后，所有的元器件都能夠正確工作了。在這次的畢業(yè)設(shè)計中，使我明白了自己要學(xué)習(xí)的東西還有很多，在人生的不同階段，都應(yīng)該堅持去學(xué)習(xí)，不管是在以后的工作中還是生活中，都需要努力提高自己的知識和綜合素質(zhì)，畢竟學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，當(dāng)然我也在本次的畢業(yè)設(shè)計中也學(xué)到了很多知識，這些知識將會是一輩子的財富。本設(shè)計的創(chuàng)意在于可以遠(yuǎn)程監(jiān)控使用者的使用情況，如若發(fā)生意外情況也可以及時收到消息提示，減少錯過最佳救援時間的可能。通過傳感器的實時數(shù)據(jù)采集，通過OLED顯示屏將數(shù)據(jù)顯示出來，并通過藍(lán)牙將數(shù)據(jù)傳送至手機(jī)APP上，發(fā)生意外情況時通過蜂鳴器發(fā)出警報及手機(jī)APP收到警報提示，實現(xiàn)了本設(shè)計從數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控和警報提示的一體化解決方案。本設(shè)計還需要進(jìn)一步研究和改善的是：1.可以搭載更多的傳感器，比如可以增添含有定位功能的傳感器，做到可以在手機(jī)APP上實時查看使用者當(dāng)前的地理位置等。2.手機(jī)APP上收到的警報提示是否可以更加方便快捷，以取得最佳效果，這都是本設(shè)計之后可以思考的方向。4242參考文獻(xiàn)[1]田靜.\t"/kns8/defaultresult/_blank"基于STM32的老年智能手環(huán)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].南京郵電大學(xué).2021-11-22[2]陳研,楊茂云.\t"/kns8/defaultresult/_blank"基于可穿戴設(shè)備的健康監(jiān)測管理平臺設(shè)計[J].電腦編程技術(shù)與維護(hù).2021-10-18[3]邰玉明,馮朝強(qiáng).\t"/kns8/defaultresult/_blank"可穿戴設(shè)備在老年人群中監(jiān)護(hù)功能的應(yīng)用研究[J].\t"/kns8/defaultresult/_blank"赤峰學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版).2021-09-25[4]陳杰,周家樂,張蕾.\t"/kns8/defaultresult/_blank"基于異常事件處理的智能手環(huán)設(shè)計[J].電子技術(shù).2021-06-20[5]簡燁,閆勝昝.\t"/kns8/defaultresult/_blank"老年人智能手環(huán)設(shè)計研究[J].工業(yè)設(shè)計.2020-02-20[6]孫成開.\t"/kns8/defaultresult/_blank"基于加速度傳感器的人體運(yùn)動監(jiān)測研究[J].蘇州大學(xué).2019-10-01[7]高香玉.\t"/kns8/defaultresult/_blank"基于可穿戴設(shè)備的人體行為監(jiān)測方法研究[J].中國礦業(yè)大學(xué).2019-04-01[8]\t"/kns8/defaultresult/knet"胡成.\t"/kns8/defaultresult/_blank"基于Android系統(tǒng)的低功耗藍(lán)牙技術(shù)[J].\t"/kns8/defaultresult/_blank"電子技術(shù)與軟件工程.2018-08-24[9]鄧偉強(qiáng),劉忠湃,王金喜.\t"/kns8/defaultresult/_blank"一種低成本的多功能防跌倒裝置[J].考試周刊.2018-06-01[10]張錦博,張不已.\t"/kns8/defaultresult/_blank"基于單片機(jī)和ADXL345的數(shù)據(jù)采集與軟件實現(xiàn)[J].中國高新區(qū).2017-08