梁偉鄯++王健+魏千

【摘 要】文章主要介紹了基于STM32單片機(jī)的智能手環(huán)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。此智能手環(huán)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的主要功能包括測(cè)心率、GPS定位、顯屏心電圖和計(jì)步等。

【關(guān)鍵詞】STM32單片機(jī) 智能手環(huán) 設(shè)計(jì)

一、智能手環(huán)的框架總體設(shè)計(jì)

框架總體設(shè)計(jì)如圖1所示，以MCU STM32為智能手環(huán)的硬件設(shè)計(jì)及軟件開發(fā)為中心。智能手環(huán)主要通過(guò)STM32控制GPS模塊實(shí)現(xiàn)定位功能，控制心率脈搏傳感器實(shí)現(xiàn)測(cè)心率功能，控制三軸加速傳感器實(shí)現(xiàn)計(jì)步功能。定位數(shù)據(jù)、心率數(shù)據(jù)及計(jì)步數(shù)據(jù)均通過(guò)顯示屏顯示。電源模塊為鋰電池，給智能手環(huán)的各個(gè)模塊供電。

二、硬件系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)

（一）STM32F103C8T6 MCU介紹

STM32F103C8T6 MCU為使用高性能的ARM，32位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72MHz，內(nèi)置高速存儲(chǔ)器（高達(dá)128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的SRAM），增強(qiáng)了I/O端口和連接到兩條APB總線的外設(shè)。且包含2個(gè)12位的ADC，3個(gè)通用16位定時(shí)器和1個(gè)PWM定時(shí)器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口：多達(dá)2個(gè)I2C接口和SPI接口，3個(gè)USART接口，1個(gè)USB接口和1個(gè)CAN接口。STM32F103C8T6MCU具有省電模式，保證了低功耗應(yīng)用的要求。

（二）測(cè)心率模塊

如圖2所示，PulseSensor是一款用于脈搏心率測(cè)量的光電反射式模擬傳感器。將其佩戴于手指、耳垂等處，可通過(guò)導(dǎo)線連接將采集到的模擬信號(hào)傳輸給STM32單片機(jī)用來(lái)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)STM32單片機(jī)簡(jiǎn)單計(jì)算后就可以得到心率數(shù)值。此外，還可將脈搏波形通過(guò)串口上傳到電腦顯示波形。

（三）GPS模塊

如圖3所示為GPS模塊原理圖。此模塊體積小巧，性能優(yōu)異，可增加放大電路，有利于無(wú)緣陶瓷天線快速搜星?？赏ㄟ^(guò)串口進(jìn)行各種參數(shù)設(shè)置，并進(jìn)行保存，使用方便。而且，此模塊自帶SMA接口，可以連接各種有源天線，適應(yīng)能力強(qiáng)。此GPS模塊兼容3.3V/5V電平，方便連接STM32單片機(jī)，自帶可充電后備電池。

（四）計(jì)步器模塊

ADXL362是一款超低功耗、3軸MEMS的加速度計(jì)，輸出數(shù)據(jù)頻率為100Hz時(shí)功耗低于2μA，在運(yùn)動(dòng)觸發(fā)喚醒模式下功耗為270nA。ADXL362沒有通過(guò)欠采樣混疊輸入信號(hào)，與使用周期采樣來(lái)實(shí)現(xiàn)低功耗的加速度計(jì)不同，它采用的是全數(shù)據(jù)速率對(duì)傳感器的整個(gè)帶寬進(jìn)行采樣。此計(jì)步器模塊可通過(guò)算法計(jì)算三軸加速度傳感器的角度，再通過(guò)角度對(duì)所走步數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

（五）串行液晶顯示屏

ILI9163是用于單芯片的SoC驅(qū)動(dòng)132x162分辨率的TFT液晶顯示器，包括396路源驅(qū)動(dòng)器，一個(gè)162通道柵極驅(qū)動(dòng)器。所述ILI9163支持18/16/9/8位數(shù)據(jù)總線接口和串行外設(shè)接口（SPI）。移動(dòng)圖片區(qū)域可以通過(guò)窗口地址功能的內(nèi)部GRAM指定。指定的窗口區(qū)域可以是選擇性更新，使運(yùn)動(dòng)圖像可以顯示獨(dú)立靜止圖像區(qū)域。ILI9163還支持一個(gè)函數(shù)顯示在8個(gè)顏色和睡眠模式下，允許精確功率控制。提供的軟件和特性使ILI9163是理想的液晶驅(qū)動(dòng)中型或小型便攜式產(chǎn)品，如數(shù)碼手機(jī)、智能手環(huán)、MP3等。

三、結(jié)論

由于此智能手環(huán)功能較多，需分多個(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。計(jì)步器模塊可通過(guò)算法對(duì)三軸加速器進(jìn)行角度計(jì)算，再通過(guò)角度計(jì)算出所走的步數(shù)；測(cè)心率模塊主要通過(guò)指尖接觸手表底部進(jìn)行心率測(cè)量；GPS模塊對(duì)智能手表進(jìn)行定位；振動(dòng)電機(jī)用于設(shè)計(jì)鬧鐘。最后，所測(cè)心率數(shù)、步數(shù)、定位數(shù)據(jù)等都通過(guò)顯示屏輸出。

此智能手表適用于各類人群，它的功能性較強(qiáng)。又由于其工作范圍是建立在STM32單片機(jī)的基礎(chǔ)上，使得此款智能手環(huán)相對(duì)經(jīng)濟(jì)適用。此智能手環(huán)以STM32為硬件設(shè)計(jì)及軟件開發(fā)為中心，不僅使高速轉(zhuǎn)換及計(jì)步、定位、測(cè)心率等多種功能得到了實(shí)現(xiàn)，而且其省電模式保證了低功耗應(yīng)用的要求，較大限度地發(fā)揮了STM32單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)。