基于STM32单片机智能头盔系统

目录摘要： 基于STM32单片机的智能头盔系统摘要：本文研究了基于STM32单片机的智能头盔系统，该系统集成了超声波传感器、光敏传感器、心率传感器以及温湿度传感器，实现一系列智能化功能。头盔通过超声波传感器检测周围障碍物，并在靠近时发出报警信号。同时，光敏传感器能够感知环境光线变化，当进入较暗环境时，自动开启头盔照明功能，确保用户的安全。此外，系统还通过心率传感器实时监测用户的心率数据，并通过温湿度传感器获取环境的温湿度信息。本系统在头盔上集成了WiFi模块，用户能够通过手机APP远程查看头盔所采集的各项数据。本文通过方案设计、电路原理图设计、软件代码设计以及实物制作。最终通过实物测试验证了该方案的有效性，证明了基于STM32单片机的智能头盔系统在实现安全预警、健康监测以及环境感知等方面具有良好的应用前景。关键词：STM32单片机；心率传感器；wifi数据传输；实物制作

SmartHelmetSystemBasedonSTM32MicrocontrollerAbstract：ThispaperpresentsasmarthelmetsystembasedonSTM32microcontroller,whichintegratesultrasonicsensor,photosensitivesensor,heartratesensor,andtemperatureandhumiditysensortoachieveaseriesofintelligentfunctions.Thehelmetdetectssurroundingobstaclesthroughultrasonicsensorandsendsoutanalarmwhenapproaching.Atthesametime,thephotosensitivesensorcansensethechangeofambientlight.Whenenteringadarkerenvironment,thehelmetlightingfunctionisautomaticallyturnedontoensuretheuser'ssafety.Inaddition,thesystemalsomonitorstheuser'sheartratedatainrealtimethroughtheheartratesensorandobtainsthetemperatureandhumidityinformationoftheenvironmentthroughthetemperatureandhumiditysensor.ThissystemintegratesaWiFimoduleonthehelmet,anduserscanremotelyviewthedatacollectedbythehelmetthroughthemobilephoneAPP.Thispapergoesthroughtheschemedesign,schematicdesign,softwarecodedesign,andphysicalproduction.Finally,theeffectivenessoftheschemeisverifiedthroughphysicaltesting,whichprovesthatthesmarthelmetsystembasedonSTM32microcontrollerhasgoodapplicationprospectsinsafetywarning,healthmonitoring,andenvironmentalperception.Keywords：STM32microcontroller;heartratesensor;wifidatatransmission;physicalproduction

1引言1.1选题背景及意义1.1.1选题背景随着现代交通工具的快速发展和城市化进程的不断加快，交通事故频发，对人们的生命安全构成严重威胁。头盔作为一种重要的个人防护装备，能够有效降低头部受伤的风险，但传统头盔存在诸多不足，如佩戴舒适度差、功能单一、安全性不足等。为解决这些问题，亟需开发一种智能头盔系统，该系统不仅能够提供良好的头部防护，还能够通过集成多种传感器和通信模块，实现对骑行者的生理状态、环境信息和紧急情况的实时监测和预警，从而提升骑行者的安全性和舒适度。STM32单片机以其高性能、低功耗、丰富的外设和良好的开发环境而著称，非常适合作为智能头盔系统的核心控制单元。基于STM32单片机，可以设计出功能强大、稳定可靠、易于扩展的智能头盔系统，满足骑行者的各种需求。因此，基于STM32单片机的智能头盔系统具有重要的研究价值和应用前景，可以有效提高骑行者的安全性和舒适度，为交通安全做出贡献。1.1.2选题意义随着物联网技术的快速发展和智能穿戴设备的普及，智能头盔作为一种新兴的穿戴式智能设备，其选题意义日益凸显。本文基于STM32单片机设计智能头盔系统，旨在通过集成多种传感器，实现安全预警、健康监测以及环境感知等多项功能，为用户提供更为便捷、智能的生活体验。在心率检测方面，智能头盔能够实时监测用户的心率数据，对于运动爱好者或心脏病患者等特定人群具有重要的健康监测意义。通过实时反馈心率信息，用户可以更好地掌握自身健康状况，及时调整运动强度或生活方式。超声波测距避警告功能则能够显著提升用户的安全性。在骑行、驾驶等户外活动中，智能头盔能够检测周围障碍物并发出报警信号，有效避免潜在的安全风险。温湿度检测功能则有助于用户了解当前环境的舒适度，从而调整穿着或采取其他措施来应对不适的环境条件。此外，自动灯光功能能够根据环境光线变化自动调节头盔照明亮度，为用户提供更加舒适的视觉体验，并在夜间或光线较暗的环境中提高行走安全性。综上所述，本文研究的基于STM32单片机的智能头盔系统选题意义重大，不仅有助于推动智能穿戴设备的发展，还能够为用户提供更加安全、健康、舒适的生活体验。1.2国内外研究现状1.2.1国内研究现状近年来，国内智能头盔的研究取得了长足的进步，提出了一种基于STM32单片机的智能骑行头盔系统[1]，集成了心率检测、超声波测距避障预警等功能，有效提升了骑行者的安全性。针对外卖骑手的特殊需求，设计了基于智能头盔的外卖骑手异常驾驶行为检测系统[2]，帮助外卖公司加强对骑手的管理。提出了一种便于外卖公司监管的骑手智能头盔设计[3]，为外卖骑手的安全和配送效率保驾护航。从骑行者的舒适性和便利性出发[4]，提出了基于STM32单片机的骑行者智能头盔系统设计，集成了温湿度调节、自动灯光控制等功能。探索了基于机器视觉的外卖员安全头盔[5]，通过对骑行数据的分析和监控，保障外卖骑手的安全。分析了智能骑行头盔的创新发展研究[6]，为智能头盔的未来发展提供了方向。文献[7]提出了一种智能语音头盔，通过语音交互等功能，为骑行者提供更加便捷的骑行体验。分析了大数据时代下智能头盔协同安全[8]的技术发展趋势，为智能头盔的未来应用指明了方向。针对即时配送场景，开展了智能骑行头盔设计研究[9]，满足了外卖骑手等即时配送人员的特殊需求。提出了一种基于Arduino的AR智能头盔[10]，拓展了智能头盔的应用范围。设计了一种光伏智能导盲头盔[11]，为盲人出行提供了新的可能。开展了多场景智能头盔监测系统[12]的设计研究，为智能头盔在不同场景下的应用提供了技术支持。1.2.2国外研究现状国外在智能头盔研究方面已取得显著进展。重点关注智能头盔在事故预防方面的应用[13-14]。这些研究通过集成传感器和算法，实现了事故的自动检测和预警，有效降低了骑行事故的发生率。例如，提出了一种带有传感器的智能头盔[13]，该头盔可以监测骑行者的生理状态和周围环境，并在发生潜在危险时及时预警。提出了一种新型智能头盔[15]的设计和制造方法，该头盔采用轻质材料和先进的制造技术，具有良好的防护性能和佩戴舒适性。设计并实现了基于物联网的智能头盔[16]，通过与智能手机连接，实现对骑行者生理状态和周围环境的远程监测和预警。探索了智能头盔在其他领域的应用[17]，如骑行者导航、手势控制和娱乐等。该研究提出了一种集成了多种功能的智能头盔设计，为骑行者提供了更加丰富的骑行体验。总体而言，国外智能头盔的研究取得了丰硕的成果，为智能头盔的未来发展奠定了坚实的基础。随着相关技术的发展和市场需求的不断增长，智能头盔有望在未来得到更广泛的应用，为骑行者的安全和舒适保驾护航。1.3研究目标本文研究目标是设计一款融合先进传感器技术的智能头盔系统，该系统以STM32单片机为核心，通过集成超声波传感器、光敏传感器、心率传感器以及温湿度传感器等多种传感器，实现一系列前沿的智能化功能，从而为用户提供全方位的安全与健康保障。具体而言，本文期望通过超声波传感器的应用，使系统能够实时检测并精准判断周围的障碍物，一旦障碍物靠近，系统便能迅速反应，发出清晰且响亮的报警信号，从而有效避免用户因未察觉障碍物而引发的意外事故，为用户提供坚实的安全防护。同时，本文利用光敏传感器的灵敏特性，使头盔具备环境光线自适应能力。当环境光线变暗时，头盔能够自动开启照明功能，为用户提供清晰的视线，确保在夜间或光线不足的情况下，用户仍能安全行走或驾驶。此外，本文还集成了心率传感器，实时监测用户的心率数据，通过持续的数据采集与分析，用户可以掌握自己的健康状况，及时调整运动强度或生活方式，有效预防潜在的健康风险。不仅如此，系统还通过温湿度传感器实时获取环境的温湿度信息，为用户提供环境感知功能。这一功能对于运动员、户外工作者等特定人群尤为重要，他们可以根据环境温湿度调整穿着或采取其他措施，以应对不适的环境条件，保障自身的舒适度与健康。最后，本文期望在头盔上集成WiFi模块，实现数据的远程传输与监控。用户只需通过手机APP，便能随时随地查看头盔所采集的各项数据，包括心率、温湿度以及障碍物检测情况等，从而实现对数据的实时管理与分析，为用户的生活带来极大的便利。综上所述，本论文的研究目标是通过基于STM32单片机的智能头盔系统设计，为用户带来安全预警、健康监测以及环境感知等智能化功能，提升用户的生活质量和安全性，为未来的智能穿戴设备发展贡献新的思路与技术支撑。1.4论文结构安排第一章将介绍研究的背景和意义，概述目前的研究现状，进一步重点描述本文研究目标。第二章将详细阐述系统的总体方案设计，包括功能需求、系统设计原则和整体系统框架。第三章将聚焦于系统的硬件电路设计，包括各个硬件模块和元器件的选择以及电路连接设计。第四章将详细介绍系统的软件代码设计，包括系统运行逻辑图、安卓APP设计等。第五章将重点进行系统的功能测试，验证所研究的内容是否实现，以及系统的可靠性和稳定性。第六章将对本研究进行总结，并展望未来可能的研究方向和改进空间。

2系统总体方案设计2.1研究内容要实现本文的研究目标，需要深入研究以下内容：首先，在硬件设计方面，核心在于STM32单片机的选型和与各传感器的集成。我们需要选择性能稳定、功耗低的STM32单片机型号，以满足智能头盔系统的数据处理和实时响应需求。接着，超声波传感器、光敏传感器、心率传感器以及温湿度传感器等关键部件的选型与集成也是关键步骤。这些传感器需要精确、稳定地工作，以提供准确的环境和生理数据。同时，我们还需要考虑头盔的佩戴舒适性和安全性，确保传感器布局合理，不会对用户造成不适或安全隐患。其次，在软件设计方面，我们需要开发高效的数据处理算法，以从传感器数据中提取出有用的信息。例如，对于超声波传感器，我们需要设计算法来准确计算障碍物的距离；对于心率传感器，我们需要实现心率的实时检测与异常报警等功能。此外，我们还需要构建一个稳定的实时监控系统，将传感器数据实时传输到处理单元，并进行相应的处理和分析。同时，为了方便用户远程查看和管理数据，我们还需要开发一款配套的手机APP，实现数据的远程传输与显示。最后，在系统测试与优化方面，我们需要对智能头盔系统进行全面的测试，包括功能测试、性能测试和稳定性测试等。通过测试，我们可以发现系统存在的问题和不足，并进行相应的优化和调整。例如，我们可以优化数据处理算法，提高系统的响应速度和准确性；我们还可以调整传感器的灵敏度和阈值，以适应不同的环境和用户需求。2.2系统方案设计基于以上研究目标与研究内容，本系统的设计方案首先是基于功能需求选择各个适合的硬件模块。其中，设备需要具备接入网络的WIFI模块，用于连接网络并与手机app进行数据通信；其次是利用温湿度传感器以检测环境温湿度；利用心率传感器实时检测用户心率情况；利用光敏传感器实时检测环境亮度，针对亮度低的环境自动开启照明，以上检测数据将通过显示屏进行显示，以及发送至远程手机APP上。最后，设计硬件电路原理图、软件代码和实物制作。2.3系统整体框架设计基于上述所提方案设计，设计如下图1所示的系统总体设计框图。图1系统总体设计框图由图1得知，用户手机app与设备之间通过云平台进行数据传递，其中设备利用ESP8266wifi模块实现接入网络。设备通过温湿度传感器来实现温湿度的检测，通过心率传感器来检测用户心率；通过光敏传感器进行环境亮度检测并通过LED灯来实现照明；通过蜂鸣器进行报警，同时通过超声波传感器实现障碍物检测。最后系统OLED显示屏实时显示温湿度、心率、亮度等数据。

3硬件选择及外围电路设计3.1控制器单片机选择与电路设计单片机（Microcontroller）是一种集成了处理器、存储器、输入/输出和各种外围设备的微型计算机系统。它通常用于嵌入在各种电子设备中，具有小巧、低功耗、运算速度快、可靠性高等特点。同时，使用单片机进行控制和处理可以大大提高电子设备的智能化和自动化程度。在众多单片机系列中，STMicroelectronics的STM32F103C8T6被广泛应用，特别是在嵌入式开发领域[14]。它拥有32位ARMCortex-M3处理器，128KB闪存和20KBSRAM，以及多种外围设备接口，如USB、CAN、SPI、I2C等。STM32F103C8T6还支持多种编程语言和开发环境，如C、C++、Keil和Arduino等。相比于其他单片机，STM32F103C8T6具有以下优势[14]：1.更强的处理能力和稳定性，可用于复杂应用场景。2.较大的存储空间，支持多种存储器接口，如SPI、I2C、SDIO等。3.多种通信接口和模拟/数字转换器，可应用于各种传感器数据采集和通信方案。4.广泛的软件支持和社区资源，可快速上手开发。综上，STM32F103C8T6是一款功能强大、性能稳定的单片机，可满足各种嵌入式开发需求。因此，本文选择STM32F103C8T6作为核心控制器，来制作温度检测系统。STM32f103C8T6模块及原理图如下图2所示：图2STM32f103C8T6模块及原理图3.2各传感器的选择及其电路设计3.2.1温湿度传感器模块DHT11温湿度传感器是一种常用的数字温湿度传感器，广泛应用于各种温湿度监测和控制系统中。它采用数字信号输出，具有简单、易用、成本低廉等特点。由一个温度传感器和一个湿度传感器组成，内部集成了一个高精度的温度和湿度测量芯片。它能够通过一个单一的信号线与微控制器或其他设备进行通信，并传输温度和湿度数据。DHT11温湿度传感器的工作原理是通过传感器内部的感湿材料和热敏电阻，测量周围环境的温度和湿度。当温度或湿度发生变化时，传感器会输出相应的数字信号。使用者可以通过读取信号线上的数字信号，来获取当前的温度和湿度数值。DHT11温湿度传感器及其电路连接原理图如下图3所示。图3温湿度传感器及其电路连接原理图3.2.2心率传感器模块MAX30102传感器是一款集成了PPG和SpO2传感器的生物传感器，可以测量心率和血氧饱和度。它采用PPG技术测量心率，具有高精度和运动工件抑制功能。MAX30102传感器广泛应用于可穿戴设备和医疗设备中，为心率监测提供准确可靠的数据。MAX30102传感器及其电路连接原理图如下图4所示。图4MAX30102传感器及其电路连接原理图3.2.3光敏传感器模块光敏传感器是一种能够对外界光信号或光辐射作出响应或转换的敏感装置，其工作原理基于光照射后材料中载流子的产生和移动。当光线照射到光敏传感器时，光子与材料内部的原子发生相互作用，激发出电子并使其从价带跃迁到导带，进而产生电流。光敏传感器的敏感波长主要集中在可见光附近，包括红外线和紫外线波长。光敏传感器及其电路连接原理图如下图5所示。图5光敏传感器及其电路连接原理图3.2.4超声波传感器HC-SR04超声波模块是一种常用的超声波传感器模块，也被称为超声波测距模块，广泛应用于各种自动化控制和测距系统中。它主要由超声波发射器、接收器、控制电路和外壳组成，可以实现非接触式的距离测量。在工作原理上，HC-SR04超声波模块通过发送超声波脉冲并接收其回波来计算目标与传感器之间的距离。具体来说，传感器首先发出一个40kHz的脉冲信号，这个信号通过传输介质（通常为空气）传播出去。当超声波信号遇到障碍物时，它会被反射回来，传感器接收到这个反射信号后，根据反射信号的时差（即超声波发出后到达障碍物，再反射回传感器的时间），就可以计算出障碍物与传感器的距离。超声波模块及其电路连接原理图如下图6所示。图6超声波模块及其电路连接原理图3.3各执行器的选择及其电路设计3.3.1蜂鸣器蜂鸣器是一种声音发生器，本文选择工作电压为3.3V的蜂鸣器。当给予电压后，内部振膜会震动产生声音。通过改变输入的电压信号，可以控制蜂鸣器发出不同频率和音调的声音。适当的电压变化可以产生连续的嗡嗡声或者间歇的蜂鸣声。这种蜂鸣器广泛用于电子设备中的音频提示和警报功能。蜂鸣器及其电路原理图如下图7所示。图7蜂鸣器及其电路连接原理图3.3.2显示屏选择OLED0.96寸IIC显示屏作为系统设备显示器，这是一种基于OLED技术的小尺寸显示屏，具有0.96英寸的对角线尺寸。它采用IIC通信协议，能够通过简单的接口与微控制器进行通信。这种显示屏具有高对比度、快速的像素响应时间和低功耗等特点。由于其高分辨率和自发光特性，OLED显示屏在小型设备和嵌入式系统中得到广泛应用。OLED显示屏及其电路原理图设计如下图8所示：图8OLED显示屏及其电路连接原理图在这里接单介绍一下IIC通讯的相关知识，IIC（Inter-IntegratedCircuit）其实是IICBus简称，所以中文应该叫集成电路总线，它是一种串行通信总线，使用多主从架构，由飞利浦公司在1980年代为了让主板、嵌入式系统或手机用以连接低速周边设备而发展。3.4系统总电路图设计基于上述硬件模块选择及其电路连接设计，最终得到如下图9所示的系统电路原理图。图9系统电路原理图

4系统软件设计4.1程序编辑软件本文使用了STM32f103c8t6控制器以及ESP8266WIFI模块，二者均分别需要进行程序代码设计，在本文中，STM32f103c8t6基于Keil5进行代码设计，ESP8266WIFI模块基于ArduinoIDE软件进行代码设计的，接下来分别对代码设计软件进行介绍。4.1.1Keil5简介本文使用Keil5进行代码设计，Keil5是一款流行的嵌入式C语言开发工具，它基于Windows版本的编译器，并具有完整的集成开发环境和调试系统。Keil5集成了一系列工具，例如编译器、汇编器和链接器，以及一个强大的调试器，它可以让开发者在开发过程中更加高效快捷地进行代码测试和调试。同时，Keil5还支持大量的微处理器和微控制器的芯片编程和调试，其中包括ST公司的STM32系列芯片。Keil5可以非常方便地对C语言程序进行编辑、编译、调试和烧录下载，开发者只需要将自己的C代码保存在Keil5中，然后编译并链接生成BIN或HEX文件，最后通过烧录工具下载到目标STM32芯片中即可。此外，Keil5还提供了许多实用的代码库和模板，可以帮助开发者更快地开发出高质量的嵌入式C语言代码。总之，Keil5是一款强大、高效、易用的嵌入式C语言开发工具，可以极大地提高嵌入式系统开发的效率和可靠性，如下图10所示：图10基于Keil5的STM32代码编辑界面4.1.2ArduinoIDE简介ArduinoIDE（IntegratedDevelopmentEnvironment）是一个用于开发Arduino平台下应用程序的跨平台软件开发环境，其提供了简单易用的代码编写、上传和调试工具。ArduinoIDE提供了许多常用的库，例如串口通信、模拟输入输出、脉冲宽度调制、定时器等。这些库可以大大简化程序的编写，使得开发者能够更快速地实现功能。ArduinoIDE的调试工具也十分便利。用户可以通过串口监视器查看程序输出，通过逐行调试功能进行代码调试，同时，IDE还提供了一个虚拟示波器，帮助用户更好地了解程序的运行情况。ESP8266可通过使用的IDE代码编译软件为Arduino,之所以选择这款编译软件是因为其内部含有部分代码库，非常便利于代码设计者，无需进行过多的代码编写即可实现相应功能。Arduino开发界面如下图11所示：图11Arduino开发ESP8266代码界面由上图11所示为新建工程代码，含有两个函数：voidsetup()和voidloop()。其中voidsetup()作为初始化函数，这里需要将嵌入式单片机的相应引脚进行模式、输入输出功能的启用声明等；voidloop()函数为主循环函数，所有需要实时处理的工作都需要放在这里进行执行，因此代码设计时需要将实时监测的代码编写于此。另外，本IDE代码编译软件适用于合作嵌入式单片机的代码开发，在对ESP8266的代码开发工程中，需要选择对应的控制板，IDE才可以匹配相应的库文件提供选择并使用。若选错控制板，编译将不会通过更无法将代码烧录至控制板中。接下来将进一步较为详细的介绍本文在系统设计中程序代码部分的设计情况。4.2系统整体代码流程设计系统整体代码流程如下图12所示，系统首先进行初始化，接着连接云平台，若未成功则重复连接；若成功则进行温湿度、心率、亮度等数据采集，若心率过高或者超声波测距得到距离障碍物近，系统将自动开启报警提示，反之关闭报警。当环境亮度过低，系统将自动开启照明灯光。进入下一步，将监测数据通过网络发送至云平台，再由云平台将数据转发至用户手机APP端，以便用户远程查看数据。图12系统整体代码流程图4.3各传感器模块代码设计4.3.1ESP8266连接云平台代码设计设被接入点灯科技云服务器有官方给的模板代码，并给予该模版进行个性化需求设计，具体代码设计如下：Blinker.begin(auth,ssid,pswd);Blinker.setTimezone(8.0);Blinker.run();;上述代码使用Blinker.begin(auth,ssid,pswd)函数，传入认证码（auth）、Wi-Fi名称（ssid）和密码（pswd）参数来初始化与Blinker服务器的连接。这将设备与Blinker平台进行绑定和连接。使用Blinker.setTimezone(8.0)函数设置设备的时区为东八区（北京时间），以确保设备与服务器的时间同步。最后，调用Blinker.run()函数启动Blinker的运行时，使设备能够与Blinker平台进行数据交换和通信。4.3.2心率传感器代码设计设计读取心率传感器数据读取代码如下：MAX30102_get(&HR,&SPO2);//获取温度数据上述函数MAX30102_get(&HR,&SPO2)用来从MAX30102模块中读取心率（HR）和血氧饱和度（SPO2）。这个函数在MAX30102.c文件中定义，包含了与MAX30102模块通信的复杂逻辑。由于代码量较大，由于该函数过大，不在这进行展示，具体步骤描述如下：（1）初始化：首先，函数会进行必要的初始化步骤，包括配置I2C或SPI接口（取决于STM32与MAX30102之间的通信方式），以及设置MAX30102的工作模式和参数。（2）数据读取：初始化完成后，函数会发送命令到MAX30102以读取原始数据。这通常涉及发送特定的寄存器地址，并接收对应的数据。（3）数据处理：读取到的原始数据需要被转换成有意义的心率和血氧饱和度值。这通常涉及滤波、算法处理和校准步骤，以确保读数的准确性。（4）结果返回：处理后的心率和血氧饱和度值通过函数参数返回给调用者。4.3.3温湿度传感器代码设计STM32的DHT11温湿度读取代码是基于STM32微控制器与DHT11温湿度传感器的通信协议来实现的。DHT11是一个常用的数字温湿度传感器，通过单总线与微控制器进行通信，具体读取温湿度感器数据信号代码设计如下：DHT11_Read_Data(&Tempture_value,&Humi_value);//读取温湿读数据u8DHT11_Read_Data(u8*temp,u8*humi){u8buf[5];//定义一个长度为5的数组，用于存储从DHT11读取的原始数据u8i;//循环计数器DHT11_Rst();//检查DHT11传感器是否响应if(DHT11_Check()==0){for(i=0;i<5;i++)//读取40位数据{buf[i]=DHT11_Read_Byte();//调用函数读取一个字节的数据}//校验读取的数据是否正确if((buf[0]+buf[1]+buf[2]+buf[3])==buf[4]){//校验正确，将湿度值存储在humi指针指向的位置*humi=buf[0];//将温度值（注意：这里假设buf[2]是温度值，具体取决于DHT11的数据格式）存储在temp指针指向的位置*temp=buf[2];}}else{return1;//如果DHT11没有响应，则返回1表示读取失败}return0; //如果一切正常，返回0表示读取成功}；4.3.4光敏传感器代码设计使用的光敏传感器模块更具环境亮度输出模拟信号，因此采用PA0引脚进行模拟信号采集，再讲模拟信号转化为亮度数据，具体代码实现如下：Adc_Init();//ADC读取数据初始化Light_value=100-ADC_ConvertedValue[0]/40.96;//设置模拟输入引脚为A0，亮度STM32通过初始化ADC模块读取PA0引脚上的光敏传感器数据。ADC原始数据经过缩放因子处理后，转换为实际的亮度值Light_value。4.3.5超声波传感器代码设计设计超声波传感器代码如下：voidchaoshengbo_GetDate(void){//拉高信号，作为触发信号PBout(0)=1;//发送触发信号到超声波传感器delay_us(20);//高电平信号持续时间超过10usPBout(0)=0;//结束触发信号while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_1)==RESET);//等待超声波传感器的回声信号//响应信号到来，启动定时器计数TIM_Cmd(TIM1,ENABLE);//开启TIM1定时器//检查响应信号是否丢失，并且定时器计数未超过预设值while((GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_1)==SET)&&(TIM1->CNT<TIM1->ARR-10));//关闭定时器TIM_Cmd(TIM1,DISABLE);//关闭TIM1定时器//通过响应信号计算距离distance=TIM1->CNT/0.58;//计算距离，这里假设每计数单位对应0.58cm//清零TIM1计数器的值TIM1->CNT=0;//清除TIM1计数器的计数};首先发送一个触发信号给超声波传感器，然后等待传感器的回声信号，通过定时器计算回声信号的时间来推算距离。之后，根据计算出的距离值来判断是否报警。4.4各执行模块代码设计4.4.1蜂鸣器报警代码设计本文使用的蜂鸣器驱动电压为3.3V，控制器输出信号高电平正好为3.3V，因此不需要额外的驱动模块即可让蜂鸣器正常工作，具体开启和关闭蜂鸣器代码如下，根据计算出的距离distance和心率HR来触发或关闭一个报警功能。//根据计算出的距离进行判断if(distance>1||HR>120){//判断距离，如果距离在1cm到15cm之间或这心率大于120，则报警if((distance<=15&&distance>1)||HR>120){BEEF=1;//蜂蜜器报警}else{BEEF=0;//否则关闭报警}};4.4.2LED灯代码设计本文使用的LED发光二极管只需要输出3.3V高电平就可以点亮，具体代码设计如下。代码首先判断变量Light_value的值是否小于60。Light_value代表从光敏传感器读取的亮度值，当亮度低于60后将自动打开灯光，否则将自动熄灭灯光。if(Light_value<60) {LED1=1; } else{LED1=0;}4.4.3OLED显示屏代码设计本文使用OLED屏幕是四引脚IIC协议驱动显示的屏幕，该显示屏通过ESP8266来驱动显示，利用#include<U8g2lib.h>库来进行驱动显示，具体实现如下：voidOLED_show1(){u8g2.clearBuffer();u8g2.firstPage();do{u8g2.drawFrame(107,1,18,11);u8g2.drawFrame(125,3,2,7);u8g2.drawTriangle(109,3,116,10,116,6);u8g2.drawTriangle(116,3,122,10,116,7);////WIFI图标u8g2.drawXBM(0,0,13,11,bitmap1);u8g2.setFont(u8g2_font_wqy14_t_gb2312);u8g2.setCursor(0,29);u8g2.print(String("温度:")+String(int(Tempture_value)));u8g2.setCursor(70,29);u8g2.print(String("湿度:")+String(int(Humi_value)));u8g2.setCursor(0,47);u8g2.print(String("亮度:")+String(int(light_value)));u8g2.setCursor(70,47);u8g2.print(String("心跳:")+String(int(HR_value)));u8g2.setCursor(0,62);u8g2.print(String(Blinker.year())+String("-")+String(Blinker.month())+String("-")+String(Blinker.mday()));u8g2.setCursor(70,62);u8g2.print(String(Blinker.hour())+String(":")+String(Blinker.minute())+String(":")+String(Blinker.second()));}while(u8g2.nextPage());}这段代码实现了在OLED显示器上显示日期、时间、温度、湿度、亮度、心跳等信息，并绘制了电量和WIFI图标。通过设置字体、光标位置和打印相关信息，实现了在OLED显示器上的信息展示。4.5手机APP软件设计基于点灯科技云平台，设计手机物联网上位机APP，设计过程与阿里云、百度云上的APP设计过程极为类似，通过相应功能的拖拽即可完成，由于图竖向排版会占用很大空间，因此横向排放如下图13所示为app设计初始阶段，可通过最下方的功能模块进行拖拽，同时将模块对应上ESP8266中所设计的参数接口，即可方便获取点灯科技云端的数据，该数据由ESP8266通过远程网络上传至点灯科技云端的。图13app设计初始阶段APP的设计最终如下图14所示，首先在用户界面端查看温湿度，心率和亮度等数据，对于有提示数据是否正常，接着在下方绘制相应数据的历史数据曲线。图14app设计完成

5系统功能测试5.1实物制作完成上电启动测试基于上述模块及硬件元器件，根据原理图进行相关线路焊接，得到如下图15所示的实物系统，右图中可知，系统包括有ESP8266、蜂鸣器、超声波模块、OLED显示屏、心率传感器、光敏传感器、LED灯等。系统上电后，显示屏正常显示，说明实物焊接无误，接下来将对系统各功能进行实验测试。图15实物未上电（左图），上电效果（右图）5.2温湿度、亮度、心跳采集功能测试系统设备上电启动并连接上网络后，按照代码设计逻辑，系统将自动检测环境温湿度和亮度，并将检测到的数据显示在OLED显示屏上和手机APP上，通过实验测试得到如下图16所示的效果。图16黑暗环境（左）较亮环境（右）效果上述实验可以得知，系统可以检测得到环境温湿度和环境亮度数，验证了数据监测及显示成功。5.3自动开关照明功能测试利用超声波测距，将靠近障碍物时进行报警提示用户注意安全，实验进行距离障碍物较远和较近进行实验测试，得到如下测试结果。可知在手机闪光灯照射下到环境亮度在96%左右，系统自动关闭灯光，当亮度在61%左右时，系统自动开灯如右图所示，同时手机端提示亮度偏低并开启灯光，如下图17所示：图17红自动开关照明功能测试5.4心跳报警功能测试为了测试心跳报警功能，将阈值设置为100次/分钟，高于阈值将提示心跳偏高，同时开启蜂鸣器提示报警，得到如下测试结果。其中左图得到当心跳在117次/分钟时开启报警，手机端也提示心跳偏高。右图中心跳在90左右时系统提示正常，如下图18所示。验证了心跳检测并报警提示的可行性。图18心跳报警功能测试6总结与展望6.1总结随着科技的飞速发展，智能化设备在人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。智能头盔作为一种新型可穿戴设备，具有广阔的应用前景。本文基于STM32微控制器设计了一款智能头盔系统，通过系统方案设计、电路设计、软件代码设计以及硬件实物制作与测试等多个环节，验证了系统的可行性。在系统方案设计阶段，我们首先对智能头盔的功能需求进行了深入的分析，确定了系统的基本架构和模块组成。通过合理的模块划分和接口设计，确保了系统的稳定性和可扩展性。同时，我们还考虑了系统的功耗、成本以及用户体验等因素，力求在满足功能需求的同时，实现系统的优化。在电路设计环节，我们根据系统方案的要求，选用了适合的STM32微控制器，并设计了相应的外围电路。通过精心设计的电源电路、信号采集电路、通信电路等，保证了系统的稳定运行和数据的准确传输。此外，我们还注重电路的可靠性和抗干扰性，采用了多种保护措施，提高了系统的稳定性。软件代码设计是智能头盔系统的核心部分。我们根据系统的功能需求，编写了相应的控制程序。通过合理的程序结构和算法设计，实现了对传感器数据的采集、处理和分析，以及对执行机构的控制。同时，我们还考虑了软件的可维护性和可移植性，采用了模块化的编程方式，提高了代码的复用性和可读性。在硬件实物制作与测试阶段，我们按照电路设计和软件代码设计的要求，制作了智能头盔的硬件实物。通过对实物的测试和分析，我们发现系统能够准确地采集和处理传感器数据，实现了预期的功能。同时，我们还对系统的性能进行了评估和优化，提高了系统的响应速度和稳定性。通过本次基于STM32的智能头盔系统设计，我们成功地验证了系统的可行性。该系统不仅具有较高的实用性和可靠性，还具有广阔的应用前景。6.2展望展望未来，随着物联网、人工智能等技术的深入发展，智能头盔将会融入更多创新元素，实现更加智能化的功能。首先，在交互方式上，智能头盔有望支持更加自然的语音控制和手势识别，让用户无需额外操作即可轻松掌控。其次，在应用领域上，智能头盔将进一步拓展至工业、医疗