【《基于STM32单片机的智能手环设计》7300字】

基于STM32单片机的智能手环设计【摘要】本设计主要以STM32F103C8T6核心板作为控制芯片，辅以计步传感器、心率采集传感器、温度采集传感器、键盘模块、显示传感器和蓝牙传感器来满足设计所需要的要求。根据ADXL345三轴加速度传感器检测出的数据，可以了解使用者目前的状态，统计出走路步数，以及是否发生摔跤；根据心率采集传感器采集到的数据实时监测心率；根据温度采集传感器采集到的数据实时监测温度；通过显示模块可以显示步数、实时心率以及温度值。本设计主要的适用人群为独自住在家里的老年人佩戴，佩戴此手环的使用者将会被实时监控身体的各项数据。如果发生使用者摔倒的情况，手环首先会发出警报声，随即将警报信息发送至手机APP端，以用来提醒紧急联系人手环的使用者发生了意外情况。关键词：STM32，心率，计步目录TOC\o"1-2"\h\u引言 1一、系统整体设计 页温度采集程序流程图首先产生固定频率的脉冲信号发送给DS18B20传感器，传感器开始对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数并响应，如未响应则持续发送脉冲信号，直至响应为止。接着单片机向DS18B20传感器发送0X55的指令，等待DS18B20传感器的响应，响应成功后发送温度转换的指令。最后当传感器接收到温度转换命令后，开始启动转换。温度采集程序流程图如图23所示。心率采集程序流程图首先初始化A/D传感器，并配置一个2ms中断的定时器。接着每2ms定时器中断一次，便读取一次A/D转换的值，将转换的值发送至单片机。最后通过心率算法计算得出心率值，通过显示模块显示出来，详细代码见附录（三）源程序，心率采集程序流程图如图24所示。蓝牙通信程序流程图首先进行单片机串口的初始化操作，配置串口中断打开并设置波特率为9600bps。接着配置一个5s的定时器，每5s将传感器采集到的数据发送给蓝牙模块，随即发送至APP。蓝牙通讯程序流程图如下图25所示。系统调试硬件电路焊接硬件电路部分即焊接部分是最容易出错的部分，在焊接过程中，十分容易出现排线、虚焊漏焊、接错线的问题。所以我们应在焊接前，预先想好大致零件的布局和排线情况。在焊接完成后，用万用表逐步检查通路以及虚焊问题，防止电路出现短路情况损毁传感器。背板焊接完成效果图如下图26所示：图26背板焊接完成效果图软件调试软件调试使用了Keil5MDK软件，首先将部分程序放入软件编译，找出问题进行修改调试，直至程序可以成功运行。接着再添加其他部分程序一块编译，找出问题修改调试，重复操作，直至全部程序都可以在设计中完美运行，并完成本设计中的全部要求。实物测试在完成上述硬件调试和软件调试后，便需要进行实物测试。最终焊接完成图样如图27所示。图27焊接完成图本设计开机后，显示屏上首先会出现四个字为“欢迎使用”，随即便显示心率、步数和温度的主页面。开机页面（左）和主页面（右）如图28所示。当显示在主界面时，会实时更新传感器采集到的数据。如图28所示，主页面第一行为心率，图上显示为“r/min”，意为当前未采集到心率值；第二行为步数，图上显示为“0”，意为当前未进行计步行为；第三行为体温，图上显示为“18.0”，意为当前采集到的温度为18℃。图28开机页面和主界面当按下切换键K1时，显示屏将切换到时间显示界面，由于显示屏无法一次性显示太多内容，则进行分屏显示。时间显示页面如图19所示，主要显示内容为日期和时间，页面第一行居中显示两个字为“设置”，可以和主页面进行区分；第二行为日期，图上显示为2022-03-07，意为当前日期为2022年3月7日；第三行为时间，图上显示为00:55:00，意为当前时间为0点55分0秒。图29时间显示界面图需要校准日期和时间时，先按下设置键K2，进入调整页面，如图30所示。页面和图29的时间显示界面相似，页面第一行居中显示两个字为“设置”，第二行为日期，图上显示为>2023-03-07,意为当前调整年份，并将年份设置为2023。“>”符号所指向内容为当前正在调整的内容，通过“+”键K3和“－”键K4进行数字加减的调整。再次按下社自建K2，自动前进到下一个内容，进行设置。全部设置完成后，按下设置键K2，将自动保存设置好的内容，并返回主界面。图30调整界面本设计中另外设计了手机的APP软件——蓝牙助手，将手机的蓝牙打开，搜索蓝牙信号，如图31（左）所示，本设计的蓝牙名称为“BT04-A”，搜索到该蓝牙后进行连接，密码为1234，随即进入终端界面，如图31（右）所示。界面上显示有Step、H和T三个数据，Step为步数，H为心率，T为温度，如图最后一行所示，Step:5H:80T:19.3,意为步数为5步，心率为80r/min，温度为19.3℃。单片机会每4s将采集到的数据通过蓝牙模块传输至APP上显示。图31蓝牙连接（左）和终端界面（右）当本设计如图32所示持续向左或向右倾斜（即假设摔倒的情况）超过10s，蜂鸣器发出持续警报，并如图33所示向手机APP发送Falldown的警报信息，Falldown意为发生了摔倒现象。图32持续向左或向右倾斜图33发送警报信息通过实验功能的验证，证明在穿戴本设计的情况可以达到实时监测使用者身体数据的功能，将监测到的步数、心率和温度实时传送之手机APP上，如发生使用者摔倒情况，APP上也会收到摔倒警报提示，实现远程监控的功能。总结在焊接本设计的时候，我遇上了很多困难。比如一开始板子背后的排线，就让我很是伤脑筋，要在不干扰所有元器件的情况下，线路不互扰真的很困难。在一步一步理清各自元器件的排线后，我慢慢的将所有元器件都安装了上去。当然这仅仅才完成了第一步，初步焊接完成后，我首先用万用表将所有的焊点和线路一一检测，发现蜂鸣器不工作。最初的时候我以为是所使用的的蜂鸣器是坏的，正准备更换一个新的蜂鸣器时，发现蜂鸣器的焊点有些虚焊，随即我把虚焊问题解决之后，所有的元器件都能够正确工作了。在这次的毕业设计中，使我明白了自己要学习的东西还有很多，在人生的不同阶段，都应该坚持去学习，不管是在以后的工作中还是生活中，都需要努力提高自己的知识和综合素质，毕竟学习是一个长期积累的过程，当然我也在本次的毕业设计中也学到了很多知识，这些知识将会是一辈子的财富。本设计的创意在于可以远程监控使用者的使用情况，如若发生意外情况也可以及时收到消息提示，减少错过最佳救援时间的可能。通过传感器的实时数据采集，通过OLED显示屏将数据显示出来，并通过蓝牙将数据传送至手机APP上，发生意外情况时通过蜂鸣器发出警报及手机APP收到警报提示，实现了本设计从数据采集、设备控制、远程监控和警报提示的一体化解决方案。本设计还需要进一步研究和改善的是：1.可以搭载更多的传感器，比如可以增添含有定位功能的传感器，做到可以在手机APP上实时查看使用者当前的地理位置等。2.手机APP上收到的警报提示是否可以更加方便快捷，以取得最佳效果，这都是本设计之后可以思考的方向。4242参考文献[1]田静.\t"/kns8/defaultresult/_blank"基于STM32的老年智能手环的设计与实现[J].南京邮电大学.2021-11-22[2]陈研,杨茂云.\t"/kns8/defaultresult/_blank"基于可穿戴设备的健康监测管理平台设计[J].电脑编程技术与维护.2021-10-18[3]邰玉明,冯朝强.\t"/kns8/defaultresult/_blank"可穿戴设备在老年人群中监护功能的应用研究[J].\t"/kns8/defaultresult/_blank"赤峰学院学报(自然科学版).2021-09-25[4]陈杰,周家乐,张蕾.\t"/kns8/defaultresult/_blank"基于异常事件处理的智能手环设计[J].电子技术.2021-06-20[5]简烨,闫胜昝.\t"/kns8/defaultresult/_blank"老年人智能手环设计研究[J].工业设计.2020-02-20[6]孙成开.\t"/kns8/defaultresult/_blank"基于加速度传感器的人体运动监测研究[J].苏州大学.2019-10-01[7]高香玉.\t"/kns8/defaultresult/_blank"基于可穿戴设备的人体行为监测方法研究[J].中国矿业大学.2019-04-01[8]\t"/kns8/defaultresult/knet"胡成.\t"/kns8/defaultresult/_blank"基于Android系统的低功耗蓝牙技术[J].\t"/kns8/defaultresult/_blank"电子技术与软件工程.2018-08-24[9]邓伟强,刘忠湃,王金喜.\t"/kns8/defaultresult/_blank"一种低成本的多功能防跌倒装置[J].考试周刊.2018-06-01[10]张锦博,张不已.\t"/kns8/defaultresult/_blank"基于单片机和ADXL345的数据采集与软件实现[J].中国高新区.2017-08