梁偉鄯++王健+魏千

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

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

一、智能手環(huán)的框架總體設(shè)計

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

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)置高速存儲器（高達128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的SRAM），增強了I/O端口和連接到兩條APB總線的外設(shè)。且包含2個12位的ADC，3個通用16位定時器和1個PWM定時器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進的通信接口：多達2個I2C接口和SPI接口，3個USART接口，1個USB接口和1個CAN接口。STM32F103C8T6MCU具有省電模式，保證了低功耗應(yīng)用的要求。

（二）測心率模塊

如圖2所示，PulseSensor是一款用于脈搏心率測量的光電反射式模擬傳感器。將其佩戴于手指、耳垂等處，可通過導(dǎo)線連接將采集到的模擬信號傳輸給STM32單片機用來轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再通過STM32單片機簡單計算后就可以得到心率數(shù)值。此外，還可將脈搏波形通過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，有利于無緣陶瓷天線快速搜星。可通過串口進行各種參數(shù)設(shè)置，并進行保存，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。此GPS模塊兼容3.3V/5V電平，方便連接STM32單片機，自帶可充電后備電池。

（四）計步器模塊

ADXL362是一款超低功耗、3軸MEMS的加速度計，輸出數(shù)據(jù)頻率為100Hz時功耗低于2μA，在運動觸發(fā)喚醒模式下功耗為270nA。ADXL362沒有通過欠采樣混疊輸入信號，與使用周期采樣來實現(xiàn)低功耗的加速度計不同，它采用的是全數(shù)據(jù)速率對傳感器的整個帶寬進行采樣。此計步器模塊可通過算法計算三軸加速度傳感器的角度，再通過角度對所走步數(shù)進行計算。

（五）串行液晶顯示屏

ILI9163是用于單芯片的SoC驅(qū)動132x162分辨率的TFT液晶顯示器，包括396路源驅(qū)動器，一個162通道柵極驅(qū)動器。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）。移動圖片區(qū)域可以通過窗口地址功能的內(nèi)部GRAM指定。指定的窗口區(qū)域可以是選擇性更新，使運動圖像可以顯示獨立靜止圖像區(qū)域。ILI9163還支持一個函數(shù)顯示在8個顏色和睡眠模式下，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)動中型或小型便攜式產(chǎn)品，如數(shù)碼手機、智能手環(huán)、MP3等。

三、結(jié)論

由于此智能手環(huán)功能較多，需分多個模塊來實現(xiàn)。計步器模塊可通過算法對三軸加速器進行角度計算，再通過角度計算出所走的步數(shù)；測心率模塊主要通過指尖接觸手表底部進行心率測量；GPS模塊對智能手表進行定位；振動電機用于設(shè)計鬧鐘。最后，所測心率數(shù)、步數(shù)、定位數(shù)據(jù)等都通過顯示屏輸出。

此智能手表適用于各類人群，它的功能性較強。又由于其工作范圍是建立在STM32單片機的基礎(chǔ)上，使得此款智能手環(huán)相對經(jīng)濟適用。此智能手環(huán)以STM32為硬件設(shè)計及軟件開發(fā)為中心，不僅使高速轉(zhuǎn)換及計步、定位、測心率等多種功能得到了實現(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單片機的優(yōu)勢。