房天奇

摘 要：本文主要討論一種基于ARM體系的智能手環(huán)，該手環(huán)基于STM32微控制器，實現(xiàn)空氣質(zhì)量檢測、實時定位、藍牙傳輸及音頻播放的功能。手環(huán)的空氣質(zhì)量檢測功能通過現(xiàn)場采集空氣信息后經(jīng)過手環(huán)的內(nèi)置處理器進行智能分析。同時，手環(huán)可通過開啟GPS模塊，獲得實時位置信息。此外，還可以通過藍牙模塊與PC機的接通實現(xiàn)信息輸入與輸出、系統(tǒng)更新、多平臺控制等功能。

關(guān)鍵詞：STM32；手環(huán)；藍牙；空氣質(zhì)量檢測；GPS；智能

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）04-0046-02

對于當今社會上空氣污染嚴重及各種老人兒童走丟等問題，本手環(huán)通過GPS、藍牙、空氣質(zhì)量傳感器等硬件以及相關(guān)的軟件設(shè)計，使用戶能夠適時了解周圍環(huán)境的空氣質(zhì)量與位置信息。同時，對于建立大范圍內(nèi)實時實地的空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)有重要意義。

1 手環(huán)系統(tǒng)總體設(shè)計

STM32F103系列采用基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的ARM Cortex-M3內(nèi)核，其最高工作頻率可達72MH；其片上集成32-512KB的Flash存儲器和6-64KB的SRAM存儲器；采用2.0-3.3V的電源供電和I/O接口的驅(qū)動電壓，上電復(fù)位（POR）、掉電復(fù)位（PDR）和可編程的電壓探測器（PVD）。4-16MHz的晶振。內(nèi)嵌出廠前調(diào)校的8MHz RC振蕩電路。內(nèi)部40 kHz的RC振蕩電路、用于CPU時鐘的PLL和帶校準用于RTC的32kHz的晶振；具有3種低功耗模式：休眠、停止和待機模式；具有兩種調(diào)試模式：串行調(diào)試和JTAG接口；擁有12通道DMA控制器，支持的外設(shè)：定時器、ADC、DAC和USART；同時還內(nèi)置3個12位的us級的16通道A/D轉(zhuǎn)換器，測量范圍為0-3.3V，兼具雙采樣和保持能力。此外，STM32F103還可擁有最多高達112個的快速I/O端口，而且所有端口都可以映射到16個外部中斷向量。

總的來說STM32F103所具有的特點滿足一款所要求的體積小、重量輕和功能強大的要求。

本設(shè)計是以STM32F103微控制器為核心，結(jié)合多種外部設(shè)備所構(gòu)成的硬件系統(tǒng)，系統(tǒng)構(gòu)成如圖1。

STM32作為主控制器，由電源模塊供電，主要用于收集信息、處理信息、協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各個功能的正常運轉(zhuǎn)。此外，擴充了藍牙模塊、GPS模塊等進行信息采集和傳遞；空氣質(zhì)量傳感器用于檢測當?shù)氐目諝赓|(zhì)量狀況，也可以與GPS互聯(lián)互通，實現(xiàn)各地的空氣質(zhì)量信息收集與匯總，可用來建立大范圍內(nèi)實時實地的空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)；大容量內(nèi)存用于儲存各種軟件、音頻、臨時數(shù)據(jù)等。按鍵電路用于設(shè)置手環(huán)功能、輸入指令；LCD顯示空氣質(zhì)量、位置坐標、MP3等各項信息；GPS實現(xiàn)手環(huán)的即時定位；藍牙模塊用于實現(xiàn)手環(huán)與外界的雙向通信。

通過配置相關(guān)的外部設(shè)備，該系統(tǒng)主要完成3個既定功能，分別為：空氣質(zhì)量檢測、GPS實時定位和信息傳輸。

空氣質(zhì)量檢測：由按鍵控制開啟空氣質(zhì)量檢測功能，通過空氣質(zhì)量傳感器獲取當前大氣中的空氣質(zhì)量信息，然后由STM32接收并處理信息，處理后的信息交給LCD屏對外顯示。

信息傳輸：由按鍵控制開啟信息傳輸功能，根據(jù)需要發(fā)送和接收的不同功能，通過藍牙模塊訪問手環(huán)系統(tǒng)和PC。

GPS實時定位：由按鍵控制開啟GPS定位功能，GPS模塊獲取信息并交給軟件處理分析地理信息，處理后的信息交給LCD屏對外顯示。

系統(tǒng)主體程序設(shè)計流程如圖2。

2 空氣質(zhì)量檢測部分設(shè)計

空氣質(zhì)量檢測部分硬件設(shè)計流程如圖3。

空氣質(zhì)量傳感器通過檢測空氣質(zhì)量獲得一個微弱信號，由于該微弱信號無法被單片機系統(tǒng)直接采集，因此還需要特定的放大電路進行放大。STM32雖然有內(nèi)置的ADC模塊，但是其能采集的電壓信號范圍為0-3.3V，因此需要對采集放大的信號進行處理，使其滿足STM32的ADC工作需求。經(jīng)過信號處理電路后，由STN32的ADC進行數(shù)據(jù)采集，單片機進行數(shù)據(jù)處理獲得最終的空氣質(zhì)量的值，最后通過串口發(fā)送到LCD屏進行顯示。

空氣質(zhì)量檢測部分軟件設(shè)計流程如圖4。

3 藍牙模塊設(shè)計

本系統(tǒng)采用藍牙模塊作為信息傳輸?shù)妮d體，以完成無線傳輸?shù)母黜椆δ埽鐖D5。一方面通過與PC的信息獲取和傳遞向系統(tǒng)內(nèi)部存儲信息或者更新升級；另一方面，將內(nèi)部的音頻信息發(fā)送給配對的藍牙耳機的進行播放。

4 GPS模塊設(shè)計

由按鍵控制開啟GPS定位功能，GPS模塊獲取信息并交給軟件處理分析地理信息，處理后的信息交給LCD屏對外顯示。

GPS實時定位軟件設(shè)計如圖6。

通過按鍵中斷來開啟GPS定位功能：按鍵觸發(fā)后，打開GPS進行初始化，獲取當前所處的位置信息，通過相應(yīng)算法獲得當前所處位置，再經(jīng)STM32進行顯示或者發(fā)送操作。

5 結(jié)語

本手環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計主要針對當前生活中糟糕的空氣質(zhì)量狀況及日益嚴峻的各種老人兒童走丟現(xiàn)象，通過STM32微控制器以及相關(guān)外部設(shè)備的搭建實現(xiàn)了空氣質(zhì)量檢測和實時位置獲取的功能。同時，也可以通過用戶群體來建立大范圍內(nèi)實時實地的空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，具有一定的應(yīng)用價值。

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