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单片机

基于STM32的智能手环系统的设计

STM32系列

前言

随着科学技术的革新，智能化生活已经开始实现，更多的人们的目光聚焦在智能化产品上面，一方面是对自身健康的关注，另一方面是对便携轻松的生活的向往，智能手环就作为其中的一种代表性产物。其主要应用于运动显示比如显示行走及跑步的步数，距离，速度。同时可以实时健康监测比如心率，血氧，体温等。是一款突出个性与人性的智能化产物。

一、系统方案的设计

1.1系统功能分析

本设计是由STM32F103C8T6最小系统电路，DS3231时钟模块，ADXL345计步模块，MAX30100血氧心率模块，DS18B20温度模块,MPU6050体位检测模块，1.44寸TFT彩色液晶屏显示模块组成的嵌入式智能手环系统。

（1）通过DS3231时钟模块实现日期显示的功能

（2）使用传感器ADXL345检测人步数

（3）通过MAX30100传感器实时检测血氧心率；

（4）通过传感器DS18B20进行温度测量。

（5）通过MPU6050体位检测卧床病人是否跌倒或可以通过此功能蜂鸣器警报呼叫。

（6）通过1.44寸TFT彩色液晶屏实时显示日期，步数，距离，心率，血氧，跌倒状态以及温度值。

1.2系统总体结构

在这里插入图片描述

二、硬件电路的搭建

2.1STM32最小系统组成部分

在这里插入图片描述

2.2S硬件引脚连接

在这里插入图片描述

2.2S实物连接图

（1）STM32单片机实物图如下图所示。
在这里插入图片描述

（2）DS3231实物图

在这里插入图片描述
(3)ADXL345模块实物图如下图所示

在这里插入图片描述
（4） MAX30100实物图
在这里插入图片描述
(5)MPU6050实物图
在这里插入图片描述

(6)DS18B20温度传感器的实物图
在这里插入图片描述
(7)1.44寸TFT显示模块
在这里插入图片描述
整体系统实物图
手工焊接是一种常见的原始焊接方法。
在这里插入图片描述

三、软件设计

本设计采用轮询的操作方式，首先在系统中断中间隔不同的时间给相应的标志位置一，比如：计步每隔0.2s计步标志位置一，时钟每隔1s置一一次。然后在主循环中检测标志位，如果标志位置一。刷新相应的值。

3.1系统流程图

在这里插入图片描述
下面是更为详细的流程图在这里插入图片描述

3.2主函数代码

#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"
#include "led.h"
#include "uart.h"
#include "stdio.h"
#include "ds18b20.h"
#include "Lcd_Driver.h"
#include "TFT_demo.h"
#include "GUI.h"
#include "key.h"
#include "mpu6050.h"
#include "inv_mpu.h"
#include "inv_mpu_dmp_motion_driver.h" 
#include "math.h"
#include "MAX30100.h"
#include "MAX30100_Filters.h"
#include "MAX30100_PulseOximeter.h"
#include "MAX30100_SpO2Calculator.h"
#include "myiic.h"
#include "timer3.h"
#include "adxl345.h"
#include "myiic_2.h" 
#include "DS3231.h"

u8 ReadAdxl345;        //定时读取adxl345数据
u8 ErrorNum=0;        //记录错误次数
u16 Normal_num=0;     //正常次数
u16 Error_num=0;     //倾斜次数
u16 BuShu=0;       //步数脉冲量
u16 step_num = 0;     //计数步数
float disJuLi = 0;    //显示距离	
signed short HeartRate_val=0; //心跳速率
u8 SPO2_val = 0;       //血氧浓度
u8 mpu_count = 0;
u8 STAP_FLAG = 0;
u8 mpu_flag = 0;          //人体跌倒检测标志位 标志位1、2任意一个异常 该标志位为1  【1：跌倒，0：正常】
_Bool mpu_1_flag = 0;        //人体跌倒检测标志位1 角度异常标志  【1：异常，0：正常】
_Bool mpu_2_flag = 0;        //人体跌倒检测标志位2 加速度异常标志 【1：异常，0：正常】
_Bool mpu_temp = 0;         //缓存
_Bool temp_flag = 0;     //温度获取标志
_Bool max_flag = 0;      //心率血氧获取标志
_Bool time_flag = 0;     //时间获取标志
_Bool MPU_flag = 0;      //开关 陀螺仪姿态获取分析标志
_Bool MAX_flag = 0;      //开关 心率血氧获取分析标志
_Bool ADXL_flag = 0;     //开关 计步获取分析标志
int SVM;           //人体加速度向量幅值SVM

int main(void)
{
 float pitch,roll,yaw;  //欧拉角
 short aacx,aacy,aacz;  //加速度传感器原始数据
 u8 t = 0;
 u16 z = 0;        //温度中间缓存值
 u16 temp_BuShu;
 
 SysTick_Config(SystemCoreClock/1000);
 Delay_Ms(100);
 Lcd_Init();    //屏幕初始化
 UART1_Init();   //串口调试 波特率115200 
 DS18B20_Init();  //DS18B20温度模块初始化 PA4
 Gpio_Init();   //蜂鸣器初始化      PA5
 EXTI_KEY_Config();//按键初始化       PA6
 MPU_Init();    //MPU6050初始化     -----SCLK接到“PB10”脚 SDIN接到“PB11”脚
 
 DS3231_Init();  //时钟模块初始化     -----SCLK接到“PA3 ”脚 SDIN接到“PA2 ”脚
 Delay_Ms(100);  //等待初始化稳定

//测试时钟代码
// DS3231_Set(20,5,28,21,36,0);
// while(1)
// {
//  Delay_Ms(2000);  //等待初始化稳定
//  get_show_time();
//  printf("%u-%u-%u\t",calendar.w_year+2000,calendar.w_month,calendar.w_date);
//  printf("%u:%u:%u\r\n",calendar.hour,calendar.min,calendar.sec);
// }
IIC_Init();    //血氧浓度模块IIC初始化  -----SCLK接到“PB8 ”脚 SDIN接到“PB9 ”脚
 TIM3_Init();   //每1ms执行一次中断, RunTime 每1ms加 1
 SPO2_Init();   //血氧心率配置
 
 boot_Demo();   //启动界面
 Delay_Ms(1000);  //等待初始化稳定
 Init_ADXL345();  //Init_ADXL345初始化   -----SCLK接到“PB6 ”脚 SDIN接到“PB7”脚
 if(Single_Read_ADXL345(0X00)==0xe5) 
  {
    Delay_Ms(5);
  }
  else
  {
    Delay_Ms(3);
  }
 while(mpu_dmp_init())//DMP初始化
  {
  //printf("MPU6050 Error");
   Delay_Ms(200);
 }
 main_Demo();   //主界面
 STAP_FLAG = 1;
 while(1)
 {
  //====人体温度检测显示====
  if(temp_flag)
  {
   z = (ds18b20_read()& 0x07FF);
   temperature = z/16.0;
   temp_flag = 0;
   snprintf((char*)str, sizeof(str), " %2.1f ", temperature);
   Gui_DrawFont_GBK16(40,64,WHITE, BLACK,str);
  }
  //====心跳血氧获取====
  if(MAX_flag)
  {
   POupdate();    //更新FIFO数据 血氧数据 心率数据 
   if(max_flag)
   {
    max_flag = 0;
    show_max30100(HeartRate_val,SPO2_val);
   }
  }
  //====计步程序====
  if((!MPU_flag) && (!MAX_flag))
  {
   if(ReadAdxl345 == 1)   //定时读取adxl345数据
   {
    ReadAdxl345= 0;
    ReadData_x();        //三轴检测函数
    if((temp_Y>450)||(temp_Y<-450)) //查看正常次数     
    {
     Normal_num++;  //正常次数++
    }
    else
    {
     Error_num++;//倾斜次数
    }
    if((Error_num!=0)&&(Normal_num!=0))//检测到步数
    {
     BuShu++;   //步数脉冲量++
     Error_num=0;    //清除一个周期检测
     Normal_num=0;
    }
    step_num = BuShu/2;  //显示步数
    disJuLi = step_num*0.45;//显示距离
    
    if(BuShu != temp_BuShu){
     snprintf((char*)str, sizeof(str), "%u", step_num);
     Gui_DrawFont_GBK16(48,16,WHITE, BLACK,str);
     snprintf((char*)str, sizeof(str), "%0.1f", disJuLi);
     Gui_DrawFont_GBK16(48,96,WHITE, BLACK,str);
     temp_BuShu = BuShu;
    }
   } 
  }	
  //获取时间
  if(time_flag)
  {
   time_flag = 0;
   get_show_time();
   sprintf((char*)str,"%u:%u:%u\r\n",calendar.hour,calendar.min,calendar.sec);
   Gui_DrawFont_GBK16(48,112,WHITE, BLACK,str);
   printf("%u-%u-%u\t",calendar.w_year+2000,calendar.w_month,calendar.w_date);
   printf("%u:%u:%u\r\n",calendar.hour,calendar.min,calendar.sec);
  }
  //====MPU6050数据获取====
  if(MPU_flag)
  {
   t++;
   if(t>=10)
   {
    t=0;
    if(mpu_dmp_get_data(&pitch,&roll,&yaw)==0)
    { 
     MPU_Get_Accelerometer(&aacx,&aacy,&aacz); //得到加速度传感器数据  
     SVM = sqrt(pow(aacx,2)+  pow(aacy,2) + pow(aacz,2)); 
     //printf("pitch:%0.1f   roll:%0.1f   yaw:%0.1f   SVM:%u\r\n",fabs(pitch),fabs(roll),fabs(yaw),SVM);
     
     //分析x、y、z角度的异常判断
     if( fabs(pitch)>40 || fabs(roll)>40 || fabs(yaw)>40 )//倾斜角度的 【绝对值】 大于40°SVM大于设定的阈值时，即认为摔倒
      mpu_1_flag = 1; 
     else
      mpu_1_flag = 0;
     //分析加速度SVM的异常判断
     if( SVM>23000 || SVM<12000 )
      mpu_2_flag = 1;
     else
      mpu_2_flag = 0;
     //综合欧拉角、SVM异常判断异常 
     if( mpu_2_flag || mpu_1_flag )
     {
      mpu_flag = 1;
      show_mpu(1);
     }  
    }
   }
  }
  
  Delay_Ms(10);
 }
}
void SysTick_Handler(void)
{
 TimingDelay--;
 if(STAP_FLAG)
 {
  led_count++;
  if(led_count%200 == 0)
  {
   ReadAdxl345 = 1;
  }
  if(led_count == 1000)
  {
   led_count = 0;
   temp_flag = 1;
   max_flag = 1;
   time_flag = 1;
   if(mpu_flag)    //蜂鸣器响一秒
   {
    mpu_count++;
    if(mpu_count == 1)BEEP_ON;
    else if(mpu_count == 2)BEEP_OFF;
   }
   if(mpu_count == 3) //异常3秒回复状态
   {
    mpu_count = 0;
    mpu_flag = 0;
    show_mpu(0);
   }
   
  }
 }
}

代码结构如图在这里插入图片描述

四、系统测试

在这里插入图片描述

五、总结

想要实现更多的研究，就要深入的理解它，如果我们可以在智能手环中，我们可以引入操作系统，使用一些可以跑操作系统(Android)的处理器，可以让多功能的实现不是那么的有难度。
需要资料的我后续会发一下啊
在这里插入图片描述

版权声明：本文为CSDN博主「AKhuhu」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/AKhuhu/article/details/108269801

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AKhuhu

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