在本節(jié)中，本文著重介紹了利用STM32單片機(jī)開發(fā)藍(lán)牙手環(huán)的設(shè)計(jì)和實(shí)施的背景和重要性，并對(duì)國內(nèi)外相關(guān)研究的現(xiàn)狀進(jìn)行了深入分析。此外，本文詳細(xì)探討了本研究的主要任務(wù)。在當(dāng)今健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，傳統(tǒng)設(shè)備在數(shù)據(jù)傳輸、用戶友好性和多傳感器整合方面存在不便利性。為解決這些問題，選擇了基于STM32的藍(lán)牙手環(huán)設(shè)計(jì)，以提升健康監(jiān)測(cè)設(shè)備的實(shí)用性和用戶體驗(yàn)。為解決這一問題，我選擇了基于STM32的藍(lán)牙手環(huán)設(shè)計(jì)。通過優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸、提升用戶友好性，以及實(shí)現(xiàn)多傳感器的無縫整合[1]，我致力于提高用戶實(shí)時(shí)獲取健康數(shù)據(jù)的便捷性。這項(xiàng)創(chuàng)新工作將改善用戶對(duì)健康數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)訪問體驗(yàn)，為更全面的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)打開新的可能性。通過推動(dòng)可穿戴技術(shù)的進(jìn)步，提升了個(gè)體健康管理水平，為社會(huì)健康事業(yè)帶來積極影響。通過這一創(chuàng)新，希望提高用戶對(duì)健康數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)訪問能力，改善用戶體驗(yàn)，并為更全面的健康監(jiān)測(cè)打開新的可能性[2]。這對(duì)于促進(jìn)可穿戴技術(shù)的發(fā)展，提升個(gè)體健康管理水平，具有重要的社會(huì)和健康價(jià)值。近年來，基于STM32的藍(lán)牙手環(huán)設(shè)計(jì)成為國內(nèi)外關(guān)注的研究熱點(diǎn)。在國際上，一些知名研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)積極投入了大量資源進(jìn)行相關(guān)工作。在硬件設(shè)計(jì)方面，一些國外團(tuán)隊(duì)專注于優(yōu)化電池管理系統(tǒng)，以延長藍(lán)牙手環(huán)的續(xù)航時(shí)間[3]。同時(shí)，在軟件開發(fā)領(lǐng)域，國際研究人員致力于開發(fā)更智能、穩(wěn)定的藍(lán)牙連接協(xié)議，以提高手環(huán)與智能設(shè)備之間的通信效率[4]。在國內(nèi)，一些高校和科研機(jī)構(gòu)也積極參與基于STM32的藍(lán)牙手環(huán)設(shè)計(jì)。他們主要集中在芯片選型、功耗優(yōu)化和傳感器應(yīng)用等方面的研究。例如，通過優(yōu)化電路設(shè)計(jì)和采用低功耗傳感器，成功降低了藍(lán)牙手環(huán)的功耗，提升了整體性能和穩(wěn)定性。盡管國內(nèi)外在這一領(lǐng)域都取得了一些進(jìn)展，但仍然面臨著一些挑戰(zhàn)。例如，藍(lán)牙手環(huán)的功耗管理、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性和用戶隱私保護(hù)等方面需要進(jìn)一步優(yōu)化。同時(shí)，藍(lán)牙手環(huán)作為智能穿戴設(shè)備，在健康監(jiān)測(cè)和運(yùn)動(dòng)追蹤等領(lǐng)域的應(yīng)用也有待不斷完善和創(chuàng)新。因此，未來需要國內(nèi)外的研究者加強(qiáng)合作，共同攻克技術(shù)難題，推動(dòng)基于STM32的藍(lán)牙手環(huán)設(shè)計(jì)邁向更加成熟和智能化的階段。本文圍繞STM32單片機(jī)開發(fā)了一款智能藍(lán)牙手環(huán)系統(tǒng)，主要?jiǎng)?chuàng)新和研究內(nèi)容如下：定制化硬件設(shè)計(jì)：在硬件設(shè)計(jì)階段，充分考慮了系統(tǒng)的緊湊性和可擴(kuò)展性，采用了定制化的STM32單片機(jī)核心板，多模塊整合連接。數(shù)據(jù)采集：通過單片機(jī)實(shí)時(shí)采集各傳感器的數(shù)據(jù)，對(duì)加速度傳感器，采用了優(yōu)化的算法，精確計(jì)算用戶的步數(shù)，以提供更準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)顯示：除了LCD1602顯示屏外，還通過藍(lán)牙傳送到手機(jī)，可在手機(jī)端查看。藍(lán)牙通信：對(duì)藍(lán)牙通信模塊進(jìn)行了優(yōu)化，以提高數(shù)據(jù)傳輸速率和穩(wěn)定性。通過藍(lán)牙模塊，實(shí)現(xiàn)了將實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)端進(jìn)行顯示，以便用戶隨時(shí)了解健康狀況。引言。在本章中，將探討研究的背景和意義，明確藍(lán)牙手環(huán)系統(tǒng)的研究目的和重要性，并簡(jiǎn)要介紹論文的結(jié)構(gòu)和章節(jié)安排。相關(guān)技術(shù)介紹。本章將詳細(xì)介紹藍(lán)牙手環(huán)系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)支持和理論基礎(chǔ)，包括藍(lán)牙通信技術(shù)、健康監(jiān)測(cè)傳感器原理等，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)提供理論支持。藍(lán)牙手環(huán)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。在這一章節(jié)中，將詳細(xì)介紹藍(lán)牙手環(huán)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和構(gòu)建過程，包括傳感器模塊、顯示模塊、主控芯片、電源模塊等的選型。藍(lán)牙手環(huán)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。本章將著重介紹藍(lán)牙手環(huán)系統(tǒng)的軟件架構(gòu)和算法設(shè)計(jì)方案，包括主控芯片程序的編寫、功能模塊的實(shí)現(xiàn)等關(guān)鍵內(nèi)容。系統(tǒng)測(cè)試與實(shí)現(xiàn)。詳細(xì)呈現(xiàn)藍(lán)牙手環(huán)系統(tǒng)的實(shí)際驗(yàn)證與測(cè)試?？偨Y(jié)與展望。將對(duì)論文所涉及的研究工作和成果進(jìn)行總結(jié)，同時(shí)對(duì)未來的研究方向和改進(jìn)空間進(jìn)行展望。在當(dāng)今社會(huì)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用蓬勃發(fā)展，為我們的生活物品注入了更智能、更個(gè)性化的特質(zhì)。隨著物聯(lián)網(wǎng)的推動(dòng)，各類物品得以更為緊密地與人類需求相連接，實(shí)現(xiàn)更有效的交互，從而深刻改變了我們的日常生活。這一智能化趨勢(shì)逐漸構(gòu)筑起一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的世界，橫跨通訊領(lǐng)域的電腦、手機(jī)，工業(yè)領(lǐng)域的芯片、傳感器，以及制造領(lǐng)域的各類電器設(shè)備。物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用不僅在各個(gè)領(lǐng)域建立了緊密的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)其未來發(fā)展前景十分廣闊，有望實(shí)現(xiàn)將所有網(wǎng)絡(luò)和物品相互連接，深入滲透到我們生活的方方面面。選擇了KeilμVision5作為軟件開發(fā)的主要平臺(tái)。它提供了一個(gè)高效、可靠的開發(fā)環(huán)境。在這個(gè)舞臺(tái)上，能夠編寫、編譯和調(diào)試STM32單片機(jī)的程序，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙手環(huán)的設(shè)計(jì)和實(shí)施。KeilμVision5的用戶界面簡(jiǎn)潔直觀，能夠輕松管理項(xiàng)目文件，能夠輕松地開發(fā)出高效、穩(wěn)定的程序。此外，KeilμVision5還與各種調(diào)試器兼容，如J-Link、St-LINK等，提供了全面的調(diào)試功能。借助這些調(diào)試器，可以快速定位和解決程序中的問題，確保項(xiàng)目順利進(jìn)行?？偟膩碚f，KeilμVision5是軟件開發(fā)的理想選擇，它提供了一個(gè)高效、可靠的開發(fā)平臺(tái)，幫助實(shí)現(xiàn)了STM32單片機(jī)開發(fā)藍(lán)牙手環(huán)的設(shè)計(jì)和實(shí)施。開發(fā)界面如下圖2-1所示：圖2-1KeilμVision5軟件開發(fā)界面藍(lán)牙通信技術(shù)是一種無線通信技術(shù)，旨在實(shí)現(xiàn)短距離設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸和通信。它工作在2.4GHz頻段，典型操作范圍為10米左右。藍(lán)牙設(shè)備分為主設(shè)備和從設(shè)備，通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和廣播通信模式實(shí)現(xiàn)連接。藍(lán)牙協(xié)議棧包括物理層、鏈路層、主機(jī)控制器接口等，確保設(shè)備在藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行可靠通信。不斷發(fā)展的藍(lán)牙版本引入新特性，如提高數(shù)據(jù)傳輸速率、增加通信范圍和低功耗功能。廣泛應(yīng)用于無線耳機(jī)、智能家居、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，低功耗藍(lán)牙在物聯(lián)網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用[6]。無線通信模塊將選用藍(lán)牙HC-06。藍(lán)牙HC-06是一款經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、易于使用的藍(lán)牙串口模塊。它支持藍(lán)牙2.0標(biāo)準(zhǔn)，通過串口與微控制器等設(shè)備通信。具有主從模式、簡(jiǎn)單配置、低功耗和LED指示燈等特點(diǎn)，常用于嵌入式系統(tǒng)、無線控制項(xiàng)目和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。藍(lán)牙HC-06實(shí)物圖如下圖2-2所示：圖2-2藍(lán)牙HC-06實(shí)物圖本設(shè)計(jì)采用了STM32F103C8T6單片機(jī)核心板電路，其具有強(qiáng)大的32位處理能力、豐富的外設(shè)集成、靈活的時(shí)鐘系統(tǒng)、易于調(diào)試、可靠的穩(wěn)壓電路和豐富的擴(kuò)展接口，受到廣泛應(yīng)用。ADXL345傳感器電路設(shè)計(jì)具有高精度的三軸加速度測(cè)量，提供數(shù)字輸出，具備低功耗、小尺寸和輕量化等特點(diǎn)。其數(shù)字接口簡(jiǎn)化了與微控制器或其他數(shù)字系統(tǒng)的集成，使其成為廣泛應(yīng)用于各種運(yùn)動(dòng)感知和加速度測(cè)量應(yīng)用的理想選擇。ADXL345傳感器實(shí)物圖如下圖2-3所示：圖2-3ADXL345傳感器實(shí)物圖PulseSensor是一種專門設(shè)計(jì)用于測(cè)量脈搏和心率的傳感器[7]。它通過光學(xué)原理，非侵入式地在皮膚上進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通常安裝在指尖或耳垂等部位。該傳感器輸出模擬信號(hào)，可以通過模擬輸入引腳連接到微控制器或其他數(shù)據(jù)采集設(shè)備。由于其小巧設(shè)計(jì)和適用于可穿戴設(shè)備的特性，PulseSensor在健康監(jiān)測(cè)、生物反饋和可穿戴技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。PulseSensor脈搏心率傳感器實(shí)物圖如下圖2-4所示：圖2-4PulseSensor脈搏心率傳感器實(shí)物圖DS18B20是一款數(shù)字溫度傳感器，主要特點(diǎn)包括數(shù)字輸出、采用單總線通信、高溫度測(cè)量精度（通常在±0.5°C）、多種封裝形式（如TO-92、TO-220）、可編程分辨率、多點(diǎn)校準(zhǔn)等。這使得DS18B20廣泛適用于需要高精度數(shù)字溫度測(cè)量的各種應(yīng)用場(chǎng)景[8]。DS18B20溫度傳感器實(shí)物圖如下圖2-5所示：圖2-5PulseSensor脈搏心率傳感器實(shí)物圖LCD1602是一款常見的字符型液晶顯示模塊，具有16列×2行的文字顯示特性。它采用HD44780控制器，支持顯示ASCII字符和用戶自定義字符。LCD1602通過平行接口與微控制器進(jìn)行通信，能夠顯示清晰的文本信息。此外，它還具有可選的背光功能和低功耗設(shè)計(jì)。LCD1602廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)和電子項(xiàng)目中，為用戶提供了穩(wěn)定可靠的顯示解決方案。LCD1602顯示屏實(shí)物圖如下圖2-6所示：圖2-6LCD1602顯示屏實(shí)物圖本章節(jié)主要介紹系統(tǒng)的器件選擇，開發(fā)環(huán)境的介紹，主要包括物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、Keil5軟件開發(fā)界面、藍(lán)牙通信技術(shù)、主控芯STM32F103C8T6、藍(lán)牙HC-06模塊、PulseSensor脈搏心率傳感器、ADXL345傾角傳感器、DS18B20數(shù)字溫度傳感器及LCD1602顯示屏模塊。本章進(jìn)行藍(lán)牙手環(huán)系統(tǒng)的需求分析和硬件搭建，詳述單片機(jī)最小系統(tǒng)電路和各個(gè)模塊電路。近年來，隨著社會(huì)老齡化趨勢(shì)的加劇，智能養(yǎng)老技術(shù)得到了越來越多的關(guān)注和支持。政府通過一系列優(yōu)惠政策，與各方合作推動(dòng)智慧養(yǎng)老產(chǎn)品和服務(wù)的發(fā)展。這包括購買服務(wù)、場(chǎng)地支持等，與服務(wù)中介機(jī)構(gòu)、大數(shù)據(jù)企業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、社會(huì)組織和研究機(jī)構(gòu)的協(xié)同創(chuàng)新也逐漸增多。在這一趨勢(shì)下，智能家居產(chǎn)品，尤其是與健康監(jiān)測(cè)和老年人照護(hù)相關(guān)的技術(shù)，成為關(guān)注焦點(diǎn)。藍(lán)牙手環(huán)系統(tǒng)作為其中一種智能養(yǎng)老設(shè)備，可以為老年人提供心率監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)追蹤、溫度監(jiān)測(cè)等功能，通過與智能家居設(shè)備和移動(dòng)端的藍(lán)牙通信，實(shí)現(xiàn)更好的居家養(yǎng)老監(jiān)護(hù)。設(shè)計(jì)基于STM32單片機(jī)的藍(lán)牙手環(huán)系統(tǒng)具有必要性，因?yàn)樗軌虺浞掷矛F(xiàn)代技術(shù)的前沿，提高系統(tǒng)的高效性和可靠性，同時(shí)集成多功能傳感器和通信模塊，實(shí)現(xiàn)全面的監(jiān)測(cè)和通信需求。基于STM32的低功耗設(shè)計(jì)有助于延長電池壽命，提高產(chǎn)品可用性。STM32的開發(fā)社區(qū)和資源豐富，使得開發(fā)人員更容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能，提高開發(fā)效率。此外，STM32的安全功能有助于保障藍(lán)牙手環(huán)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和用戶隱私。綜合而言，基于STM32單片機(jī)的藍(lán)牙手環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅符合科技發(fā)展趨勢(shì)，更能夠提供全面、穩(wěn)定、安全的智能養(yǎng)老服務(wù)。在本文的藍(lán)牙手環(huán)設(shè)計(jì)中，經(jīng)過仔細(xì)考慮并選擇了以下方案：（a）單片機(jī)芯片的選擇：在藍(lán)牙手環(huán)設(shè)計(jì)的初期階段，進(jìn)行了廣泛的研究和評(píng)估，以確定最適合需求的解決方案。首先，對(duì)多種單片機(jī)芯片作為控制器進(jìn)行了考量，包括CPLD、STC89C52、MSP430和STM32。經(jīng)過深入分析和對(duì)比，最終選擇了STM32單片機(jī)。它能提供了優(yōu)異的實(shí)時(shí)性能、功耗控制和外設(shè)集成，滿足了對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能的要求。（b）顯示方案的選擇：采用LCD液晶顯示器。其顯示效果佳，價(jià)格低廉，功耗低，壽命長，非常符合我們的設(shè)計(jì)需求。這種顯示方案可以有效地滿足用戶對(duì)手環(huán)信息的顯示需求，提升了產(chǎn)品的實(shí)用性和用戶體驗(yàn)。（c）傾角傳感器的選擇：采用了ADXL345模塊，這一選擇是基于其多功能寄存器和低成本的特點(diǎn)。ADXL345模塊易于控制，成本低廉，并且具備豐富的功能，能夠滿足我們?cè)O(shè)計(jì)的各種應(yīng)用場(chǎng)景。其準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性使其成為我們系統(tǒng)中位置信息檢測(cè)的理想選擇。（d）心率監(jiān)測(cè)模塊選擇：在心率監(jiān)測(cè)方面，我們選擇了紅外心率傳感器作為監(jiān)測(cè)模塊。相比于其他選擇，紅外心率傳感器具有更好的抗干擾能力和穩(wěn)定性，能夠提供更可靠的心率監(jiān)測(cè)結(jié)果。這對(duì)于實(shí)現(xiàn)用戶健康數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)至關(guān)重要[9][10]。綜上所述，我們相信這些選擇將為用戶提供高性能、穩(wěn)定可靠的健康監(jiān)測(cè)體驗(yàn)，為藍(lán)牙手環(huán)的設(shè)計(jì)增添了實(shí)用性和可靠性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)架構(gòu)如下圖3-1所示：圖3-1硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖選用STM32系列微控制器作為藍(lán)牙手環(huán)的核心控制單元，基于以下因素：性能與資源豐富，STM32系列處理器提供了豐富的外設(shè)資源和功能，包括通信接口、定時(shí)器、模擬輸入輸出等，滿足藍(lán)牙手環(huán)的復(fù)雜功能需求。低功耗設(shè)計(jì)，在藍(lán)牙手環(huán)應(yīng)用中，功耗控制至關(guān)重要，STM32系列處理器提供了豐富的低功耗模式，有助于延長手環(huán)的使用時(shí)間。易于上手，STM32系列處理器在單片機(jī)課程學(xué)習(xí)中廣泛應(yīng)用，具有較低的學(xué)習(xí)曲線，有利于團(tuán)隊(duì)成員快速上手開發(fā)。在醫(yī)療器械領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，有助于技術(shù)團(tuán)隊(duì)在醫(yī)療健康領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。一、STM32的主要優(yōu)點(diǎn)：（1）使用ARM最新的、先進(jìn)架構(gòu)的Cortex-M3內(nèi)核（2）優(yōu)異的實(shí)時(shí)性能（3）杰出的功耗控制（4）出眾及創(chuàng)新的外設(shè)（5）最大程度的集成整合（6）易于開發(fā)，可使產(chǎn)品快速將進(jìn)入市場(chǎng)二、STM32——最佳的平臺(tái)選項(xiàng)通過STM32平臺(tái)，可以更高效地進(jìn)行多項(xiàng)目開發(fā)，并獲得穩(wěn)定可靠的結(jié)果。（1）從僅需少量的存儲(chǔ)空間和管腳應(yīng)用到需要更多的存儲(chǔ)空間和管腳的應(yīng)用（2）從苛求性能的應(yīng)用到電池供電的應(yīng)用（3）從簡(jiǎn)單而成本敏感的應(yīng)用到高端應(yīng)用（4）在電子信息技術(shù)與工程領(lǐng)域，選擇合適的處理器對(duì)項(xiàng)目的成功實(shí)施至關(guān)重要。而STM32系列處理器以其獨(dú)特的特性而備受青睞。首先，它具有全系列腳對(duì)腳的設(shè)計(jì)，這意味著不同型號(hào)的處理器在引腳方面保持一致，使得在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和硬件布局上更加靈活方便。其次，STM32處理器與外設(shè)和軟件的高度兼容，無需進(jìn)行大幅度的修改，就能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用的升級(jí)或精簡(jiǎn)。這種便利性使得開發(fā)人員可以根據(jù)實(shí)際需求，靈活調(diào)整系統(tǒng)配置，而無需擔(dān)心與之前開發(fā)的軟件和硬件不兼容的問題。此外，STM32處理器還支持不同封裝規(guī)格，使得開發(fā)人員可以根據(jù)項(xiàng)目需求選擇合適的封裝形式，從而更好地滿足應(yīng)用的要求。綜上所述，STM32系列處理器憑借其靈活性和兼容性，適用于各種不同應(yīng)用場(chǎng)景。STM32F103C8T6單片機(jī)核心板接口電路圖如下圖3-2所示：圖3-2STM32單片機(jī)核心板接口電路圖STM32單片機(jī)核心板內(nèi)部電路圖如下圖3-3所示：圖3-3STM32單片機(jī)核心板內(nèi)部電路圖STM32單片機(jī)實(shí)物圖如下圖3-4所示：圖3-4STM32單片機(jī)實(shí)物圖選擇LCD1602液晶顯示模塊作為顯示模塊。該模塊有顯示容量大的優(yōu)點(diǎn)。另外，在5.0V電壓下，工作電流約為2.0mA，這使得它在各種電源條件下都能夠正常工作。尤其值得注意的是，LCD1602模塊的最佳工作電壓也是5.0V，與我們?cè)O(shè)計(jì)中的電源匹配，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。綜上所述，選擇LCD1602液晶顯示模塊能夠有效地滿足我們的設(shè)計(jì)需求，為字符型顯示提供了可靠的解決方案。一、LCD1602主要技術(shù)參數(shù)如下：（1）顯示容量為16×2個(gè)字符；（2）工作電壓范圍為4.5V至5.5V；（3）工作電流約為2.0mA（在5.0V電壓下）（4）最佳工作電壓為5.0V；（5）字符尺寸為2.95×4.35毫米（寬×高）。二、電路設(shè)計(jì)在電路設(shè)計(jì)中，除了連接LCD1602模塊至STM32單片機(jī)的數(shù)據(jù)線和控制線外，還應(yīng)考慮電源供應(yīng)和對(duì)比度調(diào)節(jié)。需要連接電位器至液晶模塊的V0引腳，以調(diào)節(jié)液晶顯示的對(duì)比度。三、控制指令說明LCD1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，說明下表3-1所示：表3-1控制命令表序號(hào)指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRA或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容下圖為LCD1602具體的電路原理圖，如3-5所示。圖3-5LCD1602電路原理圖在藍(lán)牙手環(huán)的設(shè)計(jì)中，選用了ADXL345傾角傳感器模塊作為關(guān)鍵組件，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)手環(huán)的傾斜狀態(tài)。該傳感器具備超低功耗、高分辨率和廣泛的測(cè)量范圍，可通過SPI或I2C接口與STM32單片機(jī)進(jìn)行連接。借助其多種特殊檢測(cè)功能，包括活動(dòng)/非活動(dòng)檢測(cè)和敲擊檢測(cè)，能夠即時(shí)捕捉手環(huán)的運(yùn)動(dòng)和用戶操作。利用STM32單片機(jī)的ADC或定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模塊，能夠?qū)崟r(shí)處理傳感器數(shù)據(jù)，并根據(jù)傾斜角度的變化觸發(fā)相應(yīng)的功能或動(dòng)作。此外，通過基于運(yùn)動(dòng)的智能電源管理，能夠最大限度地降低系統(tǒng)的功耗，延長手環(huán)的使用時(shí)間，為用戶提供更長久的使用體驗(yàn)。這種整合了傾角傳感器模塊的設(shè)計(jì)不僅增加了手環(huán)的功能性和交互性，同時(shí)也提升了其在用戶日常生活中的實(shí)用性和便利性。ADXL345模塊接口圖如下圖3-6所示：圖3-6ADXL345模塊接口圖ADXL345模塊內(nèi)部圖電路圖如圖3-7所示。圖3-7ADXL345模塊內(nèi)部電路圖ADXL345模塊實(shí)物圖如圖3-8所示。圖3-8ADXL345模塊實(shí)物圖在藍(lán)牙手環(huán)設(shè)計(jì)中，脈搏心率傳感器模塊的整合是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶心率的可靠監(jiān)測(cè)。這款傳感器采用了先進(jìn)的光學(xué)技術(shù)，光電三極管接收到變化的紅外光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)心率的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。通過STM32單片機(jī)的ADC模塊或外部中斷輸入，能夠?qū)崟r(shí)采集和處理這些電信號(hào)，進(jìn)而計(jì)算出心率值。借助藍(lán)牙模塊，將心率數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備或移動(dòng)應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄。這樣的設(shè)計(jì)不僅能夠?yàn)橛脩籼峁┍憬莸男穆时O(jiān)測(cè)功能，還能夠?yàn)獒t(yī)療健康、運(yùn)動(dòng)健身等領(lǐng)域的應(yīng)用提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)支持。接口說明：（1）+外接5V（2）-外接GND（3）S輸出接口（0和1）Pulsesensor脈搏心率傳感器模塊接口原理圖如圖3-9所示。圖3-9Pulsesensor脈搏心率傳感器模塊接口原理圖Pulsesensor脈搏心率傳感器模塊實(shí)物圖如圖3-10所示。圖3-10Pulsesensor脈搏心率傳感器實(shí)物圖此脈搏心率傳感器理論上輸出的波形圖如圖3-11：圖3-11心率脈搏傳感器輸出波形圖示波器得出的波形圖與理論波形相同。如圖3-12所示。圖3-12心率脈搏傳感器實(shí)際輸出信號(hào)波形經(jīng)過LM393比較器模塊濾波后的波形圖為方波，如圖3-13所示。圖3-13心率脈搏傳感器經(jīng)比較器濾波后輸出的波形圖LM393比較器模塊對(duì)Pulsesensor脈搏心率傳感器模塊濾波的電路原理圖如圖3-14所示。圖3-14心率檢測(cè)電路原理圖LM393比較器模塊具體內(nèi)部原理圖如圖3-15所示。在STM32單片機(jī)藍(lán)牙手環(huán)的設(shè)計(jì)中，采用了LM393比較器模塊來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的處理和轉(zhuǎn)換。電路中，使用了LM393比較器芯片來進(jìn)行模擬信號(hào)的比較。在該電路設(shè)計(jì)中，R1電阻的選用是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的分壓功能，有助于產(chǎn)生相應(yīng)方波信號(hào)。這樣的設(shè)計(jì)能夠確保在輸入信號(hào)變化時(shí)，能夠及時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)，滿足電路的功能要求。提高電路的穩(wěn)定性和可靠性。另外，設(shè)置了限流電阻R2和R3，用于保護(hù)LED燈，防止過電流損壞LED。R4是上拉電阻，控制電壓，可以避免因信號(hào)波動(dòng)而引起的誤操作或損壞。這樣的設(shè)計(jì)方案可以有效地將LM393比較器模塊應(yīng)用于藍(lán)牙手環(huán)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的可靠處理和轉(zhuǎn)換，為手環(huán)的功能增加了更多可能性。圖3-14LM393比較器模塊內(nèi)部電路圖LM393比較器模塊實(shí)物圖如圖3-15所示。圖3-15LM393比較器模塊實(shí)物圖在STM32單片機(jī)藍(lán)牙手環(huán)的設(shè)計(jì)中，以DS18B20溫度傳感器模塊作為核心組件，這款傳感器以其數(shù)字信號(hào)輸出、小巧的體積以及強(qiáng)大的抗干擾能力而聞名，能夠在各種溫度測(cè)量場(chǎng)合表現(xiàn)出色。其獨(dú)特的單線接口方式使得與控制器的連接更為簡(jiǎn)便，減少了連接線路的復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，DS18B20傳感器還具有高精度和快速響應(yīng)的特點(diǎn)，能夠快速準(zhǔn)確地獲取環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求。與STM32單片機(jī)進(jìn)行雙向通訊，無需任何外圍元件即可實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。在實(shí)際應(yīng)用中，采用了不銹鋼鋼管封裝形式，具有防水功能，可廣泛應(yīng)用于液體溫度檢測(cè)場(chǎng)合。通過STM32單片機(jī)的GPIO口配置和串行通訊功能，讀取溫度傳感器模塊輸出數(shù)據(jù)，并通過藍(lán)牙模塊將數(shù)據(jù)傳輸至外部設(shè)備或移動(dòng)應(yīng)用程序進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄。這樣的設(shè)計(jì)方案不僅為用戶提供了便捷的溫度監(jiān)測(cè)功能，也為手環(huán)的智能化提供了有力支持，使其在醫(yī)療健康、運(yùn)動(dòng)健身等領(lǐng)域具備更廣闊的應(yīng)用前景。實(shí)物圖如圖3-16，3-17所示：圖3-16DS18B20傳感器實(shí)物圖（裸露）圖3-17DS18B20傳感器實(shí)物圖（防水）DS18B20溫度傳感器原理圖如圖3-18：圖3-18DS18B20溫度傳感器原理圖DS18B20溫度傳感器PCB封裝圖如圖3-19：圖3-19DS18B20溫度傳感器PCB封裝圖藍(lán)牙模塊電路設(shè)計(jì)在STM32單片機(jī)驅(qū)動(dòng)下的藍(lán)牙手環(huán)系統(tǒng)中，藍(lán)牙模塊電路設(shè)計(jì)關(guān)鍵而簡(jiǎn)潔。電源連接確保藍(lán)牙模塊工作在規(guī)定電壓范圍內(nèi)，串口連接通過連接TX和RX引腳實(shí)現(xiàn)與主控制器的通信，配置引腳連接用于與主控制器的相應(yīng)引腳進(jìn)行設(shè)置和控制。同時(shí)，天線連接被精心設(shè)計(jì)以提高通信質(zhì)量。這一電路設(shè)計(jì)遵循藍(lán)牙模塊的規(guī)格和數(shù)據(jù)手冊(cè)，保證了整個(gè)系統(tǒng)在工作中的可靠性和穩(wěn)定性。藍(lán)牙模塊實(shí)體圖如圖3-20所示。圖3-20藍(lán)牙模塊實(shí)體圖本章為STM32單片機(jī)支持下的藍(lán)牙手環(huán)的硬件設(shè)計(jì)。介紹各個(gè)模塊在系統(tǒng)中起到的作用，并分析各個(gè)模塊的引腳功能以及電路設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了KeiluVision5軟件作為編寫軟件。這款軟件具有強(qiáng)大的功能和用戶友好的界面，能夠有效地提高開發(fā)效率和代碼質(zhì)量。同時(shí)，為了提高程序的易讀性和移植性，我們選擇了C語言作為主要的編程語言。C語言是一種通用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)化好、表達(dá)能力強(qiáng)的高級(jí)語言，廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，能夠使程序更加清晰易懂，并方便后續(xù)的移植和維護(hù)工作。系統(tǒng)的運(yùn)行流程設(shè)計(jì)為系統(tǒng)初始化階段，是系統(tǒng)運(yùn)行的第一步，它為后續(xù)的功能模塊運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)，確保系統(tǒng)能夠正常啟動(dòng)和運(yùn)行。在初始化過程中，需要對(duì)系統(tǒng)各個(gè)模塊進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐渲煤蛥?shù)設(shè)置，以滿足系統(tǒng)的需求和功能要求。特別是對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘的初始化設(shè)置，能夠確保系統(tǒng)的時(shí)序精度和穩(wěn)定性，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和通信傳輸提供可靠的時(shí)鐘支持。同時(shí)，定時(shí)器和串口的初始化設(shè)置也是非常重要的，它們能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)時(shí)間的精確控制和對(duì)外部設(shè)備的穩(wěn)定通信，是系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。這些步驟確保系統(tǒng)各部分正常運(yùn)行，并準(zhǔn)備好接收和處理數(shù)據(jù)。接著，系統(tǒng)定時(shí)讀取溫度和角度傳感器的數(shù)據(jù)，確保及時(shí)獲取環(huán)境溫度和用戶姿勢(shì)信息。溫度數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)從溫度傳感器中讀取環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，同時(shí)步數(shù)采集模塊從加速度傳感器中讀取用戶的步數(shù)信息。采集心率數(shù)據(jù)后經(jīng)過計(jì)算和處理，得到準(zhǔn)確的心率信息，為用戶提供實(shí)時(shí)的健康監(jiān)測(cè)。最后，系統(tǒng)將采集到的溫度、步數(shù)和心率數(shù)據(jù)更新至液晶顯示屏，用戶可以通過顯示屏實(shí)時(shí)查看健康數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)[11]。系統(tǒng)運(yùn)行流程圖如圖4-1所示。圖4-1系統(tǒng)運(yùn)行流程圖采用LED顯示屏作為顯示模塊，實(shí)時(shí)各種健康數(shù)據(jù)。圖4-2為LED顯示模塊程序流程圖：圖4-2LED顯示模塊程序流程圖主要代碼如下： disBuShu=BuShu/2;//顯示步數(shù) disJuLi=disBuShu*0.45;//顯示距離 sprintf(dis0,"X:%03d/min%4.1fC",xinLv,temperature);//打印 Lcd_Puts(0,0,(unsignedchar*)dis0); //顯示 Lcd_1Put(14,0,0xdf);//顯示符號(hào) sprintf(dis1,"BS:%03dJL:%4.1fm",disBuShu,disJuLi);//打印 Lcd_Puts(0,1,(unsignedchar*)dis1); //顯示 sendshuju(disBuShu); delay_ms(3); sendshuju(disJuLi); delay_ms(3); sendshuju(xinLv); delay_ms(3); sendshuju(temperature); } } } }采用DS18B20溫度傳感器。首先單片機(jī)會(huì)讀取傳感器引腳的輸出信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)據(jù)。傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)通過一系列的通信協(xié)議包含溫度值。通過單片機(jī)解碼，將其轉(zhuǎn)換為實(shí)際的溫度數(shù)值。圖4-3為溫度傳感器模塊程序流程圖：圖4-3溫度傳感器模塊程序流程圖主要代碼如下：//開始溫度轉(zhuǎn)換voidDS18B20_Start(void){ DS18B20_Rst(); DS18B20_Check(); DS18B20_Write_Byte(0xcc);DS18B20_Write_Byte(0x44);}//獲取溫度值//返回值：（-550~1250）shortDS18B20_Get_Temp(void){u8temp;u8TL,TH; shorttem;DS18B20_Start();DS18B20_Rst();DS18B20_Check(); DS18B20_Write_Byte(0xcc);//skipromDS18B20_Write_Byte(0xbe);//convert TL=DS18B20_Read_Byte();//LSBTH=DS18B20_Read_Byte();//MSB if(TH>7){TH=~TH;TL=~TL;temp=0;//溫度為負(fù)}elsetemp=1;//溫度為正 tem=TH;//獲得高八位tem<<=8;tem+=TL;//獲得底八位tem=(float)tem*0.625;//轉(zhuǎn)換 if(temp)returntem;//返回溫度值 elsereturn-tem;}首先進(jìn)行ADXL345傳感器的初始化設(shè)置，然后，系統(tǒng)周期性地讀取ADXL345傳感器的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。接著，基于加速度數(shù)據(jù)，系統(tǒng)計(jì)算出傾角信息，利用加速度數(shù)據(jù)計(jì)算傾角。最后，系統(tǒng)將計(jì)算得到的傾角信息用于顯示在LCD屏幕上。圖4-4為傾角傳感器模塊程序流程圖：圖4-4溫度傳感器模塊程序流程圖主要代碼如下;voidInit_ADXL345(void){Single_Write_ADXL345(0x31,0x0B);//設(shè)置測(cè)量范圍為正負(fù)16g，采用13位模式Single_Write_ADXL345(0x2C,0x08);//設(shè)置速率為12.5HzSingle_Write_ADXL345(0x2D,0x08);//選擇電源模式Single_Write_ADXL345(0x2E,0x80);//使能DATA_READY中斷Single_Write_ADXL345(0x1E,0x00);//設(shè)置x偏移量//Single_Write_ADXL345(0x1F,0x00);//設(shè)置Y偏移量Single_Write_ADXL345(0x20,0x05);//設(shè)置Z偏移量}//顯示x軸數(shù)據(jù)voidReadData_x(void){intdis_data;//定義變量Multiple_Read_ADXL345();//讀取并儲(chǔ)存數(shù)據(jù)dis_data=(BUF[1]<<8)+BUF[0];//合成數(shù)據(jù)temp_X=(float)dis_data*3.9;//計(jì)算并顯示數(shù)據(jù)dis_data=(BUF[3]<<8)+BUF[2];//合成數(shù)據(jù)temp_Y=(float)dis_data*3.9;//計(jì)算并顯示數(shù)據(jù)dis_data=(BUF[5]<<8)+BUF[4];//合成數(shù)據(jù)temp_Z=(float)dis_data*3.9;//計(jì)算并顯示數(shù)據(jù)}系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，先進(jìn)入藍(lán)牙模塊初始化設(shè)置階段，設(shè)定藍(lán)牙模塊的藍(lán)牙名稱和PIN碼等基本信息。這些初始化設(shè)置的目的是為了使藍(lán)牙模塊能夠適應(yīng)不同的通信環(huán)境和外部設(shè)備的需求，完成初始化設(shè)置后，它將進(jìn)入等待連接狀態(tài)，開始監(jiān)聽外部設(shè)備的連接請(qǐng)求。在這個(gè)狀態(tài)下，藍(lán)牙模塊將持續(xù)掃描周圍的設(shè)備，接受請(qǐng)求并建立連接。連接建立后，系統(tǒng)即可與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是從傳感器模塊獲取的健康數(shù)據(jù)。接收到外部設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。當(dāng)通信結(jié)束或外部設(shè)備主動(dòng)斷開連接時(shí)，藍(lán)牙模塊斷開連接并返回到等待連接狀態(tài)。系統(tǒng)回到等待連接狀態(tài)，繼續(xù)等待下一次連接請(qǐng)求。圖4-5為藍(lán)牙模塊程序流程圖：圖4-5藍(lán)牙模塊程序流程圖主要代碼如下：voidUSART1_IRQHandler(void) //串口1中斷服務(wù)程序{ u8Res1;#ifdefOS_TICKS_PER_SEC OSIntEnter();#endif if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)!=RESET)//接收中斷 { Res1=USART_ReceiveData(USART1);//(USART1->DR); //讀取數(shù)據(jù)}#ifdefOS_TICKS_PER_SEC OSIntExit(); #endif}voidUART_SendStr(USART_TypeDef*USARTx,char*str,u16legth){ u16im; for(im=0;im<legth;im++) { while(USART_GetFlagStatus(USARTx,USART_FLAG_TC)==RESET); USART_SendData(USARTx,*str); str++; }}系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，首先進(jìn)行心率傳感器的初始化設(shè)置，然后，系統(tǒng)周期性地讀取數(shù)然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。接著系統(tǒng)將心率數(shù)據(jù)顯示在LCD屏幕上供用戶查看，傳輸?shù)剿{(lán)牙模塊進(jìn)行進(jìn)一步處理，整個(gè)過程保證了系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地獲取用戶的心率信息，并為用戶提供及時(shí)的健康監(jiān)測(cè)服務(wù)。圖4-6為心率傳感器模塊程序流程圖。圖4-6心率模塊程序流程圖主要代碼如下：oidEXTI0_IRQHandler(void){if(xinLater>60)//濾波防止抖動(dòng)300ms{if(xinLater>400) //濾波濾掉手指未放情況{xinLater=0; //心率為0}else{xlTab[count++]=xinLater;//記錄事件間隔xinLater=0;if(count>=4) //記錄超過4次進(jìn)行濾波處理{xinLv=60000/((xlTa