基于STM32單片機的智能手環設計與實現

梁偉鄯++王健+魏千

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

【關鍵詞】STM32單片機 智能手環 設計

一、智能手環的框架總體設計

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

二、硬件系統的邏輯結構

（一）STM32F103C8T6 MCU介紹

STM32F103C8T6 MCU為使用高性能的ARM，32位的RISC內核，工作頻率為72MHz，內置高速存儲器（高達128K字節的閃存和20K字節的SRAM），增強了I/O端口和連接到兩條APB總線的外設。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，還包含標準和先進的通信接口：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，可通過導線連接將采集到的模擬信號傳輸給STM32單片機用來轉換為數字信號，再通過STM32單片機簡單計算后就可以得到心率數值。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設置，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，輸出數據頻率為100Hz時功耗低于2μA，在運動觸發喚醒模式下功耗為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低功耗的加速度計不同，它采用的是全數據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進行計算。

（五）串行液晶顯示屏

ILI9163是用于單芯片的SoC驅動132x162分辨率的TFT液晶顯示器，包括396路源驅動器，一個162通道柵極驅動器。所述ILI9163支持18/16/9/8位數據總線接口和串行外設接口（SPI）。移動圖片區域可以通過窗口地址功能的內部GRAM指定。指定的窗口區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域。ILI9163還支持一個函數顯示在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是理想的液晶驅動中型或小型便攜式產品，如數碼手機、智能手環、MP3等。

三、結論

由于此智能手環功能較多，需分多個模塊來實現。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；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；振動電機用于設計鬧鐘。最后，所測心率數、步數、定位數據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單片機的基礎上，使得此款智能手環相對經濟適用。此智能手環以STM32為硬件設計及軟件開發為中心，不僅使高速轉換及計步、定位、測心率等多種功能得到了實現，而且其省電模式保證了低功耗應用的要求，較大限度地發揮了STM32單片機的優勢。