基于STM32的智能手环设计与实现（下）-阿里云开发者社区

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4.2.8 蜂鸣器报警电路设计

按键我们可以用于设置心率体温上限，血氧下限，当参数不在范围内蜂鸣器进行声光报警提醒。

蜂鸣器是一种蜂鸣元器件，供电时就进行蜂鸣，操作非常简单。市场上有很多蜂鸣器,我们选择提供5V电源的蜂鸣器被认为是实用的。当我们使用蜂鸣器时,我们有一个小技巧。如果我们觉得蜂鸣器不够响,我们可以把蜂鸣器顶部的纸去掉。在本次设计中，当检测到温度或者烟雾浓度高于报警上限时，蜂鸣器报警。蜂鸣器电路如图3.6所示，由3部分组成，一部分是一个1k的电阻，第二部分是一个PNP三极管，最后一部分就是蜂鸣器。三极管采用NPN三极管，其主要功能是放大电流和电平特性，因为单片机电路的电路非常小，无法提供蜂鸣器所需的电流，经过三极管放大驱动电流后，电流放大200倍，驱动蜂鸣器报警。

4.2.9 GPS定位模块电路设计

GPS接收模块通过它的接收天线获取卫星信号，经过变频、放大、滤波、相关、混频等一系列处理，可以实现对天线视界内卫星的跟踪、锁定和测量。在获取了卫星的位置信息和测算出卫星信号传播时间之后，即可计算出天线位置。用户通过输入输出接口，与GPS接收模块进行信息交换，实现功能。GPS接收模块内部结构如图所示。

该设计中GPS信号接收模块所选用的是VK2828U7接收模块，该模块是由美国瑟孚科技有限公司所生产。主要使用到的引脚如下图所示。该模块具有12通道并行接收能力，所接收的GPS信号属于民用频段的L1信号（1575.42MHz），在没有SA干扰的情况下平均定位误差为10米，动态速度误差为0.1米/秒，信号灵敏度达到－142dBm，冷启动定位时间为42秒，热启动时间为38秒，重新定位时间仅仅需要8秒。

4.2.10 蓝牙模块电路设计

本次设计采用的无线通信模块为HC05。HC05模块是主从一体的，而且性能较高，可以与PDA、手机、电脑等具有蓝牙功能的设备实现配对，该模块所支持的波特率范围非常大，为4800~1382400，而且该模块和3.3V或5V的单片机系统相兼容，极其方便、灵活。

五、软件编程设计

完整的控制系统由硬件系统和软件系统组成，前一章主要阐述了系统的硬件电路的设计方案，若要充分发挥系统的设计功能，则需要支持硬件平台的软件程序，即烧写到单片机内部的程序。本设计利用STM32为控制中心，采用的的是STM32F103C8T6芯片，开发环境是Keil uVision5 by ARM软件，这款开发环境是目前STM32单片机系统的主流软件，使用的非常频繁。程序的烧录使用的是STLINKV2下载器进行烧录程序。

5.1软件整体流程图设计

主程序模块：系统上电后，我们需要配置个个传感器的引脚，然后初始化IIC 让oled进行液晶显示和ADXL345进行数据采集，采集完成后蓝牙串口初始化等待发送数据，DS18B20进行温度采集，心率传感器通过获取当前心率值，时钟显示当前的时间，最后把数据通过蓝牙发送到手机端，控制OLED显示当前采集到的数据，最后进入按键扫描判断按键是否按下如果按下则处理按键扫描函数。

如下图所示，是整个系统的主程序流程图：

5.2 心率程序设计

本次设计采用的是MAX30102芯片对人体心率或者血氧进行采集，我们此次是用来做心率采集，MAX30102我们采用的是IIC进行通信首先我们需要在程序里面配置IIC数据传输的引脚分别进行配置，然后对IIC进行初始化bsp_InitI2C()； MAX30102写寄存器函数maxim_max30102_write_reg(uint8_t uch_addr, uint8_t uch_data); MAX30102读寄存器函数maxim_max30102_read_reg(uint8_t uch_addr, uint8_t *puch_data); MAX30102初始化maxim_max30102_init(); MAX30102读缓冲器FIFO maxim_max30102_read_fifo(uint32_t *pun_red_led, uint32_t *pun_ir_led); 计算心率，通过检测PPG (photoplethysmographic,光电容积脉搏波描记法)周期的峰值和相应的红/红外信号的AC/DC，计算出心率值

maxim_heart_rate_and_oxygen_saturation(uint32_t *pun_ir_buffer,
 int32_t n_ir_buffer_length, uint32_t *pun_red_buffer, 
 int32_t *pn_spo2, int8_t *pch_spo2_valid,
 int32_t *pn_heart_rate, int8_t *pch_hr_valid)；

5.3 液晶显示程序设计

要让液晶显示屏正常工作，首先写入命令控制字，然后在写入需要显示的数据。写入命令控制字之前,必须用指令来查看液晶是否正在工作。如果正在工作,那就必须等待,直到液晶发出工作完成的信号时,才能够写入控制字和数据。液晶显示模块程序流程图如下图所示。

5.4 按键程序设计

按键电路有四个引脚。其中两两相同。我们在连接电路的时候只需要连接2个引脚就可以了。工作原理其实就是一个对信号的高低电平检测。在我们按键被按下时，单片机引脚的IO口就会检测为低电平。这些IO口电平特性的改变就会程执行相应的功能操作。判断按键是否按下if(K10){while(K10)去延时，数值加;if(K20){delay_key()延迟，然后while(K20);是否按下如果按下，数值减。单独按第三个按键就是清零流程图如下图所示：

5.5 DS18B20温度采集程序设计

从DS18B20中读取温度的过程是：首先获取DS18B20中的温度值，该温度值为BCD码形式，然后通过转换，以十进制形式输出温度值，且此时输出的温度值含有两位小数，但输出时没有小数点，输出的温度值是实际温度的一百倍。它的步骤如下：

（1）初始化函数

（2）读取温度传感器的温度

（3）计算实际温度值

如果测得的温度大于0，只要将测到的数值乘以0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，测到的数值需要取反加1再乘以0.0625才能得到实际温度。

5.6 DS1302时钟程序设计

5.7 蜂鸣器报警程序设计

蜂鸣器的正极性的一端联接到三极管上，为了防止三极管直接被导通我们加一个1K的限流电阻，通过单片机iO口来输出高点电平，当管脚为高电平时，三极管导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。当管脚为低电平时，三极管截至，蜂鸣器不发出声音。其电路如图所示。

流程图如下：

5.8 ADXL345三轴传感器程序设计

本次设计采用的是ADXL345三轴传感器来检测当前行走的步数，ADXL345有2种通信方式，我们采用的是IIC进行数据传输。首先我们需要在程序里面配置IIC数据传输的引脚分别为SCL对应A6 ,SDL对应A7，然后对ADXL345进行初始化Init_ADXL345()；写入开始信号和停止信号。void ADXL345_Start()；void ADXL345_Stop()；接收应答信号：bit ADXL345_RecvACK()，ADXL345开始读取采集到的数据BYTE ADXL345_RecvByte()；读取ADXL345的加速度值，从而判断是否发生位移void Multiple_read_ADXL345(void)；如果读取到的数据为0XE5表示发生位移行走。devid=Single_Read_ADXL345(0X00); if(devid!=0XE5)

5.9 GPS程序设计流程图

先是STM32单片机对串口的引脚进行配置，配置完成后我们选择需要用到的串口引脚进行初始化，引脚初始化完成后我们选择相对应的波特率来进行串口通信，延迟一段时间后开始获取采集信息，本次设计使用了串口3，4G模块 – USART1，GPS – USART2，BLE – USART3，DEBUG – UART4GPS。接下来进行串口时钟使能，RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE); 然后是GPIO端口模式设置，GPS数据采集部分流程图如下图所示：

5.10 蓝牙程序流程图设计

本次设计使用HC-05蓝牙模块作为单片机和手机间的的通信工具。首先给蓝牙透传模块上电，此时led闪烁。单片机上的蓝牙模块也上电工作，蓝牙主要是通过串口进行数据传输，初始化显示内容为uchar code Init1[]="WELCOME: ";延迟void HC-05 delay(uint z)；写入命令void RART_com(uchar com)；写数据void write_data(uchar date)；初始化void HC-05(void)读取字节for(i=0;i<8;i++) {write_data(Init1[i]);}最后我们通过手机点击“搜索位于有效范围内的设备”，系统将搜索蓝牙设备，默认设备名称“CH-05”，双击或者点击右键选择“添加蓝牙设备”，输入配对密码（默认为“1234”）。点击“下一步”，如果密码正确，则单片机和手机之间则建立通信，在手机选择波特率9600，在手机上显示经纬度信息和时间。下图是HC-05蓝牙通信模块流程图：