基于STM32单片机的智能手环设计与实现

梁伟鄯++王健+魏千

【摘 要】文章主要介绍了基于STM32单片机的智能手环硬件设计与实现。此智能手环设计与实现的主要功能包括测心率、GPS定位、显屏心电图和计步等。

【关键词】STM32单片机 智能手环 设计

一、智能手环的框架总体设计

框架总体设计如图1所示，以MCU STM32为智能手环的硬件设计及软件开发为中心。智能手环主要通过STM32控制GPS模块实现定位功能，控制心率脉搏传感器实现测心率功能，控制三轴加速传感器实现计步功能。定位数据、心率数据及计步数据均通过显示屏显示。电源模块为锂电池，给智能手环的各个模块供电。

二、硬件系统的逻辑结构

（一）STM32F103C8T6 MCU介绍

STM32F103C8T6 MCU为使用高性能的ARM，32位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器（高达128K字节的闪存和20K字节的SRAM），增强了I/O端口和连接到两条APB总线的外设。且包含2个12位的ADC，3个通用16位定时器和1个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口：多达2个I2C接口和SPI接口，3个USART接口，1个USB接口和1个CAN接口。STM32F103C8T6MCU具有省电模式，保证了低功耗应用的要求。

（二）测心率模块

如图2所示，PulseSensor是一款用于脉搏心率测量的光电反射式模拟传感器。将其佩戴于手指、耳垂等处，可通过导线连接将采集到的模拟信号传输给STM32单片机用来转换为数字信号，再通过STM32单片机简单计算后就可以得到心率数值。此外，还可将脉搏波形通过串口上传到电脑显示波形。

（三）GPS模块

如图3所示为GPS模块原理图。此模块体积小巧，性能优异，可增加放大电路，有利于无缘陶瓷天线快速搜星。可通过串口进行各种参数设置，并进行保存，使用方便。而且，此模块自带SMA接口，可以连接各种有源天线，适应能力强。此GPS模块兼容3.3V/5V电平，方便连接STM32单片机，自带可充电后备电池。

（四）计步器模块

ADXL362是一款超低功耗、3轴MEMS的加速度计，输出数据频率为100Hz时功耗低于2μA，在运动触发唤醒模式下功耗为270nA。ADXL362没有通过欠采样混叠输入信号，与使用周期采样来实现低功耗的加速度计不同，它采用的是全数据速率对传感器的整个带宽进行采样。此计步器模块可通过算法计算三轴加速度传感器的角度，再通过角度对所走步数进行计算。

（五）串行液晶显示屏

ILI9163是用于单芯片的SoC驱动132x162分辨率的TFT液晶显示器，包括396路源驱动器，一个162通道栅极驱动器。所述ILI9163支持18/16/9/8位数据总线接口和串行外设接口（SPI）。移动图片区域可以通过窗口地址功能的内部GRAM指定。指定的窗口区域可以是选择性更新，使运动图像可以显示独立静止图像区域。ILI9163还支持一个函数显示在8个颜色和睡眠模式下，允许精确功率控制。提供的软件和特性使ILI9163是理想的液晶驱动中型或小型便携式产品，如数码手机、智能手环、MP3等。

三、结论

由于此智能手环功能较多，需分多个模块来实现。计步器模块可通过算法对三轴加速器进行角度计算，再通过角度计算出所走的步数；测心率模块主要通过指尖接触手表底部进行心率测量；GPS模块对智能手表进行定位；振动电机用于设计闹钟。最后，所测心率数、步数、定位数据等都通过显示屏输出。

此智能手表适用于各类人群，它的功能性较强。又由于其工作范围是建立在STM32单片机的基础上，使得此款智能手环相对经济适用。此智能手环以STM32为硬件设计及软件开发为中心，不仅使高速转换及计步、定位、测心率等多种功能得到了实现，而且其省电模式保证了低功耗应用的要求，较大限度地发挥了STM32单片机的优势。