基于ARM体系的智能手环系统设计

房天奇

摘 要：本文主要讨论一种基于ARM体系的智能手环，该手环基于STM32微控制器，实现空气质量检测、实时定位、蓝牙传输及音频播放的功能。手环的空气质量检测功能通过现场采集空气信息后经过手环的内置处理器进行智能分析。同时，手环可通过开启GPS模块，获得实时位置信息。此外，还可以通过蓝牙模块与PC机的接通实现信息输入与输出、系统更新、多平台控制等功能。

关键词：STM32；手环；蓝牙；空气质量检测；GPS；智能

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）04-0046-02

对于当今社会上空气污染严重及各种老人儿童走丢等问题，本手环通过GPS、蓝牙、空气质量传感器等硬件以及相关的软件设计，使用户能够适时了解周围环境的空气质量与位置信息。同时，对于建立大范围内实时实地的空气质量监测系统有重要意义。

1 手环系统总体设计

STM32F103系列采用基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核，其最高工作频率可达72MH；其片上集成32-512KB的Flash存储器和6-64KB的SRAM存储器；采用2.0-3.3V的电源供电和I/O接口的驱动电压，上电复位（POR）、掉电复位（PDR）和可编程的电压探测器（PVD）。4-16MHz的晶振。内嵌出厂前调校的8MHz RC振荡电路。内部40 kHz的RC振荡电路、用于CPU时钟的PLL和带校准用于RTC的32kHz的晶振；具有3种低功耗模式：休眠、停止和待机模式；具有两种调试模式：串行调试和JTAG接口；拥有12通道DMA控制器，支持的外设：定时器、ADC、DAC和USART；同时还内置3个12位的us级的16通道A/D转换器，测量范围为0-3.3V，兼具双采样和保持能力。此外，STM32F103还可拥有最多高达112个的快速I/O端口，而且所有端口都可以映射到16个外部中断向量。

总的来说STM32F103所具有的特点满足一款所要求的体积小、重量轻和功能强大的要求。

本设计是以STM32F103微控制器为核心，结合多种外部设备所构成的硬件系统，系统构成如图1。

STM32作为主控制器，由电源模块供电，主要用于收集信息、处理信息、协调系统中各个功能的正常运转。此外，扩充了蓝牙模块、GPS模块等进行信息采集和传递；空气质量传感器用于检测当地的空气质量状况，也可以与GPS互联互通，實现各地的空气质量信息收集与汇总，可用来建立大范围内实时实地的空气质量监测系统；大容量内存用于储存各种软件、音频、临时数据等。按键电路用于设置手环功能、输入指令；LCD显示空气质量、位置坐标、MP3等各项信息；GPS实现手环的即时定位；蓝牙模块用于实现手环与外界的双向通信。

通过配置相关的外部设备，该系统主要完成3个既定功能，分别为：空气质量检测、GPS实时定位和信息传输。

空气质量检测：由按键控制开启空气质量检测功能，通过空气质量传感器获取当前大气中的空气质量信息，然后由STM32接收并处理信息，处理后的信息交给LCD屏对外显示。

信息传输：由按键控制开启信息传输功能，根据需要发送和接收的不同功能，通过蓝牙模块访问手环系统和PC。

GPS实时定位：由按键控制开启GPS定位功能，GPS模块获取信息并交给软件处理分析地理信息，处理后的信息交给LCD屏对外显示。

系统主体程序设计流程如图2。

2 空气质量检测部分设计

空气质量检测部分硬件设计流程如图3。

空气质量传感器通过检测空气质量获得一个微弱信号，由于该微弱信号无法被单片机系统直接采集，因此还需要特定的放大电路进行放大。STM32虽然有内置的ADC模块，但是其能采集的电压信号范围为0-3.3V，因此需要对采集放大的信号进行处理，使其满足STM32的ADC工作需求。经过信号处理电路后，由STN32的ADC进行数据采集，单片机进行数据处理获得最终的空气质量的值，最后通过串口发送到LCD屏进行显示。

空气质量检测部分软件设计流程如图4。

3 蓝牙模块设计

本系统采用蓝牙模块作为信息传输的载体，以完成无线传输的各项功能，如图5。一方面通过与PC的信息获取和传递向系统内部存储信息或者更新升级；另一方面，将内部的音频信息发送给配对的蓝牙耳机的进行播放。

4 GPS模块设计

由按键控制开启GPS定位功能，GPS模块获取信息并交给软件处理分析地理信息，处理后的信息交给LCD屏对外显示。

GPS实时定位软件设计如图6。

通过按键中断来开启GPS定位功能：按键触发后，打开GPS进行初始化，获取当前所处的位置信息，通过相应算法获得当前所处位置，再经STM32进行显示或者发送操作。

5 结语

本手环系统的设计主要针对当前生活中糟糕的空气质量状况及日益严峻的各种老人儿童走丢现象，通过STM32微控制器以及相关外部设备的搭建实现了空气质量检测和实时位置获取的功能。同时，也可以通过用户群体来建立大范围内实时实地的空气质量监测系统，具有一定的应用价值。

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