随着科学技术的革新，智能化生活已经开始实现，更多的人们的目光聚焦在智能化产品上面，一方面是对自身健康的关注，另一方面是对便携轻松的生活的向往，智能手环就作为其中的一种代表性产物。其主要应用于运动显示比如显示行走及跑步的步数，距离，速度。同时可以实时健康监测比如心率，血氧，体温等。是一款突出个性与人性的智能化产物。
一、系统方案的设计1.1系统功能分析
本设计是由STM32F103C8T6最小系统电路，DS3231时钟模块，ADXL345计步模块，MAX30100血氧心率模块，DS18B20温度模块,MPU6050体位检测模块，1.44寸TFT彩色液晶屏显示模块组成的嵌入式智能手环系统。
（1）通过DS3231时钟模块实现日期显示的功能
（2）使用传感器ADXL345检测人步数
（3）通过MAX30100传感器实时检测血氧心率；
（4）通过传感器DS18B20进行温度测量。
（5）通过MPU6050体位检测卧床病人是否跌倒或可以通过此功能蜂鸣器警报呼叫。
（6）通过1.44寸TFT彩色液晶屏实时显示日期，步数，距离，心率，血氧，跌倒状态以及温度值。
1.2系统总体结构
（1）STM32单片机实物图如下图所示。
（2）DS3231实物图
(3)ADXL345模块实物图如下图所示
（4） MAX30100实物图
(5)MPU6050实物图
(6)DS18B20温度传感器的实物图
(7)1.44寸TFT显示模块
整体系统实物图
手工焊接是一种常见的原始焊接方法。
本设计采用轮询的操作方式，首先在系统中断中间隔不同的时间给相应的标志位置一，比如：计步每隔0.2s计步标志位置一，时钟每隔1s置一一次。然后在主循环中检测标志位，如果标志位置一。刷新相应的值。
3.1系统流程图
下面是更为详细的流程图
#include "stm32f10x.h"#include "delay.h" #include "led.h" #include "uart.h" #include "stdio.h" #include "ds18b20.h" #include "Lcd_Driver.h" #include "TFT_demo.h" #include "GUI.h" #include "key.h" #include "mpu6050.h" #include "inv_mpu.h" #include "inv_mpu_dmp_motion_driver.h" #include "math.h" #include "MAX30100.h" #include "MAX30100_Filters.h" #include "MAX30100_PulseOximeter.h" #include "MAX30100_SpO2Calculator.h" #include "myiic.h" #include "timer3.h" #include "adxl345.h" #include "myiic_2.h" #include "DS3231.h" u8 ReadAdxl345; //定时读取adxl345数据 u8 ErrorNum=0; //记录错误次数 u16 Normal_num=0; //正常次数 u16 Error_num=0; //倾斜次数 u16 BuShu=0; //步数脉冲量 u16 step_num = 0; //计数步数 float disJuLi = 0; //显示距离 signed short HeartRate_val=0; //心跳速率 u8 SPO2_val = 0; //血氧浓度 u8 mpu_count = 0; u8 STAP_FLAG = 0; u8 mpu_flag = 0; //人体跌倒检测标志位 标志位1、2任意一个异常 该标志位为1 【1：跌倒，0：正常】 _Bool mpu_1_flag = 0; //人体跌倒检测标志位1 角度异常标志 【1：异常，0：正常】 _Bool mpu_2_flag = 0; //人体跌倒检测标志位2 加速度异常标志 【1：异常，0：正常】 _Bool mpu_temp = 0; //缓存 _Bool temp_flag = 0; //温度获取标志 _Bool max_flag = 0; //心率血氧获取标志 _Bool time_flag = 0; //时间获取标志 _Bool MPU_flag = 0; //开关 陀螺仪姿态获取分析标志 _Bool MAX_flag = 0; //开关 心率血氧获取分析标志 _Bool ADXL_flag = 0; //开关 计步获取分析标志 int SVM; //人体加速度向量幅值SVM int main(void) { float pitch,roll,yaw; //欧拉角 short aacx,aacy,aacz; //加速度传感器原始数据 u8 t = 0; u16 z = 0; //温度中间缓存值 u16 temp_BuShu; SysTick_Config(SystemCoreClock/1000); Delay_Ms(100); Lcd_Init(); //屏幕初始化 UART1_Init(); //串口调试 波特率115200 DS18B20_Init(); //DS18B20温度模块初始化 PA4 Gpio_Init(); //蜂鸣器初始化 PA5 EXTI_KEY_Config();//按键初始化 PA6 MPU_Init(); //MPU6050初始化 -----SCLK接到“PB10”脚 SDIN接到“PB11”脚 DS3231_Init(); //时钟模块初始化 -----SCLK接到“PA3 ”脚 SDIN接到“PA2 ”脚 Delay_Ms(100); //等待初始化稳定 //测试时钟代码 // DS3231_Set(20,5,28,21,36,0); // while(1) // { // Delay_Ms(2000); //等待初始化稳定 // get_show_time(); // printf("%u-%u-%u\t",calendar.w_year+2000,calendar.w_month,calendar.w_date); // printf("%u:%u:%u\r\n",calendar.hour,calendar.min,calendar.sec); // } IIC_Init(); //血氧浓度模块IIC初始化 -----SCLK接到“PB8 ”脚 SDIN接到“PB9 ”脚 TIM3_Init(); //每1ms执行一次中断, RunTime 每1ms加 1 SPO2_Init(); //血氧心率配置 boot_Demo(); //启动界面 Delay_Ms(1000); //等待初始化稳定 Init_ADXL345(); //Init_ADXL345初始化 -----SCLK接到“PB6 ”脚 SDIN接到“PB7”脚 if(Single_Read_ADXL345(0X00)==0xe5) { Delay_Ms(5); } else { Delay_Ms(3); } while(mpu_dmp_init())//DMP初始化 { //printf("MPU6050 Error"); Delay_Ms(200); } main_Demo(); //主界面 STAP_FLAG = 1; while(1) { //====人体温度检测显示==== if(temp_flag) { z = (ds18b20_read()& 0x07FF); temperature = z/16.0; temp_flag = 0; snprintf((char*)str, sizeof(str), " %2.1f ", temperature); Gui_DrawFont_GBK16(40,64,WHITE, BLACK,str); } //====心跳血氧获取==== if(MAX_flag) { POupdate(); //更新FIFO数据 血氧数据 心率数据 if(max_flag) { max_flag = 0; show_max30100(HeartRate_val,SPO2_val); } } //====计步程序==== if((!MPU_flag) && (!MAX_flag)) { if(ReadAdxl345 == 1) //定时读取adxl345数据 { ReadAdxl345= 0; ReadData_x(); //三轴检测函数 if((temp_Y>450)||(temp_Y<-450)) //查看正常次数 { Normal_num++; //正常次数++ } else { Error_num++;//倾斜次数 } if((Error_num!=0)&&(Normal_num!=0))//检测到步数 { BuShu++; //步数脉冲量++ Error_num=0; //清除一个周期检测 Normal_num=0; } step_num = BuShu/2; //显示步数 disJuLi = step_num*0.45;//显示距离 if(BuShu != temp_BuShu){ snprintf((char*)str, sizeof(str), "%u", step_num); Gui_DrawFont_GBK16(48,16,WHITE, BLACK,str); snprintf((char*)str, sizeof(str), "%0.1f", disJuLi); Gui_DrawFont_GBK16(48,96,WHITE, BLACK,str); temp_BuShu = BuShu; } } } //获取时间 if(time_flag) { time_flag = 0; get_show_time(); sprintf((char*)str,"%u:%u:%u\r\n",calendar.hour,calendar.min,calendar.sec); Gui_DrawFont_GBK16(48,112,WHITE, BLACK,str); printf("%u-%u-%u\t",calendar.w_year+2000,calendar.w_month,calendar.w_date); printf("%u:%u:%u\r\n",calendar.hour,calendar.min,calendar.sec); } //====MPU6050数据获取==== if(MPU_flag) { t++; if(t>=10) { t=0; if(mpu_dmp_get_data(&pitch,&roll,&yaw)==0) { MPU_Get_Accelerometer(&aacx,&aacy,&aacz); //得到加速度传感器数据 SVM = sqrt(pow(aacx,2)+ pow(aacy,2) + pow(aacz,2)); //printf("pitch:%0.1f roll:%0.1f yaw:%0.1f SVM:%u\r\n",fabs(pitch),fabs(roll),fabs(yaw),SVM); //分析x、y、z角度的异常判断 if( fabs(pitch)>40 || fabs(roll)>40 || fabs(yaw)>40 )//倾斜角度的 【绝对值】 大于40°SVM大于设定的阈值时，即认为摔倒 mpu_1_flag = 1; else mpu_1_flag = 0; //分析加速度SVM的异常判断 if( SVM>23000 || SVM<12000 ) mpu_2_flag = 1; else mpu_2_flag = 0; //综合欧拉角、SVM异常判断异常 if( mpu_2_flag || mpu_1_flag ) { mpu_flag = 1; show_mpu(1); } } } } Delay_Ms(10); } } void SysTick_Handler(void) { TimingDelay--; if(STAP_FLAG) { led_count++; if(led_count%200 == 0) { ReadAdxl345 = 1; } if(led_count == 1000) { led_count = 0; temp_flag = 1; max_flag = 1; time_flag = 1; if(mpu_flag) //蜂鸣器响一秒 { mpu_count++; if(mpu_count == 1)BEEP_ON; else if(mpu_count == 2)BEEP_OFF; } if(mpu_count == 3) //异常3秒回复状态 { mpu_count = 0; mpu_flag = 0; show_mpu(0); } } } }
复制代码代码结构如图
想要实现更多的研究，就要深入的理解它，如果我们可以在智能手环中，我们可以引入操作系统，使用一些可以跑操作系统(Android)的处理器，可以让多功能的实现不是那么的有难度。
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