基于STM32的智能手环系统的设计_基于stm32的智能手环的设计

前言

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，MAX30102血氧心率模块，DS18B20温度模块,MPU6050体位检测模块，2.4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MAX30102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2.4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

二、硬件电路的搭建
2.1STM32最小系统组成部分
2.2S硬件引脚连接

三、软件设计

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

3.2主函数代码

#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);
   }
   
  }
}
}
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