山东科技大学机电工程系
摘要：随着生活水平的不断提高，越来越多的女性想要了解精确的户外环境参数，如：紫外线指数、温湿度、PM2.5等。通过了解这些环境参数，能让她们更有针对性地进行皮肤保养。目前女性们了解这些环境参数的手段非常有限，她们大多只能通过上网查询国家气象局发布的实时信息来了解。然而，这些信息往往定位到了县市级区域，无法做到以用户为中心的精确定位。因此，为帮助人们实时了解户外环境信息，研发出“基于STM32的可穿戴设备”。本设计主要由三个部分组成，一是搭载多种传感器的综合环境监测平台，二是使监测平台与手机客户端通讯的蓝牙模块，第三部分则是用于显示环境参数的显示模块。
关键词：环境参数；实时；可穿戴设备；监测平台
一、系统设计
本系统包括搭载多种传感器的综合环境监测平台子系统和显示处理子系统。系统充上电后，会先进入初始化模式，等待所有硬件（蓝牙模块的相互配对需要一定时间）都启动成功之后，搭载多种传感器的综合环境监测平台将处理紫外线指数、温湿度、PM2.5等环境参数，然后由串口将数据发送至微处理器。微处理器对数据做出分析判断，将监测的环境数据通过蓝牙模块发送到用户的手机APP上，环境参数就会显示在用户手机屏幕上。
二、主控制器
采用STM32F103C8微控制器。它是ST公司推出的一款以ARMCortex-M3为内核的32位微处理器，具有高性能、低成本、低功耗、高实时性等特点。该芯片时钟频率最高可达72MHz，片内集成256KBFlash、48KBRAM、一个CAN总线、11个定时器和3个A/D转换器，此外，芯片还提供13个通信接口，包括2个I2C接口、3个SPI接口、5个USART接口、USB2.0接口和一个SDIO接口等。STM32互连系列还提供与其它STM32微控制器相同的标准接口，这种外设共用性提升了产品的应用灵活性。
如图1为主控制器STM32F103C8电路原理图：
图1：主控制器STM32F103C8电路原理图
三、蓝牙模块
选用蓝牙模块HC-O5。该蓝牙模块支持UART，USB，SPI，PCM，SPDIF等接口，并支持SPP蓝牙串口协议，具有成本低、体积小、功耗低、收发灵敏性高等优点，只需配备少许的外围元件就能实现其强大功能。该模块主要用于短距离的数据无线传输领域。可以方便的和PC机的蓝牙设备相连，也可以两个模块之间的数据互通。避免繁琐的线缆连接，能直接替代串口线。
将蓝牙模块切至[prog]参数配置模式，运行程序。菜单中的连接蓝牙项会跳出一个界面，显示本机已配对过的蓝牙设备，并搜寻当前可连接的蓝牙设备。选择要连接的设备后，创建一个服务，实现与设备的连接。当连接成功后再创建数据的接收线程，虚拟创建一个COM口，打开对应COM口，形成透明串口线传输。STM32F103C8则是通过串口与蓝牙模块HC-05连接，向手机蓝牙发送数据，每组数据包含两个字节，第一字节为可穿戴设备编号，第二字节为环境参数，这两个字节作为蓝牙数据传输的两个参数。手机接收终端设有3个有效的Button，也可以实现在APP上对手持设备已存储的数据进行读取，来实现数据的传输，例如发送AT+YHM，返回Ok：001；发送AT+YDL，返回Ok：00421532；发送AT+YHMYDL，返回Ok：00100421532。
四、显示模块
使用Nokia5110液晶显示屏实时显示当前的环境参数；使用微型铿电池（可反复充放电）给系统供电，以确保微处理器和蓝牙模块的正常运行。
Noka5110液晶显示屏性价比高，LCD1602显示屏可以显示32个字符，而Noka5110可以显示15个汉字，30个字符。接口简单，仅四根O线即可驱动，而LCD1602需11根O线，LCD12864需12根。速度快，是LCD12864的20倍，是LCD1602的40倍。Nokia5110工作电压为3.3V，正常显示时工作电流在200uA以下，具有掉电模式，适合电池供电的便携式移动设备。
五、总结
本系统将自动检测技术和无线蓝牙传输技术融合在一起，实现实时环境监测的功能。随着最近几年智能手机的发展，通过蓝牙与手机客户端通讯的模式收到越来越广泛的应用，并且也非常贴合本设计的人机交互需求。本系统以STM32F103C8为控制核心，利用综合环境监测平台处理环境参数。本系统用HC-05蓝牙模块实现数据的无线传输，通过无线模块将识别的结果远程发送到上位机，用户可以在手机终端的APP上获取实时环境数据。
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作者信息：阚新妤，身份证号码：37120219980409XXXX