郭培扬毕业设计说明书可穿戴设备系统.docx

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郭培扬毕业设计说明书可穿戴设备系统

2016届毕业生

毕业设计说明书

题目:

基于STM32的可穿戴设备系统

院系名称：

电气工程学院专业班级：

自动F1204

学生姓名：

郭培扬学号：

指导教师：

教师职称：

讲师

2016年05月16日

摘要

“可穿戴设备”是可穿戴技术在日常穿戴产品的设计中的应用，例如手表、眼镜、服装、鞋和手套。

广义的可穿戴设备是指功能全、尺寸大，不依赖于智能手机，实现了智能手机全部或部分功能，如智能手表和智能眼镜等，以及只专注于某一类型的应用功能，需要和其它设备如智能手机配合使用，如各类进行体征监测的智能手环、智能首饰等。

随着技术的进步以及用户需求的变迁，可穿戴式智能设备的形态也在不断的变化。

穿戴式技术在国际计算机学术界和工业界一直都备受关注，只不过由于造价成本高和技术复杂，很多相关设备仅仅停留在概念领域。

本系统以意法半导体公司的基于Cortex-M332位高性能单片机STM32F103ZET6为核心，由GSM模块、GPS模块、MPU6050六轴加速度传感器模块、TFT彩屏、SD卡等组成了一个可穿戴设备系统。

该系统实现了万年历、秒表、计步、闹钟、画板、日历、地图等功能。

地图获取的图片存放在SD卡中，GUI图片存放在8M的外置FLASH当中。

系统支持全触摸操作。

关键词：

可穿戴设备；STM32单片机；TFT彩屏；文件系统；SD卡；GPS地图

Title　TheWearableDeviceSystemBasedontheSTM32

Abstract

"Thewearabledevices"istheapplicationoftheWearableTechnologyintheDailywearableProductDesign,suchastheglasses,gloves,watches,clothesandshoes.Generally,Thewearablesmartdevicesincludingfull-featured,largesize,donotrelyonsmartphonestoachieveacompleteorpartialfunctions,suchassmartwatchesandsmartglasses,etc.,andonlyfocusonacertaintypeofapplicationfunctions,andotherdevicessuchassmartphoneswiththeuseofvarioustypesofconductsuchassignsmonitoringbraceletintelligent,smartjewelry.Astechnologyadvancesandthechangeofuserneeds,applicationformsofwearablesmartdevicesareconstantlychanging.Wearablecomputertechnologyhasattractedwideattentionintheinternationalacademiaandindustry,butduetothehighconstructioncostandtechnicalcomplexity,alotofrelatedequipmentonlyisanidea.ThissystemisbasedontheSTM32F103ZET6asthecorewhichisproducedbytheSTMicroelectronicsCortex-M332-bithighperformancemicrocontroller,ThissystemalsouseGSMmodule,GPSmodule,MPU6050six-axisaccelerationsensormodule,TFTcolorscreen,SDcardandothersystemhassixfunctionssuchasthecalendar,stopwatch,pedometer,alarmclock,Sketchpad,Calendar,Maps,andotherfunctions.MapGetpicturesstoredintheSDcard,GUIimagestoredintheexternal8Msystemsupportsfull-touchoperation.

Keywords:

Wearabledevice;STM32microcontroller;TFTcolorscreen;Thefilesystem;SDcard;GPSmaps

目次

1绪论-1-

选题背景-1-

国内外研究现状及意义-1-

2设计要求-3-

3方案论证-4-

控制器方案-4-

显示模块方案-5-

加速度传感器方案-5-

4硬件部分-6-

单片机-6-

TFT彩屏-9-

触摸屏控制芯片-11-

MPU6050模块-12-

SD卡-14-

EEPROM存储器24C02-15-

FLASH芯片W25Q64-16-

蜂鸣器电路-17-

GPS模块-17-

GSM模块-19-

5软件部分-21-

开发工具介绍-21-

程序框图-21-

文件系统的移植-22-

GUI程序的设计-24-

主要功能的实现原理-25-

6系统功能测试与分析-38-

开机主界面测试-38-

万年历功能测试-38-

秒表功能测试-39-

闹钟功能测试-40-

画板功能测试-41-

计步功能测试-41-

测试结果分析-42-

结论-45-

致谢-46-

参考文献-47-

附录一：

系统电路原理图-48-

附录二：

部分源程序-52-

1绪论

选题背景

随着科技的进步，用单片机开发的智能化产品在各个领域得到广泛地应用，它极大地提高了社会生产力水平。

加快了工业的发展。

可穿戴设备目前已经成为科技发展的热潮，世界各公司在可穿戴设备系统上的投入越来越高，智能可穿戴设备有着众多的优点，包括体积小，功耗低，携带性高、功能强大等等。

因此它深受人们的喜爱。

另外，由于触摸屏以及各种传感器的引入，使得可穿戴设备迈向高端消费品的行列。

可穿戴设备的轻薄和低功耗使其在生活电子产品中脱颖而出。

智能的操作系统的应用，让可穿戴设备实现多功能，操作也更加流畅。

在众多电子产品中，可触摸的智能可穿戴设备代替传统按键操作的设备，使其功能丰富强大。

现代人们的生活越来越离不开智能手机，智能手机给我们提供了丰富的资讯、应用、以及游戏。

它给我们带来方便的同时，也使很大一部分人沉迷于智能手机，成为低头一族。

因此，开发出一种具备智能手机的基本功能，又不至于使人们沉迷的电子设备就变得非常有意义。

国内外研究现状与意义

从智能手表，到各个厂家的运动手环，再到最近非常流行的VR眼镜，可以看到，可穿戴设备已经融入到了人们生活的方方面，它越发深刻地改变着人们的生活方式，提升着人们的生活质量。

下面将主要介绍美国、日本、韩国可穿戴设备行业的发展情况。

国外可穿戴设备发展概况

目前世界范围内可穿戴设备产量迅猛增长，美国是全世界最早提出可穿戴设备的思想和雏形的国家，近年来，GoogleGlass、AppleWatch等备受瞩目的可穿戴产品也源自美国的大型知名企业。

世界顶级会计师事务所之一的普华永道，近期发布了两份关于可穿戴设备现状及未来发展的报告。

报告表明，美国人对可穿戴技术的未来十分乐观，但对现有的技术则缺乏热情。

韩国可穿戴行业发展的主要代表为三星公司。

三星公司作为全球最大的智能手机厂商，也是目前为止可穿戴市场最大的推动者。

2013年9月，三星公司正式发布了其第一款智能手表GalaxyGear，随后又对其进行更新，推出了GalaxyGear2/Fit/Neo。

公司自主研发的可穿戴产品还包括曲面屏智能手表GearS，它是首款不必连接智能手机就具有上网功能的智能手表，它内置了支持蜂窝数据功能的上网模块。

在三星公布的2015年产业发展规划中，主要集中在可穿戴领域、虚拟现实、智能家居以及在线教育。

目前，三星有近万名开发和设计人员都在为即将上市的可穿戴型设备做准备，足以证明三星打算拓宽可穿戴型设备市场的决心。

三星公司表明，他们在芯片、存储、屏幕技术等方面的垂直整合能力，将为其带来更多优势。

日本的电子技术发展以索尼、东芝、富士通等行业巨头为典型代表，然而在可穿戴技术发展方面，日本的初创企业比行业巨头表现更为优秀。

成立于2013年的日本Logbar公司是可穿戴技术公司的杰出代表之一，该公司因推出一款名为“Ring”的智能戒指而闻名。

将Ring智能戒指戴在手指上，随意动动手指头便可远程控制智能手机、电视等智能终端设备。

同样成立于2013年的Moff公司推出了一款利用声音将周围物品全部变成互动玩具的智能腕带。

儿童将智能腕带戴在手上后，可以通过蓝牙设备将手环连接到Moff的IOS应用程序，实现与智能设备终端的连接，将周围物品变成互动玩具。

国内可穿戴设备发展概况

国内的可穿戴设备已经具备监测、医疗、娱乐、办公、学习、定位等多种功能。

随着人们对于自身健康问题的重视度不断增加，消费者在健康方面的诉求使得医疗健康、运动健身类产品市场份额较大。

目前，可穿戴设备在医疗健康领域取得了快速发展，可穿戴移动医疗设备市场规模正在不断扩大。

在众多的移动医疗产品中，最受欢迎的是为医院和患者提供医疗服务和监测的可穿戴健康产品。

国内可穿戴设备融资创业公司大多成立在2013年，产品集中在手表、手环，应用领域集中在健康、医疗、运动、跟踪定位等。

其中，有近一半的可穿戴设备创业公司把发展方向为健康领域。

研究意义

目前，智能手机的功能非常强大，各种应用、游戏让用户应接不暇、不舍得放下手中的手机，低头族由此诞生。

而穿戴式设备虽然没有手机那样具有各种聊天工具和游戏软件，但其轻薄便携带的优点是手机不可替代的。

避免娱乐类的功能加之以时钟、导航等功能，因此它可帮助人们特别是大学生摆脱对手机的过度依赖。

穿戴式设备的便携性也使人们在对一些事务的处理简便快捷，包括GPS定位、时钟、万年历、画板等。

2设计要求

利用STM32开发板、GSM模块、MPU6050，设计智能可穿戴设备系统，产品功能如下：

（1）.万年历（时间可调整）

（2）.闹钟（时间可设置、具有懒人叫醒功能）

（3）.计时器（可以进行计时，且可以后台运行）

（4）.地图（可以进行定位、通过GSM模块的GPRS功能向腾讯地图服务器请求地图信息，模块接收到数据后，进行解析，并将地图显示在LCD屏，也可以通过加减按键进行地图精度的改变）

（5）.手势控制（根据手势的变化，在屏幕的画板上显示相应的图像，也可以修改画图的颜色）

（6）.记步（可以后台自动运行，一直记录人体行走的步数）

3方案论证

根据设计要求先确定了本系统的整体设计原理框图，如图，然后分别讨论了本系统在控制器、显示模块、以及加速度传感器模块的选择方案。

图系统原理框图

控制器方案