基于蓝牙ble芯片及三轴加速度传感器的智能手环软硬件设计【字数：8996】
摘 要本课题设计了一款智能无线手环系统，采用了自上而下的设计方法，将整个智能无线手环系统软硬件电路划分为液晶屏显示电路、ADXL362三维加速度传感器电路、北京时间计时电路、Dialog蓝牙通信电路和Si117心率传感器电路等，在主控核心方案的选择方面则使用了STC89C51单片机作为控制器，使用了C语言编写了用于控制STC89C51单片机的程序代码，经过KEIL软件编译生成HEX目标文件后烧录到主控芯片中，通过其GPIO管脚对LCD1602液晶屏幕、ADXL362三维加速度传感器、RTC时钟芯片、蓝牙模块和心率检测器的驱动，实现了一款能够对佩戴者进行步数准确计量、运动卡路里消耗值、准确的北京时间显示、心率持续监测、睡眠质量监测等功能的智能手环，与此同时这款智能手环还能够通过其内部的高性能蓝牙模块与其他蓝牙设备进行对接，将检测到的佩戴者数据进行蓝牙无线发送，使得用户能够更加灵活的管理自己的身体状态，与此同时还为这款智能手环配置了一个高清晰度的液晶屏显示模块实现对多种数据的显示。为了对设计成果的各个环节进行验证，以便从验证结果实现对智能无线手环系统的优化和改进，经过了多次的实验验证，本系统表现出了稳定的工作状态。
目录
一、 引言 1
（一） 智能无线手环的发展背景 1
（二） 智能无线手环的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 智能无线手环的方案设计 3
三、 系统硬件设计 5
（一） 智能无线手环主控电路设计 5
（二） 三维加速度采集电路设计 6
（三） 北京时间计时电路设计 8
（四） Dialog蓝牙通信电路设计 9
（五） 心率检测电路设计 10
（六） 智能手环的显示电路设计 11
四、 系统软件设计 13
（一） 智能无线手环的主程序流程设计 13
（二） 三维加速度传感器子程序设计 14
（三） 北京时间计量子程序设计 14
（四） 蓝牙驱动子程序设计 15
（五） 显示屏驱动子程序设计 16
总结 17
参考文献 18
致 谢 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
19
附录一 原理图 20
附录二 PCB图 21
附录三 元件列表 22
附录四 程序 23
引言
智能无线手环的发展背景
本课题将对基于STC89C51单片机型微处理器而实现的智能无线手环系统做研究，涉及到这种系统的起源以及发展过程，通过对智能无线手环系统发展过程资料的调查，对其表现出的大多数问题进行综合探讨，并选取出一些高性价比产品中所表现出的优秀设计之处进行重点研究，争取能够将其植入到本课题设计的这款智能无线手环控制系统中。本课题为这款智能无线手环系统的主控核心选用的是目前市面上性价比较高的STC89C51单片机芯片，智能无线手环系统在发展到今天这个阶段，主要的特征就是已经实现了整体数字化，无论是对外部的信号采集还是内部的数据运算，以及液晶显示或者触摸操控等功能，都需要通过高性能的全数字式的微处理器芯片来控制，这种主控芯片有单片机、FPGA或者DSP等类型，本课题采用的则是STC89C51型号的单片机芯片。现如今通过单片机芯片控制实现的智能无线手环系统之所以能够进行普及，是因为这种系统具有独特的自身魅力，首先智能无线手环控制系统实现的所有智能功能几乎都是在一片外形体积非常小的硅片芯片中进行控制实现的，这种高集成度的芯片不但工作稳定，还能够将智能无线手环系统所要实现的智能功能实现高效的转换，程序设计员通过各种类型的语句代码即可将功能进行底层转换；另一方面要说到具有智能采集功能的传感器技术对单片机控制系统的贡献，通过各种各样的传感器的植入，使得单片机控制系统能够对系统外部的各种类型的信号进行高速采集并将采集信号以最大兼容方式送入单片机芯片中进行使用，这样就能够保证单片机系统的功能更加丰富。
智能无线手环的国内外发展现状
根据一份电子科学方面的刊物报道的一项最新研究成果显示，这款内部采用智能无线手环系统的研发成果的推出，进一步降低了目前市面上相关产品的平均售价，这款产品的研究者称在内部硬件电路方面，为了提升智能无线手环系统对于外部数据的高速运算速度，他们采用了多核共存方式的ARM型CPU作为主控，通过多个CPU内核并行工作，使得智能无线手环系统的多项智能功能被研发出来，对于外部信号的响应具有极快的速度。
本文主要研究内容
本文将要研究的是一款能够实现对系统参数的显示、三维加速度采集、RTC计时、无线通信和心率检测等功能的智能无线手环系统，这款系统是基于STC89C51单片机开发平台而设计实现的，实现了一款能够对佩戴者进行步数准确计量、运动卡路里消耗值、准确的北京时间显示、心率持续监测、睡眠质量监测等功能的智能手环，与此同时这款智能手环还能够通过其内部的高性能蓝牙模块与其他蓝牙设备进行对接，将检测到的佩戴者数据进行蓝牙无线发送，使得用户能够更加灵活的管理自己的身体状态，与此同时还为这款智能手环配置了一个高清晰度的液晶屏显示模块实现对多种数据的显示，实现了以下设计目标。
1、能够以较高质量的液晶显示能力将智能无线手环系统中采集到的数据显示给用户；
2、能够通过ADXL362三位加速度传感器底层电路的配置，实现对三个不同纬度加速度值的计算，并且可以根据物理学公式将三个维度所处的角度值进行计算；
3、设计DS1302时钟芯片的驱动电路，通过STC89C51单片机的三线式串行接口对该芯片驱动电路进行控制，可以快速获取到时间信息；
4、能够实现主从一体式蓝牙模块的底层驱动电路的搭建，通过STC89C51单片机对Dialog蓝牙模块的控制，实现蓝牙无线数据的收发；
5、通过对Si117心率传感器驱动电路的设计，实现对佩戴者心率的快速测量，并将采集结果以数字信号行驶进行输出；
智能无线手环的方案设计
本部分将开始对这款智能无线手环的实现方案进行设计，下图是通过Visio软件绘制的智能手环内部结构框图，这个框图将这款智能手环控制系统的所有内部功能模块进行了罗列并通过箭头将各个模块之间的信号流通关系进行了连接，这里需要对它的实现方案进行设计。在主控方面将通过STC89C51单片机来作为控制器部分，图中的各个功能模块将与它进行数据交互从而实现对各个功能电路的控制。
为了实现对佩戴者三个维度的加速度瞬时值的准确采集，从而使得系统能够获取到佩戴者的行走步数以及卡路里等数据，本课题选用了ADXL362型号的三维加速度传感器来实现这一功能，它将通过三线式串行接口与智能微处理器之间进行连接，将采集到的三维加速度数据送入到智能微处理器芯片中进行使用。
目录
一、 引言 1
（一） 智能无线手环的发展背景 1
（二） 智能无线手环的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 智能无线手环的方案设计 3
三、 系统硬件设计 5
（一） 智能无线手环主控电路设计 5
（二） 三维加速度采集电路设计 6
（三） 北京时间计时电路设计 8
（四） Dialog蓝牙通信电路设计 9
（五） 心率检测电路设计 10
（六） 智能手环的显示电路设计 11
四、 系统软件设计 13
（一） 智能无线手环的主程序流程设计 13
（二） 三维加速度传感器子程序设计 14
（三） 北京时间计量子程序设计 14
（四） 蓝牙驱动子程序设计 15
（五） 显示屏驱动子程序设计 16
总结 17
参考文献 18
致 谢 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
19
附录一 原理图 20
附录二 PCB图 21
附录三 元件列表 22
附录四 程序 23
引言
智能无线手环的发展背景
本课题将对基于STC89C51单片机型微处理器而实现的智能无线手环系统做研究，涉及到这种系统的起源以及发展过程，通过对智能无线手环系统发展过程资料的调查，对其表现出的大多数问题进行综合探讨，并选取出一些高性价比产品中所表现出的优秀设计之处进行重点研究，争取能够将其植入到本课题设计的这款智能无线手环控制系统中。本课题为这款智能无线手环系统的主控核心选用的是目前市面上性价比较高的STC89C51单片机芯片，智能无线手环系统在发展到今天这个阶段，主要的特征就是已经实现了整体数字化，无论是对外部的信号采集还是内部的数据运算，以及液晶显示或者触摸操控等功能，都需要通过高性能的全数字式的微处理器芯片来控制，这种主控芯片有单片机、FPGA或者DSP等类型，本课题采用的则是STC89C51型号的单片机芯片。现如今通过单片机芯片控制实现的智能无线手环系统之所以能够进行普及，是因为这种系统具有独特的自身魅力，首先智能无线手环控制系统实现的所有智能功能几乎都是在一片外形体积非常小的硅片芯片中进行控制实现的，这种高集成度的芯片不但工作稳定，还能够将智能无线手环系统所要实现的智能功能实现高效的转换，程序设计员通过各种类型的语句代码即可将功能进行底层转换；另一方面要说到具有智能采集功能的传感器技术对单片机控制系统的贡献，通过各种各样的传感器的植入，使得单片机控制系统能够对系统外部的各种类型的信号进行高速采集并将采集信号以最大兼容方式送入单片机芯片中进行使用，这样就能够保证单片机系统的功能更加丰富。
智能无线手环的国内外发展现状
根据一份电子科学方面的刊物报道的一项最新研究成果显示，这款内部采用智能无线手环系统的研发成果的推出，进一步降低了目前市面上相关产品的平均售价，这款产品的研究者称在内部硬件电路方面，为了提升智能无线手环系统对于外部数据的高速运算速度，他们采用了多核共存方式的ARM型CPU作为主控，通过多个CPU内核并行工作，使得智能无线手环系统的多项智能功能被研发出来，对于外部信号的响应具有极快的速度。
本文主要研究内容
本文将要研究的是一款能够实现对系统参数的显示、三维加速度采集、RTC计时、无线通信和心率检测等功能的智能无线手环系统，这款系统是基于STC89C51单片机开发平台而设计实现的，实现了一款能够对佩戴者进行步数准确计量、运动卡路里消耗值、准确的北京时间显示、心率持续监测、睡眠质量监测等功能的智能手环，与此同时这款智能手环还能够通过其内部的高性能蓝牙模块与其他蓝牙设备进行对接，将检测到的佩戴者数据进行蓝牙无线发送，使得用户能够更加灵活的管理自己的身体状态，与此同时还为这款智能手环配置了一个高清晰度的液晶屏显示模块实现对多种数据的显示，实现了以下设计目标。
1、能够以较高质量的液晶显示能力将智能无线手环系统中采集到的数据显示给用户；
2、能够通过ADXL362三位加速度传感器底层电路的配置，实现对三个不同纬度加速度值的计算，并且可以根据物理学公式将三个维度所处的角度值进行计算；
3、设计DS1302时钟芯片的驱动电路，通过STC89C51单片机的三线式串行接口对该芯片驱动电路进行控制，可以快速获取到时间信息；
4、能够实现主从一体式蓝牙模块的底层驱动电路的搭建，通过STC89C51单片机对Dialog蓝牙模块的控制，实现蓝牙无线数据的收发；
5、通过对Si117心率传感器驱动电路的设计，实现对佩戴者心率的快速测量，并将采集结果以数字信号行驶进行输出；
智能无线手环的方案设计
本部分将开始对这款智能无线手环的实现方案进行设计，下图是通过Visio软件绘制的智能手环内部结构框图，这个框图将这款智能手环控制系统的所有内部功能模块进行了罗列并通过箭头将各个模块之间的信号流通关系进行了连接，这里需要对它的实现方案进行设计。在主控方面将通过STC89C51单片机来作为控制器部分，图中的各个功能模块将与它进行数据交互从而实现对各个功能电路的控制。
为了实现对佩戴者三个维度的加速度瞬时值的准确采集，从而使得系统能够获取到佩戴者的行走步数以及卡路里等数据，本课题选用了ADXL362型号的三维加速度传感器来实现这一功能，它将通过三线式串行接口与智能微处理器之间进行连接，将采集到的三维加速度数据送入到智能微处理器芯片中进行使用。
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