一、简介
随着科技持续进步，人们对于健康的要求越来越高，智能可穿戴手表应运而生；本项目旨在使用常见不同模块实现简易的智能手表框架，主控选型上采用极海半导体推出的工业级基础拓展型MCU：APM32E030R8T6，这款MCU集成搭载 Arm® Cortex®-M0 + 内核，工作主频 72MHz，采用 12 寸 55nm 先进工艺，具有内置 64KB Flash、8KB SRAM、2 个 I2C、2 个 USART、2个 位高精度 ADC 等丰富资源，符合本次项目要求；
二、系统框图
本项目使用APM32E030R8T6作为主控，使用到的模块有：DS18B20、MAX30102、ATGM336H以及ADXL345等，可实现温度、血压、血氧的测量、GPS定位、计时功能以及步数感应功能；
三、模块实现
下面将从模块原理、硬件设计和程序设计三部分详细介绍各个模块的实现思路：
温度传感器
温度获取功能使用的是DS18B20，其控制命令和数据都是以数字信号的方式输入输出，相比较于模拟温度传感器，具有功能强大、硬件简单、易扩展、抗干扰性强等特点.
模块工作原理
DS18B20作为单线半双工通信，共有6种信号类型：复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0和读1；
复位脉冲：主机输出低电平保持至少480us，然后释放总线，电平拉高保持15~60us；
应答信号：DS18B20拉低电平保持60~240us；
写时序：写"0" 输出低电平60us，释放总线延迟2us； 写"1" 输出低电平2us，释放总线延迟60us；
读时序：输出电平延时2us，转输入模式延时12us，读取总线电平（15us以内），延时50us；
硬件设计
引脚描述：
程序设计
第一步，模块初始化，初始化PA12引脚，配置其为上拉推挽模式；
u8 DS18B20_Init(void)
{
GPIO_Config_T GPIO_InitStructure;
RCM_EnableAHBPeriphClock(RCM_AHB_PERIPH_GPIOA); //使能PORTA口时钟
GPIO_InitStructure.pin = GPIO_Pin_12; //PORTA12 推挽输出
GPIO_InitStructure.mode = GPIO_Mode_Out_PP; //配置为输出
GPIO_InitStructure.speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Config(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_PIN_12); //输出12
DS18B20_Rst();
}
第二步，复位模块，先拉低PA12引脚5ms，再拉高PA12引脚保持5ms；
第三步，发送指令0xCC，跳过ROM是，再发送指令0x44，开启转换，最后发送0xBE，读取数据；
short DS18B20_Get_Temp(void)
{
u8 temp;
u8 TL,TH;
short tem;
DS18B20_Start (); // ds1820 start convert
delay_ms(5); //延迟5ms
DS18B20_Rst(); //ds18b20 复位
delay_ms(5); //延迟5ms
DS18B20_Check();
DS18B20_Write_Byte(0xcc); // 发送0xCC
DS18B20_Write_Byte(0x44); // 发送0x44
DS18B20_Write_Byte(0xbe); // 发送0xBE
TL=DS18B20_Read_Byte(); // LSB
TH=DS18B20_Read_Byte(); // MSB
if(TH>7)
{
TH=~TH;
TL=~TL;
temp=0;//温度为负
}else temp=1;//温度为正
tem=TH; //获得高八位
tem<<=8;
tem+=TL;//获得底八位
tem=(float)tem*0.625;//转换
if(temp)return tem; //返回温度值
else return -tem;
}
第四步，读取两个字节 TH 和 TL ；
第五步，根据DS18B20的温度运算法则进行数据处理；
至此，DS18B20模块读取温度功能实现；
GPS定位模块
ATGM336H是一种高性能的GPS模块，可以在较低功耗下提供高精度、高可靠性的位置信息服务。它采用了SiRFstarIII技术，并支持多种导航卫星系统，包括GPS、GLONASS、Galileo、QZSS和SBAS。ATGM336H可以快速获取卫星信号，提供高达10Hz的位置刷新速率，并能在较弱的GPS信号环境下保持高精度。
模块工作原理
我们将模块的TX和RX通过串口通信串口助手，ATGM336H利用串口发送定位信息给主控芯片，串口波特率为9600，可以看到，模块会通过串口不断打印数据；
其中信息头的第一个是消息ID，通过查阅芯片手册，简单的含义如下：
需要关注其中的“GNRMC”这条信息，将这条信息解析：
$GNRMC,015135.000,A,4159.65553,N,12136.79345,E,0.52,0.00,191123,,,A*7F
- 消息ID —— \$GNRMC
- 定位点的UTC时间 —— 015135.000
- 定位状态 —— A：定位；V：导航（我们进行定位时，如果该位为A表示数据有效，该位为V表示数据无效）
- 纬度 —— 4159.65553
- 纬度方向 —— N
- 经度 —— 12136.79345
- 经度方向 —— E
硬件设计
实物图如下
引脚定义以及接线如下表所示
软件设计
第一步，初始化模块，初始化USART1模块的两个引脚PA9和PA10，配置串口波特率为9600；
第二步，等待ATGM336H信号连接成功，当连接成功时，PPS引脚会拉低再拉高；
void ATGM336_Baisc_Init(void) //模块信号引脚初始化
{
GPIO_Config_T GPIO_InitStructure; //定义一个设置GPIO功能的变量
RCM_EnableAHBPeriphClock(RCM_AHB_PERIPH_GPIOA); //使能GPIOA时钟
uart1_Init(9600); //串口初始化
GPIO_InitStructure.pin = GPIO_Pin_11; //准备设置PA11
GPIO_InitStructure.speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO速率50M
GPIO_InitStructure.mode = GPIO_Mode_IPD; //下拉输入
GPIO_Config(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //设置PA11
}
void ATGM336_Init(void)
{
int i;
uart1_Init(9600); //USART1初始化
bool Point_flag;
while(!GPIO_ReadInputBit(GPIOA,GPIO_Pin_11)) //等待PPS引脚拉低
{
if(Point_flag == 0){ //显示函数
for(i=0;i<11;i++)
{
for(i=0;i<11;i++)OLED_ShowChar(0+(i*4),7,' ',1,0);delay_ms(10);
Point_flag = 1;
}
}
else
{ //显示函数
for(i=0;i<11;i++){OLED_ShowChar(0+(i*4),7,' ',1,0);}
Point_flag = 0;
delay_ms(10);
}
if(setc == 0)
break;////如果拉低，跳出循环
}
if(GPIO_ReadInputBit(GPIOA,GPIO_Pin_11))//改变标志位
GPS_state = 1;
for(i=0;i<9;i++){OLED_ShowChar(0+(i*4),7,' ',1,0);}
}
第三步，USART模块接收信息并解析
void GetsGpsBuffer()
{
char *subString;
char *subStringNext;
char i = 0;
char usefullBuffer[2];
if (Save_Data.isGetData)
{
Save_Data.isGetData = false;
//截取数据帧前六部分 |对地航速 对地航向 日期
//$GNRMC,112536.000,A,2322.75023,N,11326.28605,E,| 0.00, 0.00, 100722,,,A*78
for (i = 0; i <= 6; i++)
{
if (i == 0)
{
if ((subString = strstr(Save_Data.GPS_Buffer, ",")) == NULL)
errorLog(1); // 解析错误
}
else
{
subString++;
if ((subStringNext = strstr(subString, ",")) != NULL)
{
switch (i)
{
// 获取UTC时间
case 1:memcpy(Save_Data.UTCTime, subString, subStringNext - subString);break;
// 获取UTC时间
case 2:memcpy(usefullBuffer, subString, subStringNext - subString);break;
// 获取纬度信息
case 3:memcpy(Save_Data.latitude, subString, subStringNext - subString);break;
// 获取N/S
case 4:memcpy(Save_Data.N_S, subString, subStringNext - subString);break;
// 获取经度信息
case 5:memcpy(Save_Data.longitude, subString, subStringNext - subString);break;
// 获取E/W
case 6:memcpy(Save_Data.E_W, subString, subStringNext - subString);break;
default:break;
}
subString = subStringNext;
Save_Data.isParseData = true;
if (usefullBuffer[0] == 'A')
Save_Data.isUsefull = true;
else if (usefullBuffer[0] == 'V')
Save_Data.isUsefull = false;
}
else
{
errorLog(2); // 解析错误
}
}
}
}
}
第四步，数据转换，获取的信息里，单位是**“度-分”，需要将其转换为常用单位“度”；
void Data_Transfor (void)
{
float latitude_temp1,latitude_temp2_min,latitude = 0, ; // 存储纬度信息
float longitude_temp1,longitude_temp2_min,longitude = 0; // 存储经度信息
latitude = strtod(receDataFrame.latitude,NULL); // 字符串转换成浮点数
longitude = strtod(receDataFrame.longitude,NULL); // 字符串转换成浮点数
// 纬度信息处理
latitude_temp1 = (uint16_t)latitude/100; //提取度-分中度的不分
latitude_temp2_min = (latitude%100 )/60 //提取度-分中，分的部分并将其转为度
latitude = (float)latitude_temp1 + latitude_temp2_min;
// 经度信息处理
// 五位经度信息
longitude_temp1 = (uint16_t)longitude/100; //提取度-分中度的不分
longitude_temp2_min = (longitude%100 )/60 //提取度-分中，分的部分并将其转为度
latitude = (float)longitude_temp1 + longitude_temp2_min;
}
至此，GPS模块功能实现完成
四、文献出处
1. 本片所涉及软件代码基于APM32E030官方SDK库，可在官网直接下载使用；
https://www.geehy.com/design/document
2. 本问所设计参考文章有：
MAX30102心率血氧传感器（IIC协议 STM32）-CSDN博客