摘 要

隨著科技的飛速發展和人們生活水平的提高，健康與科技日益融合，智能可穿戴設備已成為現代人生活中不可或缺的一部分。智能手環，作為一種便攜、實用且功能豐富的可穿戴設備，受到越來越多用戶的喜愛。它不僅能夠實時監測用戶的健康狀況，如心率、步數、睡眠質量等，還能提供運動管理、智能提醒等功能，幫助用戶更好地管理個人健康和提升生活質量。
本文基于STM32單片機，設計了一種智能手環，能夠實時監測用戶的體溫、心率和血氧飽和度，并通過藍牙與手機APP進行數據傳輸和顯示。該智能手環采用STM32F103C8T6單片機作為核心控制器，配備OLED液晶顯示屏、DS18B20溫濕度傳感器和MAX30102血氧心率傳感器等組件。通過軟件設計，實現了溫度、心率和血氧數據的采集和處理，并通過藍牙與手機APP進行無線傳輸和顯示。
實驗結果表明，該智能手環能夠準確、穩定地監測用戶的健康指標，并實時將數據傳輸到手機APP上，方便用戶進行健康管理和監控。本文的研究對于智能手環的設計和應用具有一定的參考價值。

關鍵詞：智能手環；STM32單片機；體溫監測；心率監測；血氧監測

章節安排

本論文共分為五章，具體安排如下：
第一章 緒論
本章首先介紹了智能手環的背景和意義，包括智能手環在健康管理、運動監測等方面的應用價值。然后對國內外智能手環的發展現狀進行了概述，指出了智能手環市場的前景和發展趨勢。接著介紹了本論文的主要工作內容。最后給出了本文的章節安排。
第二章 系統方案的設計
本章主要介紹了智能手環系統的總體設計要求與分析，包括對功能需求和硬件選型的分析。然后詳細介紹了各個硬件模塊的選擇，如STM32F103C8T6單片機、OLED液晶顯示屏、溫濕度傳感器、血氧心率傳感器等。還介紹了安卓APP端的設計。最后對本章內容進行了小結。
第三章 系統硬件電路設計
本章詳細介紹了智能手環系統的硬件電路設計。首先給出了系統的整體方案設計，包括系統的概述和框圖。然后分別對單片機最小系統、各個單元模塊的電路進行了設計，如電源電路、溫度采集模塊電路、血氧心率采集模塊電路等。最后對本章內容進行了小結。
第四章 系統軟件設計
本章主要介紹了智能手環系統的軟件設計。首先介紹了軟件設計語言和開發環境的選擇。然后詳細介紹了軟件系統的總體設計，包括主模塊和各個功能模塊的程序設計。最后還介紹了安卓手機端APP的程序設計。對本章內容進行了小結。
第五章 組裝硬件與調試
本章主要介紹了智能手環硬件的組裝和調試過程。包括元器件的選擇與檢測、元器件的焊接與組裝、硬件部分的測試以及軟硬件聯合測試。對本章內容進行了小結。

系統總體設計要求及框圖

1、硬件設計：智能手環系統需要一些硬件組件，以單片機為主控芯片，圍繞主控芯片來設置其余電路模塊，該裝置主要包含電源電路、溫度采集模塊電路、血氧心率采集模塊電路、藍牙串口通信模塊電路、顯示模塊電路、報警電路等。硬件設計需要選擇合適的組件，并將它們集成到一個電路板中。電路板的設計應該考慮到尺寸、功耗、信號完整性等因素。
2、軟件設計：使用C語言進行編程，并利用STM32CubeMX和Keil MDK等工具進行開發。主要的軟件模塊包括溫度檢測模塊、心率血氧檢測模塊、藍牙通信模塊、顯示模塊和報警模塊等。此外，還開發了一個Android手機端的APP，通過藍牙與智能手環進行通信，并實現數據的顯示和管理。
智能手環系統的總體設計要求包括實時監測、報警功能、顯示功能、與手機端的通信以及低功耗等方面。這些設計要求能夠滿足用戶對智能手環的基本需求，并提供便捷健康的監測和管理方式。

最小系統電路

最小系統電路是指單片機的基本工作電路，它包括單片機、晶振、復位電路、電源電路和外設接口電路等。其中，單片機是整個系統的核心，負責控制和處理各種信號和數據。晶振提供時鐘信號，使單片機能夠按照一定的頻率進行工作。復位電路用于在系統上電時將單片機初始化，并在出現異常情況時重新啟動系統。電源電路為單片機和外設提供穩定的電源電壓，保證系統的正常運行。外設接口電路則用于與其他硬件設備進行通信和數據交換。
最小系統電路的設計要考慮到系統的穩定性、可靠性和抗干擾能力。在選擇元器件時，需要根據系統需求和性能要求，選擇合適的型號和規格。例如，針對STM32F103C8T6單片機，可以選擇合適的晶振頻率和電源電壓，以及適用于該單片機的復位電路和外設接口電路。
最小系統電路的布局和連接要合理，盡量避免信號干擾和串擾。在布線過程中，需要遵循一定的規范，如短暫信號線與長信號線的分布、地線和電源線的布局等。此外，還需要注意防止靜電和電磁干擾對系統的影響，采取相應的防護措施，如增加靜電保護電路和屏蔽措施。
最小系統電路的調試和測試是確保系統正常運行的重要步驟。在調試過程中，可以通過示波器、多用途測試儀等工具對電路進行測量和分析，以確保電路的穩定性和性能符合設計要求。同時，還需對系統各個部分進行功能測試和兼容性測試，以驗證系統的可靠性和穩定性。
通過合理的設計和精確的調試，最小系統電路能夠為整個智能手環系統提供穩定、可靠的基礎支持。它的設計和實現對于保證智能手環的正常運行和功能實現具有重要意義。

系統各軟件模塊的設計

4.3.1主模塊
主模塊主要由STM32F103C8T6單片機和各個功能模塊組成。單片機作為系統的核心控制器，通過編程控制各個功能模塊的工作狀態和數據交互。通過對主模塊的設計和實現，可以實現智能手環系統的各項功能，并提供準確的數據監測和用戶交互體驗。這將為用戶提供便捷的健康管理和運動監測服務。

主模塊負責與溫度采集模塊進行數據交互。通過DS18B20溫濕度傳感器，主模塊可以實時獲取用戶的體溫數據。主模塊通過I2C總線與溫度采集模塊進行通信，讀取傳感器的溫度值，并將數據進行處理和存儲。主模塊與血氧心率采集模塊進行數據交互。通過MAX30102血氧心率傳感器，主模塊可以實時監測用戶的血氧飽和度和心率。主模塊通過I2C總線與血氧心率采集模塊進行通信，讀取傳感器的數據，并進行處理和存儲。主模塊還負責與藍牙模塊進行通信，實現與手機端的數據交互。通過BT06藍牙模塊，主模塊可以與手機進行無線數據傳輸。主模塊通過串口與藍牙模塊進行通信，實現數據的發送和接收。主模塊還負責控制OLED液晶顯示屏的顯示。通過SPI接口，主模塊發送顯示數據給OLED顯示屏，實現用戶數據的實時顯示。
…

Android手機端APP程序設計

4.4.1 Android藍牙操作主要程序
藍牙設備有本地藍牙和遠程藍牙,對應的類分別為BluetoothAdapter和BluetoothDevice,它們的成員函數基本相同,如下:
(1)cancelDiscovery():取消本地藍牙設備。
(2)Disable():關閉藍牙設備。
(3)isEnable():打開藍牙設備。
(4)getName():獲取本地藍牙的名稱。
(5)getRemoteDevice(String address):根據遠程設備的MAC地址來獲取遠程設備。
(6)startDiscovery():藍牙設備開始搜索周邊設備。
(7)connect()建立與藍牙設備的連接。
Android藍牙操作主要程序是智能手環系統中的一個重要部分，通過它可以實現手環與手機之間的藍牙通信和數據交互。

首先，在程序中需要獲取藍牙適配器對象，以便進行藍牙相關操作。可以使用BluetoothAdapter類的getDefaultAdapter()方法獲取默認的藍牙適配器對象。
然后，需要檢查手機是否支持藍牙功能，并且藍牙是否已經打開。可以使用isEnabled()方法檢查藍牙是否已經打開。
接下來，可以通過startDiscovery()方法開始搜索附近的藍牙設備。搜索到的設備可以通過BroadcastReceiver接收到相應的廣播消息。
在搜索到設備后，可以通過getName()方法獲取設備的名稱信息，并將其展示在界面上供用戶選擇。
當用戶選擇了要連接的設備后，可以通過createRfcommSocketToServiceRecord()方法創建與設備的藍牙通信通道。
然后，需要建立與設備的連接，可以調用connect()方法進行連接操作。
連接成功后，可以通過獲取輸入流和輸出流進行數據的讀寫操作。
以上就是Android藍牙操作主要程序的設計和實現的簡要介紹。通過這些程序，可以實現智能手環與手機之間的藍牙通信和數據交互，為手環系統的功能提供支持。

元器件的選擇與檢測

在智能手環的設計中，元器件的選擇與檢測是非常重要的一環。正確選擇合適的元器件可以保證系統的性能和穩定性，而檢測則是為了確保所選元器件的質量和可靠性。本節將介紹元器件選擇與檢測的相關內容。
首先，對于智能手環中的各個功能模塊，需要根據系統要求選擇合適的元器件。例如，對于主控芯片，選擇了STM32F103C8T6單片機，這是一款性能穩定、功能強大的微控制器，能夠滿足手環的各項功能需求。對于溫濕度傳感器，選擇了DS18B20，它具有高精度、數字輸出等特點，適合用于環境溫濕度的檢測。血氧心率傳感器方面，選擇了MAX30102，它能夠實時監測血氧飽和度和心率，且具有低功耗和高靈敏度的特點。藍牙模塊選擇了BT06，它具有穩定的藍牙連接和快速數據傳輸的能力。其他元器件如OLED液晶顯示屏、有源蜂鳴器和機械按鍵等也經過仔細選擇。
在元器件選擇完成后，需要進行元器件的檢測。首先，需要驗證元器件的真實性，確保所購買的元器件是正品。可以通過查看元器件的包裝、標識和序列號等信息來判斷其真實性。其次，需要測試元器件的性能和特性是否符合預期。例如，對于溫濕度傳感器，可以通過將其與已知溫濕度的環境進行比對，驗證其測量的準確性。對于血氧心率傳感器，可以通過與專業醫療設備進行比對，驗證其測量結果的準確性。此外，還可以通過測試藍牙模塊的連接穩定性和傳輸速率等來評估其性能。
總之，元器件的選擇與檢測是智能手環設計中的重要環節。通過合理選擇合適的元器件，并進行嚴格的檢測，可以保證手環系統的穩定性和可靠性，為用戶提供更好的使用體驗。

元器件的焊接與組裝

元器件的焊接與組裝是智能手環制作過程中非常重要的環節。焊接是將電子元器件與電路板上的焊盤連接起來的過程，而組裝則是將焊接好的電子元器件按照設計要求進行布局和安裝的過程。
在焊接過程中，首先需要準備好所需的焊接工具，如焊臺、焊錫、焊膏等。然后，根據電路設計圖和焊接工藝要求，將元器件逐一焊接到電路板上的相應焊盤上。在焊接過程中，需要注意控制焊接溫度和焊接時間，以避免元器件和焊盤的損壞。同時，還需要注意焊接位置的準確性和焊接質量的可靠性。
焊接完成后，接下來是組裝過程。組裝包括電子元器件的布局和安裝。根據設計要求，將焊接好的元器件放置在電路板上的相應位置，并進行固定。在布局和安裝過程中，需要注意元器件之間的間距和相互之間的連接，以確保整個電路的穩定性和可靠性。
通過焊接和組裝的過程，可以將電子元器件與電路板完整地連接起來，形成一個完整的智能手環系統。焊接和組裝的質量和準確性直接影響著整個系統的性能和穩定性。因此，在焊接和組裝過程中，需要嚴格按照設計要求和工藝要求進行操作，確保焊接質量和組裝準確度，以提高智能手環的可靠性和使用壽命。

實現效果圖