摘 要

随着科技的飞速发展和人们生活水平的提高，健康与科技日益融合，智能可穿戴设备已成为现代人生活中不可或缺的一部分。智能手环，作为一种便携、实用且功能丰富的可穿戴设备，受到越来越多用户的喜爱。它不仅能够实时监测用户的健康状况，如心率、步数、睡眠质量等，还能提供运动管理、智能提醒等功能，帮助用户更好地管理个人健康和提升生活质量。
本文基于STM32单片机，设计了一种智能手环，能够实时监测用户的体温、心率和血氧饱和度，并通过蓝牙与手机APP进行数据传输和显示。该智能手环采用STM32F103C8T6单片机作为核心控制器，配备OLED液晶显示屏、DS18B20温湿度传感器和MAX30102血氧心率传感器等组件。通过软件设计，实现了温度、心率和血氧数据的采集和处理，并通过蓝牙与手机APP进行无线传输和显示。
实验结果表明，该智能手环能够准确、稳定地监测用户的健康指标，并实时将数据传输到手机APP上，方便用户进行健康管理和监控。本文的研究对于智能手环的设计和应用具有一定的参考价值。

关键词：智能手环；STM32单片机；体温监测；心率监测；血氧监测

章节安排

本论文共分为五章，具体安排如下：
第一章 绪论
本章首先介绍了智能手环的背景和意义，包括智能手环在健康管理、运动监测等方面的应用价值。然后对国内外智能手环的发展现状进行了概述，指出了智能手环市场的前景和发展趋势。接着介绍了本论文的主要工作内容。最后给出了本文的章节安排。
第二章 系统方案的设计
本章主要介绍了智能手环系统的总体设计要求与分析，包括对功能需求和硬件选型的分析。然后详细介绍了各个硬件模块的选择，如STM32F103C8T6单片机、OLED液晶显示屏、温湿度传感器、血氧心率传感器等。还介绍了安卓APP端的设计。最后对本章内容进行了小结。
第三章 系统硬件电路设计
本章详细介绍了智能手环系统的硬件电路设计。首先给出了系统的整体方案设计，包括系统的概述和框图。然后分别对单片机最小系统、各个单元模块的电路进行了设计，如电源电路、温度采集模块电路、血氧心率采集模块电路等。最后对本章内容进行了小结。
第四章 系统软件设计
本章主要介绍了智能手环系统的软件设计。首先介绍了软件设计语言和开发环境的选择。然后详细介绍了软件系统的总体设计，包括主模块和各个功能模块的程序设计。最后还介绍了安卓手机端APP的程序设计。对本章内容进行了小结。
第五章 组装硬件与调试
本章主要介绍了智能手环硬件的组装和调试过程。包括元器件的选择与检测、元器件的焊接与组装、硬件部分的测试以及软硬件联合测试。对本章内容进行了小结。

系统总体设计要求及框图

1、硬件设计：智能手环系统需要一些硬件组件，以单片机为主控芯片，围绕主控芯片来设置其余电路模块，该装置主要包含电源电路、温度采集模块电路、血氧心率采集模块电路、蓝牙串口通信模块电路、显示模块电路、报警电路等。硬件设计需要选择合适的组件，并将它们集成到一个电路板中。电路板的设计应该考虑到尺寸、功耗、信号完整性等因素。
2、软件设计：使用C语言进行编程，并利用STM32CubeMX和Keil MDK等工具进行开发。主要的软件模块包括温度检测模块、心率血氧检测模块、蓝牙通信模块、显示模块和报警模块等。此外，还开发了一个Android手机端的APP，通过蓝牙与智能手环进行通信，并实现数据的显示和管理。
智能手环系统的总体设计要求包括实时监测、报警功能、显示功能、与手机端的通信以及低功耗等方面。这些设计要求能够满足用户对智能手环的基本需求，并提供便捷健康的监测和管理方式。

最小系统电路

最小系统电路是指单片机的基本工作电路，它包括单片机、晶振、复位电路、电源电路和外设接口电路等。其中，单片机是整个系统的核心，负责控制和处理各种信号和数据。晶振提供时钟信号，使单片机能够按照一定的频率进行工作。复位电路用于在系统上电时将单片机初始化，并在出现异常情况时重新启动系统。电源电路为单片机和外设提供稳定的电源电压，保证系统的正常运行。外设接口电路则用于与其他硬件设备进行通信和数据交换。
最小系统电路的设计要考虑到系统的稳定性、可靠性和抗干扰能力。在选择元器件时，需要根据系统需求和性能要求，选择合适的型号和规格。例如，针对STM32F103C8T6单片机，可以选择合适的晶振频率和电源电压，以及适用于该单片机的复位电路和外设接口电路。
最小系统电路的布局和连接要合理，尽量避免信号干扰和串扰。在布线过程中，需要遵循一定的规范，如短暂信号线与长信号线的分布、地线和电源线的布局等。此外，还需要注意防止静电和电磁干扰对系统的影响，采取相应的防护措施，如增加静电保护电路和屏蔽措施。
最小系统电路的调试和测试是确保系统正常运行的重要步骤。在调试过程中，可以通过示波器、多用途测试仪等工具对电路进行测量和分析，以确保电路的稳定性和性能符合设计要求。同时，还需对系统各个部分进行功能测试和兼容性测试，以验证系统的可靠性和稳定性。
通过合理的设计和精确的调试，最小系统电路能够为整个智能手环系统提供稳定、可靠的基础支持。它的设计和实现对于保证智能手环的正常运行和功能实现具有重要意义。

系统各软件模块的设计

4.3.1主模块
主模块主要由STM32F103C8T6单片机和各个功能模块组成。单片机作为系统的核心控制器，通过编程控制各个功能模块的工作状态和数据交互。通过对主模块的设计和实现，可以实现智能手环系统的各项功能，并提供准确的数据监测和用户交互体验。这将为用户提供便捷的健康管理和运动监测服务。

主模块负责与温度采集模块进行数据交互。通过DS18B20温湿度传感器，主模块可以实时获取用户的体温数据。主模块通过I2C总线与温度采集模块进行通信，读取传感器的温度值，并将数据进行处理和存储。主模块与血氧心率采集模块进行数据交互。通过MAX30102血氧心率传感器，主模块可以实时监测用户的血氧饱和度和心率。主模块通过I2C总线与血氧心率采集模块进行通信，读取传感器的数据，并进行处理和存储。主模块还负责与蓝牙模块进行通信，实现与手机端的数据交互。通过BT06蓝牙模块，主模块可以与手机进行无线数据传输。主模块通过串口与蓝牙模块进行通信，实现数据的发送和接收。主模块还负责控制OLED液晶显示屏的显示。通过SPI接口，主模块发送显示数据给OLED显示屏，实现用户数据的实时显示。
…

Android手机端APP程序设计

4.4.1 Android蓝牙操作主要程序
蓝牙设备有本地蓝牙和远程蓝牙,对应的类分别为BluetoothAdapter和BluetoothDevice,它们的成员函数基本相同,如下:
(1)cancelDiscovery():取消本地蓝牙设备。
(2)Disable():关闭蓝牙设备。
(3)isEnable():打开蓝牙设备。
(4)getName():获取本地蓝牙的名称。
(5)getRemoteDevice(String address):根据远程设备的MAC地址来获取远程设备。
(6)startDiscovery():蓝牙设备开始搜索周边设备。
(7)connect()建立与蓝牙设备的连接。
Android蓝牙操作主要程序是智能手环系统中的一个重要部分，通过它可以实现手环与手机之间的蓝牙通信和数据交互。

首先，在程序中需要获取蓝牙适配器对象，以便进行蓝牙相关操作。可以使用BluetoothAdapter类的getDefaultAdapter()方法获取默认的蓝牙适配器对象。
然后，需要检查手机是否支持蓝牙功能，并且蓝牙是否已经打开。可以使用isEnabled()方法检查蓝牙是否已经打开。
接下来，可以通过startDiscovery()方法开始搜索附近的蓝牙设备。搜索到的设备可以通过BroadcastReceiver接收到相应的广播消息。
在搜索到设备后，可以通过getName()方法获取设备的名称信息，并将其展示在界面上供用户选择。
当用户选择了要连接的设备后，可以通过createRfcommSocketToServiceRecord()方法创建与设备的蓝牙通信通道。
然后，需要建立与设备的连接，可以调用connect()方法进行连接操作。
连接成功后，可以通过获取输入流和输出流进行数据的读写操作。
以上就是Android蓝牙操作主要程序的设计和实现的简要介绍。通过这些程序，可以实现智能手环与手机之间的蓝牙通信和数据交互，为手环系统的功能提供支持。

元器件的选择与检测

在智能手环的设计中，元器件的选择与检测是非常重要的一环。正确选择合适的元器件可以保证系统的性能和稳定性，而检测则是为了确保所选元器件的质量和可靠性。本节将介绍元器件选择与检测的相关内容。
首先，对于智能手环中的各个功能模块，需要根据系统要求选择合适的元器件。例如，对于主控芯片，选择了STM32F103C8T6单片机，这是一款性能稳定、功能强大的微控制器，能够满足手环的各项功能需求。对于温湿度传感器，选择了DS18B20，它具有高精度、数字输出等特点，适合用于环境温湿度的检测。血氧心率传感器方面，选择了MAX30102，它能够实时监测血氧饱和度和心率，且具有低功耗和高灵敏度的特点。蓝牙模块选择了BT06，它具有稳定的蓝牙连接和快速数据传输的能力。其他元器件如OLED液晶显示屏、有源蜂鸣器和机械按键等也经过仔细选择。
在元器件选择完成后，需要进行元器件的检测。首先，需要验证元器件的真实性，确保所购买的元器件是正品。可以通过查看元器件的包装、标识和序列号等信息来判断其真实性。其次，需要测试元器件的性能和特性是否符合预期。例如，对于温湿度传感器，可以通过将其与已知温湿度的环境进行比对，验证其测量的准确性。对于血氧心率传感器，可以通过与专业医疗设备进行比对，验证其测量结果的准确性。此外，还可以通过测试蓝牙模块的连接稳定性和传输速率等来评估其性能。
总之，元器件的选择与检测是智能手环设计中的重要环节。通过合理选择合适的元器件，并进行严格的检测，可以保证手环系统的稳定性和可靠性，为用户提供更好的使用体验。

元器件的焊接与组装

元器件的焊接与组装是智能手环制作过程中非常重要的环节。焊接是将电子元器件与电路板上的焊盘连接起来的过程，而组装则是将焊接好的电子元器件按照设计要求进行布局和安装的过程。
在焊接过程中，首先需要准备好所需的焊接工具，如焊台、焊锡、焊膏等。然后，根据电路设计图和焊接工艺要求，将元器件逐一焊接到电路板上的相应焊盘上。在焊接过程中，需要注意控制焊接温度和焊接时间，以避免元器件和焊盘的损坏。同时，还需要注意焊接位置的准确性和焊接质量的可靠性。
焊接完成后，接下来是组装过程。组装包括电子元器件的布局和安装。根据设计要求，将焊接好的元器件放置在电路板上的相应位置，并进行固定。在布局和安装过程中，需要注意元器件之间的间距和相互之间的连接，以确保整个电路的稳定性和可靠性。
通过焊接和组装的过程，可以将电子元器件与电路板完整地连接起来，形成一个完整的智能手环系统。焊接和组装的质量和准确性直接影响着整个系统的性能和稳定性。因此，在焊接和组装过程中，需要严格按照设计要求和工艺要求进行操作，确保焊接质量和组装准确度，以提高智能手环的可靠性和使用寿命。

实现效果图