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基于STM32的學霸手表畢業設計說明.doc

'基于STM32的學霸手表畢業設計說明.doc'
?學霸手表摘 要目前可穿戴的應用越來越廣泛,如谷歌眼鏡、家電控制手環、運動手表、導航手鏈、等等??纱┐鲬靡呀洺蔀槭袌霭l展的一大熱門方向。本文作者用單片機STM32F103VET6結合μC/GUI圖形處理系統設計了一款學霸手表,實現了單詞記憶、課程提醒、作業備忘、移動U盤、日歷、時鐘等功能。達到為學生的學習以及生活提供更為便利的服務。本文在分析了系統各模塊原理的基礎上,介紹了用單片機讀取FATFS文件系統單詞和課程表數據并加以優化顯示,記錄課程數據實現人性化的作業備忘的功能。同時可實現USB讀取SD卡,基于低功耗特點,利用陀螺儀檢測人體手臂擺動從而實現開關屏幕等。經測試,可正確達到實驗預設定目標,能實現單詞、課程表顯示,備忘功能,同時可實現基本看表動作識別開關屏降低作品功耗的特點。關鍵詞:可穿戴 單片機 FATFS文件系統 μC/GUI 學習 Study WatchXian Chunye Lin Wenzhou Han JinpengABSTRACTAt present, wearable applied was used more and more widely, such as Google glasses, appliance control wristbands, sports watches, bracelets navigation, and so on. Wearable technology has become a popular direction of market development. The authors use the microcontroller STM32F103VET6 and the μC/GUI graphics processing system designed a study watch, It has the word memory, curriculum reminders, homework notes, U disk, calendar, clock and other functions. Reached to provide more convenient services for student learning and life. Based on the analysis of the basic principle of each module of the system, the article describes how to use MCU to read the words and curriculum data from the FATFS file system and optimized display, recording the programs data to achieve humane working memo function. USB read the SD card can be realized simultaneously, based on low power features, using gyroscopes to detect the body arm swing to switch screens.After the test, it was properly accomplish experiments preset goals, can achieve the basic watch and action recognition reduce work power switch screen.Keywords: Wearable MCU FATFS File System μC/GUI Study 目 錄第一章 緒論 51.1 產品設計的背景 51.2 產品設計的意義 6第一章 系統總體設計 62.1 系統總體結構 6 2.1.1 功能結構 6 2.1.2 硬件結構圖 7第三章 系統硬件設計 93.1 電源充電及供電設計 93.2 觸摸顯示電路設計 93.3 USB通訊電路設計 103.4 鋰電池電量監測電路設計 103.5 GY521-MPU6050陀螺儀模塊連接電路設計 113.6 系統PCB設計及電路實物圖 113.7 3D打印外殼設計: 12第四章 系統軟件設計 134.1 顯示驅動實現 144.2 μC/GUI的實現 144.3 FatFs文件系統 154.4 系統軟件流程圖 16第五章 系統測試 185.1 系統整機測試 18 5.1.1 系統啟動測試 18 5.1.2 系統設置測試 19 5.1.3 課程表顯示以及USB測試 205.2 陀螺儀測試 205.3功耗分析測試 21第六章 全文總結 22參 考 文 獻 23第一章 緒論1.1 產品設計的背景作為又一浪興起的科技熱潮,智能穿戴式設備已逐漸發展,作為穿戴式智能設備大軍中的一員,智能手表以其體積小,功耗低,攜帶方便、功能強大等優點受到人們的青睞,成為消費市場的新寵。各種傳感器的引入包括觸摸屏使智能手表躋身手機高端行列。手表的輕薄和低功耗使其在生活電子產品中脫穎而出。手表置智能化系統、搭載智能手機系統而連接于網絡而實現多功能。在電子產品的設計中,可觸摸的手表代替傳統按鍵的單一,使其功能豐富強大。手機成為大學生生活不可替代品,但其弊端也逐漸突出。利用手機整天刷朋友圈、玩游戲的現象也日益嚴重?,F代大學生的學習生活太過于依賴手機而使學習變得沒規劃。而手表雖然沒有手機那樣具有各種聊天工具和游戲軟件,但其輕薄便攜帶的優點是手機不可替代的。避免娛樂類的功能加之以學習類的功能,手表的優化可幫助人們特別是大學生擺脫對手機的過度依賴。手表的便攜性也使人們在對一些事務的處理簡便快捷,包括接收短信、打、查詢天氣、檢測身體健康狀況等。1.2 產品設計的意義為大學生擺脫過度依賴手機的弊病,使他們對學習和生活有良好的規劃,本產品設計具有單詞記憶、課程查詢、功課提醒、時鐘鬧鐘、移動U盤等相關學習功能的手表,體積小、功耗低讓本產品易于讓人接受。讓學生利用課余零碎時間記憶單詞,包括四六級等詞匯。功課提醒能幫助學習避免因沒來得及寫作業而四處找作業抄的尷尬局面。移動U盤的功能更易于學生存儲攜帶重要文件。本產品利用微處理器加觸摸彩屏顯示,設計良好的顯示界面以及簡易的操作圖標,設計風格貼近手機,增加使大學生從使用手機到使用手表的籌碼。第一章 系統總體設計2.1 系統總體結構2.1.1 功能結構根據設計思路,本課題設計的學霸手表總體功能結構如圖2-1-1所示。該系統功能主要包括五大部分:單詞記憶、作業備忘、課程表查詢、隨身U盤以及時鐘鬧鐘。圖2-1-1 系統功能簡介圖1、 單詞記憶:在主界面的時鐘顯示下會間隔出現單詞,佩戴者在查看時間時可以記住,點擊單詞會進入單。省略部分。斷、鬧鐘判斷、手勢判斷。系統任務關聯如圖4-4。應用程序開始IAP檢測是否對系統升級從SD卡讀取升級文件進行系統更新初始化系統(TFT觸摸液晶屏、SD卡、GUI圖型支持系統、陀螺儀模塊、USB)菜單顯示是否插入USB是否觸摸屏幕鬧鐘時間匹配是否抬手關閉屏幕文件傳輸進入功能菜單震動提醒顯示屏幕應用程序結束圖4-4 系統任務關聯示意圖第五章 系統測試5.1 系統整機測試5.1.1 系統啟動測試系統開機過程首先對SD卡目錄經行掃描,如果檢測到命名為APP.bin的系統升 級文件則經行系統更新,更新界面如圖5-1-1.1所示。在啟動完成后,系統即進入時鐘界面,界面包括時鐘、四六級單詞、鬧鐘狀態、 電池容量信息,界面如圖5-1-1.2所示。觸摸時鐘界面可進入系統主菜單,如圖5-1-1.3所示。圖5-1-1.1 系統更新過程 圖5-1-1.2 時鐘界面圖5-1-2.1系統主菜單界面5.1.2 系統設置測試在系統主菜單點擊設置可進入設置菜單,其中包括系統時間設置以及黑屏時間設置。系統主菜單界面、設置菜單、時間設置、黑屏設置分別如圖5-1-2.1、5-1-2.2、5-1-2.3、5-1-2.4所示。圖5-1-2.1 設置菜單 圖5-1-2.3 時間設置圖5-1-2.3 黑屏設置5.1.3 課程表顯示以及USB測試 在主菜單點擊課程表菜單可進入課程表顯示界面,如圖5-1-3.1所示。在連接電腦與手表時,電腦能識別手表的USB接口,實現電腦訪問手表的SD卡,并對其增添和刪除操作。如圖5-1-3.2顯示電腦連接手表成功。圖5-1-3.1 課程表顯示 圖5-1-3.2 USB連接示意圖5.2 陀螺儀測試通過輪訓可讀取陀螺儀X、Y、Z軸方向的加速度值,利用讀到加速度AD值,再通過公式(5-2.1)、(5-2.2)、(5-2.3)可求得三軸偏轉角速度。進而通過所測量轉換的角速度判斷是否進入休眠狀態。 (5-2.1) (5-2.2) (5-2.3)分別代表X、Y、Z軸的偏轉角,分別代表加速度模塊測量換算的角度值。通過舉手看表這個動作的測試,得出三軸加速度和三軸角度,數據如表5-2(該數據是測試中一次比較典型的數值)可以發現,在這個動作的全過程中Z軸加速度和Y軸角度的變化是很明顯的,所以在程序處理中會額外關注這兩個值。表5-2時間(s)X軸加速度Y軸加速度Z軸加速度X軸角度Y軸角度Z軸角度0.20.10980.09670.97627.3419-8.90561.04520.40.11200.10230.90897.9803-14.56042.30670.60.11890.13470.80068.3901-28.68738.93580.80.10780.10280.69059.0285-40.936712.09431.00.12570.11070.60069.3908-72.860513.32411.20.19870.11540.53059.9056-90.543815.29431.40.10670.11040.678912.0956-97.045319.89451.60.11340.10230.739014.0769-104.934224.07431.80.10370.10520.899418.9762-120.783425.76435.3功耗分析測試實驗中采用直流穩壓電源為樣機提供5V直流電壓,在實驗過程中詳細記錄了設備在是/否開啟屏幕下的電流,電流由直流穩壓器直接讀出,對每個狀態的電流數據進行數學統計分析,得到如表5-3的實驗數據。表5-3 實驗測試結果狀態電流(mA)最小值典型值最大值開啟屏幕8590105關閉屏幕424862第六章 全文總結 隨著人們文化水平的普遍提高,大學生四六級英語考證難度也相應增加,同學們對好的學習方法和學習輔助設備的需求也越來越大。本文研究一種基于STM32F103VET6、針對四六級英語學習的學習型智能手表,以滿足同學們的學習需要。一. 該手表的設計有以下特點:l 在時鐘界面開辟單詞窗口,同學們可利用看時間的時候來記憶一個單詞,既充分地利用了時間,而且在日積月累之下,能夠讓同學們記住大量的詞匯;l 本手表以詞匯記憶與時間查看為主要功能,同時還有課程表及課程提醒、作業提醒等人性化輔助功能;l 設置了USB通信接口。用戶可使用USB線通過該接口連接電腦和手表,通過電腦以移動存儲設備的方式直接操作手表的2G SD卡,上傳課程表等信息以及其他文件;l 電路簡單、成本低廉。系統采用STM32F103VET6作為主控CPU,該芯片外圍接口資源豐富,降低了硬件設計成本,同時降低了設備功耗;l 在系統設計中運用了卡刷的升級方式,使以后的系統升級更加方便。二.在整個項目制作過程中主要做了以下工作:l 對同學們關于四六級的學習需求進行了口頭調查,并對調查結果進行了討論分析,制定了系統的各項功能;l 討論決定了使用全觸屏的操作方式,完成了各芯片的選型工作,完成初步調試電路的設計及測試電路板的制作;l 搭建起一個人性化的UI界面,收集并完成各圖標的對應圖案,構思好各功能的圖標對應關系;l 完成了系統的整體硬件設計,包括主控 CPU 的選型及外圍電路設計、各模塊的選用及接口電路的設計、觸摸顯示屏接口電路設計以及電源電路設計等,搭建了一套完整的硬件平臺;l 完成了測試電路到完整電路的程序移植,并完成各項參數的測試。三. 創新性說明:創新點1:本作品再提供日常手表功能之外,增加單詞記憶功能,可令使用者在看時間的同時記憶單詞。創新點2:作品增加課程表功能,可隨時隨地方便輕松查看課程表。創新點3:課程作業提醒功能,在設定作業提交時間后,可在每天設定時間對使用者進行提醒,更可在提交作業當節課程前提醒攜帶課程作業上課。參 考 文 獻[1] 顯強,田遠富。 嵌入式系統中LCD驅動的實現原理[J]. 今日電子,2005(6);65-67.[2] 蕭世文,USB2.0硬件設計,清華大學,2002年12月版.[3] Micrium. μC/GUI 3.90中文手冊[EB/OL]. [2012-04] .micrium..[4] ChaN. ELM-FAT File System Module[EB/OL]. elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html.
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