畢業(yè)論文-兒童健康檢測儀的設(shè)計與實現(xiàn)

1、大連東軟信息學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）論文題目論文題目：兒童健康檢測儀的設(shè)計與實現(xiàn) 系 所： 電子工程系 專 業(yè)：電子信息工程（嵌入式系統(tǒng)工程方向） 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 導(dǎo)師職稱： 副教授 完成日期： 2014年 5月 2日 大連東軟信息學(xué)院Dalian Neusoft University of Information大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘要VII兒童健康檢測儀的設(shè)計與實現(xiàn)摘 要如今隨著信息時代的快速發(fā)展，在人們生活水平提高的同時,服務(wù)類消費不斷上升,人們越來越追求簡單快捷,實用有效的服務(wù)。一個不錯的檢測工具須做到的就是操作簡單，測量準確和安全對身體沒有傷害。本作

2、品在學(xué)習(xí)了一定傳感器知識和嵌入式系統(tǒng)方面的一些應(yīng)用而設(shè)計的，其測量時只需滿足傳感器的測量需求就可以得出身體的指數(shù)，滿足了人們最求的簡單實用的要求。本文研制了一種利用STM32F 103中低端的32位ARM控制器為處理的一款兒童健康狀態(tài)檢測儀。兒童健康檢測儀為了方便用戶日常的簡單常規(guī)生理指數(shù)檢測，根據(jù)日常需要本設(shè)計由兩大部分組成，即信息采集部分和信息處理部分。而信息采集部分通過傳感器采集兒童當前身體情況包括體表溫度、濕度和身高的數(shù)據(jù).而信息處理部分即把采集的溫度、濕度和身高等數(shù)據(jù)通過STM32F103處理器處理后，將采集信息顯示在5110彩屏上和語音播放以及短信危險報警（GSM模塊）。設(shè)計主要利

3、用HC-SR04超聲波測距模塊、DHT11溫濕度傳感器和GTM900-B的GSM短信電話模塊，將采集來的數(shù)據(jù)利用STM32F103進行處理。調(diào)用子程序?qū)φZ音模塊、GSM 模塊和彩屏顯示進行數(shù)據(jù)的輸出。該檢測儀是以傳感器為核心將用戶為常規(guī)生理檢查要求的意愿進行程序化的控制系統(tǒng)，已達到簡單的生理數(shù)據(jù)采集和處理報警。就設(shè)計目標，主要從以下3方面：數(shù)據(jù)采集簡便：選用HC-SR04超聲波測距模塊、DHT11溫濕度傳感器，可以讓兒童不需要去醫(yī)院的情況下，在家長協(xié)助下進行簡單的身體數(shù)據(jù)采集,避免了去醫(yī)院排隊以及高額費用。平時在家中，家長可以隨時隨地了解孩子的身體情況。也可以讓兒童自己使用，在檢測到異常狀況下

4、，可以通過處理器通過調(diào)用子程序讓GSM模塊發(fā)送短消息告知家長。它可以省時省力，人性化的給用戶提供一些簡單的常規(guī)檢測服務(wù)。智能化：在通過傳感器采集到數(shù)據(jù)后，處理器通過主程序處理后調(diào)用各個子程序進行顯示，異常語音報警以及短信報警服務(wù)。不需要人為的進行手動計算。為了這一性能，我們專門運用了語音模塊和GSM模塊進行處理，來滿足這一需求。語音報警和GSM短信報警，在身體指數(shù)超過或者低于正常是數(shù)值時，處理器會自動調(diào)用子程序進行對應(yīng)的處理。關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)，STM32，HC-SR04，DHT11溫濕度傳感器和GTM900-B大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） AbstractDesign and Imple

5、mentation of Child Health DetectorAbstractToday, with the rapid development of the information age , peoples living standards improve at the same time , the service class consumption rising , people are increasingly seeking quick and easy, practical and effective services. A good detection tools req

6、uired to do is simple, accurate and safe measurements of the body without harm. This work is in learning some of the knowledge and application of certain sensors embedded systems and design , just to meet their needs when measuring sensors can be drawn on the body of the index , a simple and practic

7、al to meet the requirements of one of the most requested.This paper developed a childrens health status detector with using a STM32F103 low-end 32-bit ARM controller for the process. Child Health detector in order to facilitate a simple daily routine physiological index detector users, according to

8、the daily needs of the design consists of two parts , namely, information collection and information processing section. And collected by the sensor information acquisition section for children , including the current physical condition of the surface temperature , humidity, and the height data whil

9、e the information processing section i.e. the acquisition of temperature , humidity, and height data processor STM32F103 , the collected information is displayed in 5110 the color screen and voice playback and hazard warning messages (GSM module ) .Designed mainly use HC-SR04 ultrasonic ranging modu

10、le , DHT11 temperature and humidity sensors and GTM900-B of the GSM SMS phone module will use the data collected to be processed STM32F103 . Subroutine call to the voice module , GSM module and color display output data. The detector is a sensor at the core user requirements for the routine physical

11、 examination willingness programmed control system , has reached a simple physiological data acquisition and processing alarms. The design goals, mainly from the following three aspects : simple data collection : use HC-SR04 ultrasonic ranging module , DHT11 temperature and humidity sensors , allowi

12、ng children do not need to go to the hospital s case , a simple physical data collection assistance of parents avoid the queues and the high cost to the hospital . Usually at home , parents can learn about the child s physical condition at any time. You can also make use of the children themselves ,

13、 under the abnormal condition is detected , you can let the processor by calling the subroutine GSM module to send a short message to inform the parents. It can be time-saving , user-friendly to the user to provide some simple routine testing services. intelligence : After the data collected by the

14、sensor , the processor of each subroutine call display, voice alarm and SMS alarm abnormal services handled by the main program ,Without human manual calculations. For this performance , we specialize in the use of the voice module and GSM module for processing , to meet this demand . voice alarm an

15、d GSM SMS alarm when body mass index is above or below the normal value , the processor will automatically call the subroutine corresponding processing.Key words : Embedded systems , STM32, HC-SR04, DHT11 temperature and humidity sensors and GTM900-B大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄目 錄 TOC o 1-3 u 摘 要 PAGEREF _To

16、c385338440 h IAbstract PAGEREF _Toc385338441 h III第1章緒 論 PAGEREF _Toc385338442 h 11.1 課題研究背景與意義 PAGEREF _Toc385338443 h 11.2 課題研究內(nèi)容與方法 PAGEREF _Toc385338444 h 11.3 課題研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc385338445 h 11.3.1 傳感器技術(shù)的發(fā)展狀況 PAGEREF _Toc385338446 h 21.3.2 STM32單片機的發(fā)展 PAGEREF _Toc385338447 h 2第2章關(guān)鍵技術(shù)介紹 PAGEREF _

17、Toc385338448 h 32.1 STM32固件庫 PAGEREF _Toc385338449 h 32.2 傳感器和外圍電路 PAGEREF _Toc385338450 h 32.3 GSM電話短信模塊 PAGEREF _Toc385338451 h 3第3章系統(tǒng)需求分析 PAGEREF _Toc385338452 h 43.1 系統(tǒng)設(shè)計目標 PAGEREF _Toc385338453 h 43.2 系統(tǒng)功能需求 PAGEREF _Toc385338454 h 43.3 系統(tǒng)非功能需求 PAGEREF _Toc385338455 h 43.4 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 PAGEREF _Toc38

18、5338456 h 43.5 系統(tǒng)可行性分析 PAGEREF _Toc385338457 h 43.5.1 技術(shù)可行性 PAGEREF _Toc385338458 h 43.5.2 經(jīng)濟可行性 PAGEREF _Toc385338459 h 53.5.3 安全可行性 PAGEREF _Toc385338460 h 5第4章系統(tǒng)設(shè)計 PAGEREF _Toc385338461 h 64.1 系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)原則 PAGEREF _Toc385338462 h 64.2 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計 PAGEREF _Toc385338463 h 64.3 硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc385338464 h 8

19、4.3.1 單片機與外圍存儲器連接電路設(shè)計 PAGEREF _Toc385338465 h 84.3.2 超聲波測距模塊電路設(shè)計 PAGEREF _Toc385338466 h 94.3.3 DTH11溫濕度傳感器電路設(shè)計 PAGEREF _Toc385338467 h 94.3.4 Nokia5110液晶模塊電路設(shè)計 PAGEREF _Toc385338468 h 104.3.5 GSM電話短信模塊模塊電路設(shè)計 PAGEREF _Toc385338469 h 114.3.6 按鍵電路設(shè)計 PAGEREF _Toc385338470 h 124.3.7 LED燈電路設(shè)計 PAGEREF _To

20、c385338471 h 124.4 軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc385338472 h 134.4.1 控制流程設(shè)計 PAGEREF _Toc385338473 h 134.4.2 系統(tǒng)界面設(shè)計 PAGEREF _Toc385338474 h 134.4.3 功能模塊設(shè)計 PAGEREF _Toc385338475 h 154.4.4 開機界面的設(shè)計 PAGEREF _Toc385338476 h 154.4.5 報警模塊顯示 PAGEREF _Toc385338477 h 154.4.6 功能菜單設(shè)計 PAGEREF _Toc385338478 h 164.4.7 按鍵識別模塊設(shè)計

21、PAGEREF _Toc385338479 h 174.4.8 傳感器采集信號處理設(shè)計 PAGEREF _Toc385338480 h 174.4.9 系統(tǒng)其他電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc385338481 h 17第5章系統(tǒng)實現(xiàn) PAGEREF _Toc385338482 h 185.1環(huán)境配置 PAGEREF _Toc385338483 h 185.2功能模塊實現(xiàn) PAGEREF _Toc385338484 h 185.2.1開機界面模塊的實現(xiàn) PAGEREF _Toc385338485 h 185.2.2報警模塊的實現(xiàn) PAGEREF _Toc385338486 h 195.2.

22、3功能菜單模塊的實現(xiàn) PAGEREF _Toc385338487 h 215.2.4按鍵識別模塊的實現(xiàn) PAGEREF _Toc385338488 h 225.2.5傳感器采集信號處理模塊的實現(xiàn) PAGEREF _Toc385338489 h 235.2.6其他模塊的實現(xiàn) PAGEREF _Toc385338490 h 255.3 系統(tǒng)集成與調(diào)試 PAGEREF _Toc385338491 h 255.3.1實物圖的連接 PAGEREF _Toc385338492 h 255.3.2程序的燒寫與調(diào)試 PAGEREF _Toc385338493 h 265.3.3系統(tǒng)整體的聯(lián)調(diào) PAGEREF

23、_Toc385338494 h 26第6章系統(tǒng)測試 PAGEREF _Toc385338495 h 286.1 測試概述 PAGEREF _Toc385338496 h 286.2 測試用例 PAGEREF _Toc385338497 h 286.2.1 硬件各模塊測試 PAGEREF _Toc385338498 h 286.2.2 軟件各模塊測試 PAGEREF _Toc385338499 h 296.2.3 系統(tǒng)聯(lián)合測試 PAGEREF _Toc385338500 h 29第7章結(jié)論 PAGEREF _Toc385338501 h 31參考文獻 PAGEREF _Toc385338502

24、h 32致 謝 PAGEREF _Toc385338503 h 33大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）- 第1章緒 論1.1 課題研究背景與意義隨著現(xiàn)在科技的發(fā)展和傳感器知識的應(yīng)用,越來越多的領(lǐng)域涉及和用到這些技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)一些機械、電子和其他技術(shù)所不能滿足的指標要求。傳感器技術(shù)和未處理器的發(fā)展所帶來的革新，使得產(chǎn)品朝著智能化，手持化以及高精確度的方向發(fā)展。和傳統(tǒng)的檢查身體情況所用到的水銀溫度計和氣壓計，它們的檢查狀況有反應(yīng)慢，準確性差，易受到周圍環(huán)境的影響而造成大的測量誤差。本設(shè)計采用了HC-SR04超聲波測距模塊、DHT11溫濕度傳感器和GTM900-B的GSM短信電話模塊，

25、這兩個傳感器具有反應(yīng)靈敏，測量速度快，受外界情況影響小等優(yōu)點,另外GSM短信電話模塊在5v電源供電情況下，通過杜邦線直接與開發(fā)板相連，就收到AT命令后可以準確的向目標手機發(fā)送短信消息。課題的選擇是為了方便家庭使用，而傳統(tǒng)的測量儀器攜帶不方便，易損壞等缺點。因此課題的研究具有實際用途，使用傳感器和微處理器結(jié)合，可以使得用戶測量更加簡便，數(shù)據(jù)能快速顯示出且安全可靠，讓使用者簡單明了的看到當前身體狀況及周圍環(huán)境的狀況。因此課題在當前的大背景下具有實際意義。1.2 課題研究內(nèi)容與方法兒童健康檢測儀主要包括數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理和結(jié)果顯示等3部分組成。數(shù)據(jù)采集部分主要采用HC-SR04超聲波測距模塊和DHT

26、11溫濕度傳感器組成，這2種傳感器在數(shù)據(jù)采集時可以在一定程度上避免周圍環(huán)境產(chǎn)生影響，從而進行利用相對應(yīng)的原理改變內(nèi)部電壓的變化，從而將變化的電壓量傳給微處理器。數(shù)據(jù)處理部分選用了STM32F103中低端32位ARM處理器，選擇這個處理器主要是它與51系列單片機相似，可以說是51等一系列單片機的升級版并且處理器功耗低和成本低，能滿足課題研究。這部分用于接受傳感器輸入的電壓信號，并進行一系列的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，從而將處理的數(shù)據(jù)發(fā)送給結(jié)果顯示部分。結(jié)果顯示部分主要接受未處理器輸入的數(shù)據(jù)，將結(jié)果顯示在5110液晶屏顯示屏，蜂鳴器以及GSM短信模塊。這一部分的實現(xiàn)主要是各個外設(shè)設(shè)備的驅(qū)動、電路的連接和合理的

27、布局。1.3 課題研究現(xiàn)狀在科技高速發(fā)展的今天，人們的生活水平不斷的提高，過去的傳統(tǒng)儀器已經(jīng)無法滿足高速發(fā)展所帶來的生活質(zhì)量的追求，傳統(tǒng)的溫度計，測壓計都采用水銀為介質(zhì)，通過其物理性質(zhì)的熱脹冷縮從而來獲得當前溫度的變化，這種測量方法不僅誤差極大，測量反應(yīng)慢，結(jié)果不夠明顯而且水銀具有劇毒，帶有一定的安全隱患，在小孩子使用的過程中危險大。而傳感器技術(shù)的應(yīng)用和單片機等微型處理器的發(fā)展，不僅可以滿足人們相同的用途需求，而且其數(shù)字化、高效化和智能化更能夠提高人們的生活水平和生活質(zhì)量。課題所介紹的測量儀和傳統(tǒng)的設(shè)備相比，具有快速的測量、直觀的數(shù)值顯示、智能的報警和人性化的發(fā)送短信等功能，主要用于生活中，人

28、們簡單的身體狀況的測量，方便攜帶且沒有安全隱患。1.3.1 傳感器技術(shù)的發(fā)展狀況信息化的發(fā)展加速了人類歷史的又一項歷史的改革,使得當今人類的生活越來越數(shù)字化,而數(shù)字化的基礎(chǔ)就是信息的富有。所以，傳感技術(shù)的發(fā)展使得這一切有了基礎(chǔ)的根據(jù)，其中，光電信息學(xué)的發(fā)展已然在現(xiàn)代的科學(xué)中起到獨樹一幟的作用。比如，當下智能化家居、快軌用的讀卡器、車載設(shè)備和機場安檢等等，在我們?nèi)粘Ｉ畹念I(lǐng)域無處不見傳感技術(shù)的身影。論文設(shè)計選用HC-SR04超聲波測距模塊和DHT11溫濕度傳感器。它們的組成主要包括光電源、光通路、光電原件和測量電路幾個部分組成。1.3.2 STM32單片機的發(fā)展單片機的發(fā)展史也可以說是微處理器的

29、進化史。自從intel公司在1971年研制出一個4位的微處理器。上個世紀80年代初，研發(fā)出了8位高檔位的51系列單片機，它的誕生在片內(nèi)RAM容量，I/O口功能和系統(tǒng)的外設(shè)擴展都有了很大的提高。 相對于51系列單片機，STM32是一個融合了ARM和ST技術(shù)的32位處理器的單片機。它基于ARM Cortex-M3內(nèi)核。所以，高性能、低成本、低功耗就成就它超高的性價比。按照性能分，主要兩個系列：STM32F101“基本型”系列和STM32F103“增強型”系列。論文選用的是F103“增強型”，幾乎所有的端口均可以容納5V電壓。因此，選用它有較高的性價比。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第2章關(guān)鍵技術(shù)

30、介紹2.1 STM32固件庫STM32固件庫。固件庫目錄一般包含四個文件夾：1、Projiect文件夾，包括標準外設(shè)庫驅(qū)動和所做項目模板2、Libraries文件夾，包括CMSIS（微控制器軟件接口標準）和DeviceSupport/st /STM32F10 x/startup:arm編譯器啟動文件，iar編譯器啟動文件，gcc編譯器啟動文件。STM32F10 xStdPertph_Driver:Inc標準外設(shè)庫驅(qū)動頭文件和Src標準外設(shè)庫驅(qū)動源文件3、htmresc文件夾，文件夾包含了一些html頁面資源4、Utilities文件夾，主要包括用于評估板的專用驅(qū)動和一些重要庫文件（一些.c和.

31、h文件）。2.2 傳感器和外圍電路傳感器和其外圍電路設(shè)計，選用的傳感器需要借助一些放大電路和穩(wěn)定電路來使得傳輸?shù)男盘柗€(wěn)定和準確，有些傳感器需要外加上拉電阻，這就需要在核心板之外的外圍電路上設(shè)定。2.3 GSM電話短信模塊GSM短信電話模塊,模塊采用華為制造的GTM900-B芯片模塊,集成最新的GPRS模塊,是SIM300的升級版本,900從信號質(zhì)量、處理能力、綜合功能來說比300好的不止是一個層次。經(jīng)濟角度看GTM900系列是華為設(shè)計制造的，比其他的同一水平的芯片制造商都要便宜。GTM900-B采用常用的AT命令來操作發(fā)送和接受命令，這些需要閱讀華為相對應(yīng)的AT指令和數(shù)據(jù)手冊來使用。而模塊的調(diào)

32、試則需要串口調(diào)試助手、遠程終端和網(wǎng)絡(luò)上一些軟件開發(fā)愛好者開發(fā)的專業(yè)軟件來進行。模塊電路的連接相對比較簡單，只需要將數(shù)據(jù)端口TDX和RDX連接到開發(fā)板的I/Od端口 ，電源則需要選用5V2A適配器供電，并且在模塊對應(yīng)卡槽上插入移動或者聯(lián)通的SIM卡后則可以正常工作。第3章系統(tǒng)需求分析3.1 系統(tǒng)設(shè)計目標論文設(shè)計目標主要是為了簡單化測量人體常規(guī)生理數(shù)據(jù)，結(jié)合采集、智能化處理和實時顯示等基本功能。它可以讓常規(guī)的檢查變的簡單方便，而且價格便宜可以普及到挨家挨戶。在家里配備的這種小儀器，用戶只需要提供電源就可以對孩子進行簡單的身體檢查。3.2 系統(tǒng)功能需求根據(jù)需求調(diào)研結(jié)果確定本系統(tǒng)主要包括以下功能模塊。

33、1、信息采集模塊：使用HC-SR04超聲波測距模塊和溫濕度傳感器用來檢測周圍環(huán)境和被檢測目標。2、信息接收和處理3、信息顯示和報警模塊3.3 系統(tǒng)非功能需求（1）性能在正常條件下能夠完成系統(tǒng)一些功能的測試和測試結(jié)果的顯示，人體需要接觸溫濕度傳感器即可測得體表溫度和濕度，測量身高時，則需要將測距模塊等價至于與人體水平平行處即可讀出示數(shù)。（2）成本成本在200人民幣左右3.4 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 硬件環(huán)境：STM32F103ARM開發(fā)板、傳感器軟件環(huán)境： STM32庫函數(shù)開發(fā)語言、C語言，Windows7,keil Vision4編譯器3.5 系統(tǒng)可行性分析3.5.1 技術(shù)可行性本系統(tǒng)采用32位ARM處

34、理器為系統(tǒng)處理模塊，代碼用C語言和STM32固件庫開發(fā)，處理器內(nèi)部集成大多數(shù)外設(shè)驅(qū)動，且引腳多支持重映射，所以引腳不夠用問題不存在。傳感器選用簡單的超聲波測距模塊和溫濕度傳感器，連接簡單，用法簡單且誤差小。結(jié)果預(yù)警采用Nokio5110彩屏顯示結(jié)果和GSM短信發(fā)射模塊，流水燈報警，這些都可以參考已有文件代碼。3.5.2 經(jīng)濟可行性STM32市場價格4RMB左右，HC-SR04超聲波測距模塊和溫濕度傳感器三折價格加起來80塊RMB，GSM模塊109RMB，合計200RMB左右。STM32開發(fā)板向畢設(shè)老師借用的。3.5.3 安全可行性硬件連接完畢后，STM32只需要連接一個5V電源就可以給5110

35、液晶顯示屏，超聲波測距模塊和DHT11供電，GSM電話短信模塊需要外接一個5V2A的電源可以正常工作。系統(tǒng)運行所需要的電壓都小于人體安全電壓36V，所以沒有安全隱患。第4章系統(tǒng)設(shè)計4.1 系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)原則（1）先進性利用現(xiàn)在的一些傳感器模塊進行數(shù)據(jù)的采集,可以減少一些傳統(tǒng)測量工具的誤差和不便,同時采用現(xiàn)在流行的GSM電話短信模塊,可以方便快捷實時的將信息發(fā)送給客戶和客戶群,避免消息的由于地域而過期。（2）可靠性及便捷性主要利用傳感器來進行身高，體溫和濕度的采集，電子設(shè)備采集的數(shù)據(jù)對比與傳統(tǒng)的米尺，水銀溫度計更加快速、便捷和簡便。在誤差方面，受地域和周圍環(huán)境的影響不怎么大。（3）智能化及可調(diào)性系

36、統(tǒng)利用嵌入式微處理器STM32，芯片把采集來的數(shù)據(jù)進過A/D轉(zhuǎn)換后傳送給系統(tǒng)，用戶可以看著系統(tǒng)菜單選項進行操作，利用按鍵可以進入測量模式、顯示模式、和預(yù)警值調(diào)整模式，用戶可以根據(jù)需要進行調(diào)整。4.2 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)體系架構(gòu)如圖4.1系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖所示。圖4.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)通過傳感器模塊采集人體信息后通過杜邦線傳遞給微處理器STM32，處理器進行數(shù)據(jù)的處理和加工，然后通過5110彩屏顯示，當采集的數(shù)據(jù)超過預(yù)警值時系統(tǒng)會直接跳入報警顯示界面并自動加載報警子程序，通過SIM900的GSM模塊給手機發(fā)報警短信，LED閃爍和蜂鳴器報警。當數(shù)據(jù)出正常模塊時，用戶可以在5110屏上看到菜單界面，并

37、通過按鍵跳入對應(yīng)子程序進行操作。4.3 硬件設(shè)計4.3.1 單片機與外圍存儲器連接電路設(shè)計圖4.2 系統(tǒng)設(shè)計總圖設(shè)計選用的處理芯片為STM32F103VCT6，如圖4.2系統(tǒng)設(shè)計總圖所示。它是STM32的一種增強型的處理芯片，外圍電路將STM32的所有引腳都引出來了。LED燈模塊分別將LED1、LED2、LED3、LED4與芯片引腳的PD5、PD6、PD7和PD8連接；按鍵模塊分別將KEY1、KEY2、KEY3、KEY4與芯片引腳的PC0、PC1、PC2和PC3連接；超聲波測距模塊把GND與開發(fā)板GND連接，VCC接入JP1（12864液晶插座）的第二個引腳5V電源，Trig引腳和Echo引腳

38、分別和芯片的PC8和PC9引腳；溫濕度傳感器模塊將VCC和GND引腳分別接入開發(fā)板對應(yīng)的GND和3.3V電源，DATA數(shù)據(jù)引腳外接5歐姆的上拉電阻與芯片的PC12先連接，3號引腳為NC引腳作為外圍擴張用的，所以空置；SIM900電話短信模塊需要外接一個5伏2安培的交流電源，通過UART口將TX和RX與芯片的PA2和PA3連接；彩屏顯示模塊需要將5110彩屏的VCC和GND連接到開發(fā)板的3.3V和GND引腳，將SCE、RES、DC、DIN和CLK的引腳連接到PE1、PE0、PE2、PE3和PE4連接，背景燈LED8引腳如果在需要背景燈點亮的時候連接入3.3V電源引腳。有源蜂鳴器模塊將VCC和GN

39、D引腳與板子對應(yīng)相連接I/O引腳和PD10連接。4.3.2 超聲波測距模塊電路設(shè)計圖4.3 超聲波測距模塊圖HC-SR04超聲波測距模塊如圖4.3超聲波測距模塊圖所示。其外接4個引腳，分別為GND、VCC、Trig和Echo。通過STM32給Trig口發(fā)送一個10微妙左右的高(H)電平，模塊就會自動朝前面發(fā)送八個40Khz的超聲波方波出去，當前方有障礙物的時候，超聲波就會返回，這時候，模塊就會接收到返回的信號，并通過Echo向I/O口輸出一段高電平，這時候單片機就會記錄這段高電平的時間，然后乘以聲音在空氣中的速度除以2就可以知道距離了，也就是可以得到人的身高。模塊理論上的2厘米到400厘米的距

40、離，誤差季度可以縮減到3毫米，所以可以替代米尺等測量工具。4.3.3 DTH11溫濕度傳感器電路設(shè)計圖4.4 DHT11溫濕度電路圖DHT11溫濕度如圖4.4 DHT11溫濕度電路圖所示。有四個引腳，分別為VDD、GND、DATA和NC。3號NC引腳作為擴展用一般空置，VDD可接3伏到5V的電壓，板子為3.3V所以可以選用。DATA引腳為數(shù)據(jù)傳輸引腳，一般外接5歐姆上拉電阻可以在一定程度上達到去耦作用，使引腳始終處于高電平狀態(tài)。開始的時候總線處于的是高電平狀態(tài)，處理器發(fā)送一個開始信號，總線就被拉低一段時間，DHT11檢測到有低電平信號，就發(fā)送一個響應(yīng)的信號，處理器在發(fā)送完響應(yīng)信號后，延遲一會后

41、發(fā)送一個開始信號，DHT11檢測開始信號就進行溫濕度的采集，采集完畢后發(fā)送一個截止信號，總線再由上拉電阻拉高變?yōu)楦唠娖?。過程中信號的發(fā)送與響應(yīng)都是通過高低電平的響應(yīng)來完成的。DATA引腳發(fā)送的數(shù)據(jù)位八位的濕度整數(shù)數(shù)據(jù)和八位的濕度小數(shù)數(shù)據(jù)再加上八位的溫度整數(shù)數(shù)據(jù)和八位的濕度小數(shù)數(shù)據(jù)。4.3.4 Nokia5110液晶模塊電路設(shè)計圖4.5 Nokia5110液晶電路圖Nokia5110液晶顯示屏如圖4.5 Nokia5110液晶電路圖所示。包括電源和地線在內(nèi)一共9根信號線，支持很多種串口通信模式，可以很快速的擦寫數(shù)據(jù)，同步數(shù)據(jù)更新。其中引腳1號到5號為I/O引腳，6號為電源引腳、7號為背光引腳、8

42、號為GND引腳可直接接地，背光引腳連接330歐姆的限流電阻，保證選用該引腳時可以不被瞬間電流燒毀。RST為5110復(fù)位引腳、CS為片選引腳、D/C為數(shù)據(jù)命令切換腳、DIN數(shù)據(jù)輸入引腳、CLK為始終引腳、VDD為電源引腳、BLC為背光控制開關(guān)，給個低電平時可以打開背光、GND為電源地?？梢杂抿?qū)動函數(shù)LCD_Write_byte()驅(qū)動函數(shù)進行命令和數(shù)據(jù)寫操作，當管腳（D/C）用于寫命令為0，數(shù)據(jù)是賦值為1。如果需要顯示漢字，則需要自己加入字庫，這就需要某些軟件進行轉(zhuǎn)換，然后加入到驅(qū)動文件就可以顯示。4.3.5 GSM電話短信模塊模塊電路設(shè)計圖4.6 GSM電話短信模塊電路圖GSM電話短信模塊如圖

43、4.6 GSM電話短信模塊電路圖所示。由華為設(shè)計的SIM900為處理芯片，使用時需要外接5伏2安培電源適配器，信號發(fā)射管以及移動或者聯(lián)通的SIM卡。當只和單片機進行通信時只需要連接GND/TXD/RXD引腳。當STM32與模塊進行通信時，采用的傳統(tǒng)的主從式通信，軟件上需要設(shè)置好數(shù)據(jù)采集和接口反面。系統(tǒng)首先進行初始化Init_sim900（）函數(shù)進行初始化模塊，然后主機嘗試與模塊“握手”，發(fā)送AT命令集里面的“AT”指令等待從機是否有回應(yīng)。如果有回應(yīng)時，系統(tǒng)會自動調(diào)用驅(qū)動函數(shù)里面的MESSAGE（）函數(shù)，函數(shù)中有2個參數(shù)分別為NUM1和content，兩者都是數(shù)組變量，前者保存的是“W： T：”

44、，是發(fā)送的當前的濕度和溫度，系統(tǒng)會自動填滿當前的溫濕度傳感器的值；后者為保存預(yù)先設(shè)號的目的電話號碼，“0X22”表示空格為符合AT命令集格式，中間為目的號碼。將TXD和RXD與處理芯片的PA2和PA3引腳相連接。4.3.6 按鍵電路設(shè)計圖4.7 按鍵電路圖按鍵電路如圖4.7按鍵電路圖所示。設(shè)計采用共陽極連接方式，KEY1、KEY2、KEY3和KEY4分別和單片機的PC0、PC1、PC2和PC3相連接，4個按鍵都選用10K的上拉電阻連接入3.3伏VDD。當用戶未有按鍵操作時PC0PC1的I/O都處于高電平狀態(tài)，當有按鍵按下時被按下的哪一行I/O口就會被接地，此時就處于低電平，就可以得知那一個按鍵

45、被按下從而進行相對應(yīng)的操作。4.3.7 LED燈電路設(shè)計圖4.8 LED電路圖LED燈電路設(shè)計如圖4.8LED電路圖所示。同樣采用共陽極接入方式，LED1、LED2、LED3和LED4分別和單片的第四組I/O口引腳PD5、PD6、PD7和PD8相連接。使用時只需要將PD5PD6口的輸出設(shè)為推挽式輸出和輸出為低電平時就可以控制LED燈的亮滅。電路設(shè)計時都選用了1K的限流電阻來保護電路中的LED不被瞬間電流燒毀。4.4 軟件設(shè)計4.4.1 控制流程設(shè)計系統(tǒng)分為開機界面演示、功能菜單顯示、功能子菜單模塊顯示、按鍵識別、傳感器采集信號處理、LED與蜂鳴器報警顯示、GSM電話短信報警和Nokia5110

46、液晶顯示這八個模塊。如圖4.9控制流程設(shè)計圖所示。圖4.9控制流程設(shè)計圖4.4.2 系統(tǒng)界面設(shè)計系統(tǒng)界面設(shè)計，主要分為開機界面、功能菜單界面、子功能界面和報警顯示界面。開機界面通過字符的形式顯示在5110屏幕上，顯示“歡迎使用，WELCOM TO USE”，延遲5秒左右進入菜單界面；菜單界面分為3行，分別是測量顯示、健康指數(shù)和預(yù)警值修改三個部分，通過按鍵操作，對應(yīng)按鍵KEY1、KEY2、KEY3和KEY4來進行操作。系統(tǒng)界面的全部圖設(shè)計見下面圖。1、開機界面，如圖4.10開機界面圖所示。圖4.10開機界面圖2、菜單界面，如圖4.11菜單界面圖所示。圖4.11菜單界面圖3、修改預(yù)警值，如圖4.1

47、2預(yù)警值界面圖所示。圖4.12預(yù)警值界面圖4.4.3 功能模塊設(shè)計系統(tǒng)軟件功能框圖如圖4.13所示。圖4.13 系統(tǒng)軟件功能框圖4.4.4 開機界面的設(shè)計Nokia5110屏是一種快速擦寫的液晶屏幕，在往屏上寫入的時候只需要調(diào)用驅(qū)動文件中的寫入函數(shù)。在配置完5110屏的引腳后，只需要調(diào)用LCD_Write_String()和LCD_Write_Chinese_string()函數(shù)，前者適合英文和常用符號的寫入，后者用于中文的寫入，需要自己錄入需要用的字符庫。開機界面通過“*”和英文字母組成的，顯示出”Welcome to use”友好歡迎界面。4.4.5 報警模塊顯示報警模塊顯示分為報警頁面顯

48、示和硬件處理，報警頁面顯示通過if()語句判斷當溫度或者濕度的某一個值小于或者大于事先設(shè)置好的范圍值SetTemLSetemH和SetHuiLSetHuiH的值從而跳入報警子函數(shù)。子函數(shù)調(diào)用show_temtui()和show_height()兩個顯示函數(shù)，分別顯示溫度、濕度和身高。當系統(tǒng)通電后，會把當前的傳感器采集值自動和預(yù)設(shè)好的范圍進行比較，如果超過預(yù)警值范圍，在開機界面執(zhí)行完之后會直接跳入報警子函數(shù)，而不會進入菜單函數(shù)。報警子函數(shù)硬件處理模塊，分為LED蜂鳴器報警與自動發(fā)短信方式提醒。前者通過調(diào)用show_led()和show_Beep()l兩個函數(shù)使得LED燈流水閃爍和蜂鳴器鳴叫報警，

49、這兩者函數(shù)只需要在驅(qū)動初始化I/O口與RCC時鐘后，給其高低電平即可進行對應(yīng)方式的輸出；后者自動發(fā)短信方式，則在執(zhí)行完Fun_Init()函數(shù)后，初始化對應(yīng)的PA8與PA9引腳和GSM模塊上電后，報警子函數(shù)調(diào)用MESSAGE()函數(shù)進行短信的發(fā)送。在進行短信發(fā)送功能的時候，需要事先將GSM的信號棒和電源通上電，模塊初始化時需要嘗試用AT命令進行初始基站配置、I/O端口配置、RCC始終設(shè)置和USART引腳配置。如果其中某一個部分沒有成功，則這一模塊沒法進行操作。4.4.6 功能菜單設(shè)計功能菜單設(shè)計主要分為3個部分，分別為測量顯示、健康狀況和預(yù)警值修改。1、測量顯示功能菜單主要是調(diào)用DHT11模塊

50、的驅(qū)動函數(shù)Show_temtui()和超聲波測距離的UltrasonicWave驅(qū)動函數(shù)中的show_height()函數(shù)，兩個函數(shù)相對應(yīng)的可以讀取溫濕度傳感器和超聲波測距的溫度、濕度和身高的值，從而顯示在5110液晶屏幕上。2、健康狀況顯示，此模塊主要是對溫濕度采集而來的溫度進行當前身體狀況的判斷來顯示級別。這個功能菜單將溫度分為3個級別為優(yōu)、良、差。系統(tǒng)通過show_what()函數(shù)來處理。函數(shù)通過獲取當前溫度的值與報警范圍的二分之一差和“1”相比較，如果和“1”相近則判斷其為等級“優(yōu)”，一半是則顯示等級為“良”，遠離“1”而和“0”接近時，系統(tǒng)就會認定現(xiàn)在溫度是一個最低等級“差”；3、預(yù)

51、警值修改菜單，系統(tǒng)通過按鍵3被按下后進入預(yù)警值修改子菜單，KEY1按的次數(shù)來決定當前選中的示數(shù)進行加減操作，當按下第一下是示數(shù)前面會出現(xiàn)一個“+”號，這時候按下KEY2就可以進行數(shù)值的加操作，可以一直往上加。再按一下KEY1鍵這時示數(shù)前面的“+”符號會變成“-”符號，此時通過KEY3可以對當前選中數(shù)值進行減操作，可以一直往下減。當?shù)谌伟聪掳存IKEY1時，這時候執(zhí)行的就是跳入下一個示數(shù)操作，一次重復(fù)上述的操作。通過這種方式可以對預(yù)警值范圍進行修改操作。這一菜單子函數(shù)的實現(xiàn)通過調(diào)用show_change()、Show_Set ()和ChangeValue()這三個函數(shù)來實現(xiàn)的。前者參數(shù)Chang

52、e_Flage來顯示對應(yīng)的“+”和“-”符號，和調(diào)用Show_Set()函數(shù)，后者通過掃描鍵盤，并判斷記錄按鍵記錄次數(shù)的參數(shù)Change_Flage來進行對應(yīng)的預(yù)警值修改。功能菜單的可以通過按鍵識別模塊一起使用，其中KEY1、KEY2和KEY3分別對應(yīng)子菜單13。用戶可以按鍵來進行操作。4.4.7 按鍵識別模塊設(shè)計按鍵模塊主要為4個按鍵對應(yīng)為KEY1、KEY2、KEY3和KEY4，按鍵操作對應(yīng)的功能菜單設(shè)計模塊的操作和預(yù)警值修改模塊操作。按鍵KEY1KEY3在功能菜單設(shè)計上對應(yīng)著功能一、功能二和功能三，通過掃描按鍵的按下與松開可以進入對應(yīng)菜單模塊；在預(yù)警值修改子菜單中，按鍵一則被設(shè)置為對當前示

53、數(shù)“+”和“”以及下一個示數(shù)的操作，按鍵二和三分別對應(yīng)KEY1操作的加數(shù)和減數(shù)。按鍵四則被設(shè)置為返回按鍵，當按下時返回菜單選擇界面。按鍵模塊設(shè)計主要是通過系統(tǒng)掃描函數(shù)KEY_Scan()來進行按鍵按下與松開的掃描，然后通過對應(yīng)參數(shù)KEY_Flag的值的判斷，執(zhí)行Key_action()函數(shù)，進而系統(tǒng)進行功能菜單的選擇操作和返回進入操作。4.4.8 傳感器采集信號處理設(shè)計系統(tǒng)用到的傳感器主要是DHT11溫濕度傳感器和HCHR04超聲波測距傳感器。DHT11溫濕度傳感器需要3V5V電壓供電，系統(tǒng)將其連接入3.3V電壓給其供電，2號Data數(shù)據(jù)引腳接到芯片的第三組I/O口PC12，數(shù)據(jù)引腳可以收發(fā)單

54、片機傳來的高低電平，也可以將采集來的溫濕度的值傳給處理芯片。超聲波測距傳感器有4個引腳，需要5V供電，而板子正常電壓為3.3V所以通過杜邦線將其VCC引腳接入12864彩屏底座2號引腳給其供電，模塊2號Trig引腳用于接收STM32處理器給發(fā)送開始信號，當其接收到信號時及高電平，此時超聲波模塊就會向前方發(fā)送聲波。而這時Echo引腳則處于接收等待狀態(tài)，當超聲波前置音箱接收到返回的聲波時，這時3號引腳就會向處理器發(fā)送一個高電平，并觸發(fā)中斷2用于記錄時間，高電平所持續(xù)的時間即為聲波往返所需的時間，通過一個變量UltrasonicWave_Distance來存儲距離，它的距離就是測得的身高距離。上述2

55、種傳感器所采集的信號均為數(shù)字信號所以不需要接入A/D轉(zhuǎn)換，可以直接用于系統(tǒng)的處理和顯示。4.4.9系統(tǒng)其他電路的設(shè)計系統(tǒng)除了上述模塊軟件的設(shè)計，還包括顯示屏5110液晶驅(qū)動，它可以顯示英文及一些符號，但是如果需要顯示數(shù)字和單位符號時，則需要自己添加字庫，系統(tǒng)將其添加為English.h頭文件里面。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第5章系統(tǒng)實現(xiàn)5.1環(huán)境配置本設(shè)計在上位機Windows7系統(tǒng)進行代碼的編寫，需要搭建ARM編譯環(huán)境，進行編譯器Keil u Vison4,在上位機的代碼編寫執(zhí)行無錯誤后，在編譯完的代碼文件夾中找到Hex可執(zhí)行的二進制文件，利用J-link在線調(diào)試器下載入STM32單片

56、機中。下載前需安裝J-link調(diào)試器以及其環(huán)境的搭建。在以上都準備完畢后，程序即可下載入單片機中運行，執(zhí)行過程中可用Debug進行代碼的在線調(diào)試。5.2功能模塊實現(xiàn)5.2.1開機界面模塊的實現(xiàn)此模塊為開機友好歡迎界面，它運行在程序的前面，即在系統(tǒng)運行后就會顯示在Nokia 5110屏上，代碼中調(diào)用LCD_write_String()和LCD_write_chinnese_character()這兩個函數(shù)來顯示界面。模塊流程圖如圖5.1開機模塊流程圖所示。圖5.1 開機模塊流程圖其核心代碼，其下所示：void Open_show(void) LCD_clear();LCD_write_Strin

57、g(0,3,WELCOM TO USE);LCD_write_String(0,4,*); /開機界面 5.2.2報警模塊的實現(xiàn)此模塊為系統(tǒng)的異常報警模塊，它分為彩屏顯示報警信息和硬件處理報警模塊。前者是把傳感器采集來的當前異常數(shù)據(jù)顯示在液晶屏幕上，然使用者可以直觀看見；后者硬件報警處理模塊包括LED流水燈報警顯示、蜂鳴器鳴叫報警和GSM短信報警提醒，模塊主要通過if條件語句判斷溫度和濕度的范圍來判斷是否有異常，而范圍系統(tǒng)自身設(shè)計了一段，用戶也可以自己選擇功能菜單3來自己修改異常報警范圍。模塊流程圖如圖5.2報警模塊流程圖所示。圖5.2 報警模塊流程圖其核心代碼，其下所示：if( ) if(判

58、斷條件 )/報警處理子模塊5.2.3功能菜單模塊的實現(xiàn)此模塊是功能菜單模塊。它是為系統(tǒng)工作的設(shè)置，分為三個菜單模塊與按鍵模塊配合使用，使用時只要按下對應(yīng)鍵就可以進入相對應(yīng)的菜單模式下，它的實現(xiàn)主要調(diào)用Menu()函數(shù)來實現(xiàn)的，再結(jié)合Key_action()函數(shù)與按鍵模塊實現(xiàn)結(jié)合。模塊流程圖如圖5.3功能菜單模塊流程圖所示。圖5.3 功能菜單模塊流程圖其核心代碼，其下所示：void Menu_show()LCD_clear();LCD_write_chinese_character(18,0,18); /測 /量 /顯 /示 第一行LCD_write_chinese_character(54,4

59、,17); /改5.2.4按鍵識別模塊的實現(xiàn)此模塊是按鍵識別模塊，它的實現(xiàn)通過板子的原理圖，自身與4個按鍵相連接。分別連接在單片機芯片pc0pc3的I/O引腳，所以實現(xiàn)時只需要給對應(yīng)的引腳初始化，開啟對應(yīng)組引腳的時鐘，最后給其賦值就可以控制采集按鍵的操作。對于按鍵信號的采集主要通過KEY_Scan()函數(shù)來實現(xiàn)，而按鍵采集的值則被Key_action（）函數(shù)來接收，從而與功能菜單相對應(yīng)。如果進入功能菜單3，則按鍵KEY1KEY3則被進行另一種賦值調(diào)用，實現(xiàn)這個功能主要調(diào)用Change_value()這個函數(shù)。模塊流程圖如圖5.4按鍵識別模塊流程圖所示。圖5.4按鍵識別模塊流程圖其核心代碼，其下

60、所示：u8 KEY_Scan(void) static u8 key_up=1;/按鍵按松開標志if()if(KEY0=0)return 0;/ 無按鍵按下5.2.5傳感器采集信號處理模塊的實現(xiàn)此模塊為傳感器的信號采集和處理模塊。其實現(xiàn)需要閱讀傳感器使用資料和是傳感器引腳正確連接，必要時在外圍電路設(shè)計時需要自己焊接外圍電阻和組合電路。傳感器在采集完信號后會直接傳遞給STM32進行信號的處理，然后在通過I/O端口給其他顯示模塊或者控制報警模塊。模塊實現(xiàn)時需要調(diào)用各個傳感器的驅(qū)動函數(shù)、液晶的顯示函數(shù)以及報警模塊的各個驅(qū)動函數(shù)。模塊流程圖如圖5.5傳感器采集處理模塊流程圖所示。圖5.5傳感器采集處理