嵌入式高級應用可穿戴設備開發(fā)ppt課件(完整版)

1、 項目一設計開發(fā)光照度檢測控制器【知識點】單片機的概念、特點STM8L051F3單片機的引腳STM8L051F3單片機最小系統(tǒng)STM8L051F3單片機的基本IO口中斷原理ADC原理光照傳感器【技能點】識別單片機最小系統(tǒng)的常用元器件。掌握單片機庫函數(shù)開發(fā)的技巧。使用IAR軟件下載調(diào)試程序。熟悉STM8L051F3芯片各引腳的功能特點與使用。熟悉并掌握模擬量ADC轉換器中斷的使用方法了解光照傳感器的工作原理和簡單使用1.開發(fā)板設計介紹PCB設計開發(fā)板原理圖2.開發(fā)板焊接焊接時應遵循“先低后高、先內(nèi)后外、先耐熱后不耐熱”的順序焊接，焊接好的電路板如圖右所示。具體詳細細節(jié)參考參考相關書籍。 3.開發(fā)

2、平臺連接3.開發(fā)板引腳功能說明知識1. STM8L051F3性能特征表STM8L051F3采用TSSOP20（20引腳）封裝，運行電壓在1.8V3.6V，運行的溫度范圍在-4085，主要性能如左表擁有 5 種低功耗模式高級 STM8 內(nèi)核上電/掉電復位、低壓復位、可編程電壓檢測可外接 32kHz 和 116MHz 的外部晶振、內(nèi)部 16MHz 高速 RC、內(nèi)部 38kHz 低速 RC、時鐘安全系統(tǒng)低功耗 RTC8KbyteFLASH、256byteEEPROM、1KbyteRAMDMA 功能12BitADC，內(nèi)部參考電壓2個16位定時器、1個8位定時器、1個窗口看狗、1個獨立看門狗、1個Bee

3、perSPI、IIC、USART快速的編程&仿真接口 SWIM、USART 的 Bootloader知識2. STM8L051F3通用I/O端口（GPIO）GPIO庫函數(shù)GPIO_Init(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_MODE_OUT_OD_HIZ_SLOW );GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_PIN_0);GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_PIN_0);GPIO_MODE_IN_FL_NO_IT浮動輸入無中斷功能GPIO_MODE_IN_PU_NO_IT上拉輸入無中斷功能GPIO_MODE_IN_FL_IT浮動輸入有中斷功能GPIO_MO

4、DE_IN_PU_IT上拉輸入有中斷功能GPIO_MODE_OUT_OD_LOW_FAST快速開漏輸出低電平GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST快速推挽輸出低電平GPIO_MODE_OUT_OD_LOW_SLOW慢速開漏輸出低電平GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_SLOW慢速推挽輸出低電平GPIO_MODE_OUT_OD_HIZ_FAST快速開漏輸出高阻態(tài)GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_FAST快速推挽輸出高電平GPIO_MODE_OUT_OD_HIZ_SLOW慢速開漏輸出高阻態(tài)GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_SLOW慢速推挽輸出高電平任務一 ：流

5、水燈制作嵌入式高級應用可穿戴設備開發(fā)設計并制作一個流水燈的單片機控制系統(tǒng)，在單片機的PB3、PB4、PB5端口分別接一個發(fā)光二極管，使3個發(fā)光二極管輪流點亮，間隔時間大約為0.5秒。 發(fā)光二極管簡稱為LED。當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。LED 發(fā)光二極管簡介LED發(fā)光二極管原理圖設置為0，延時使PB3、PB4、PB5為1延時開始初始化PB3、PB4、PB5為輸出真設置PB3為0，延時設置PB4為0，延時設置PB5為0，延時程序流程圖任務一 實驗效果任務二 設計制作按鍵控制LED燈本小節(jié)介紹將 GPIO 配置為外

6、部中斷輸入模式，并通過 KEY（PD0）來觸發(fā)一個外部中斷信號，產(chǎn)生中斷，然后控制 LED1 的狀態(tài)。實現(xiàn)步驟：1)初始化 LED1 為推挽輸出模式（初始電平高）2)初始化 KEY 為上拉輸入&中斷模式，并配置為下降沿觸發(fā)通過鍵盤產(chǎn)生外部中斷，在中斷中控制LED發(fā)光二極管，當鍵盤按下時發(fā)光二極管狀態(tài)取反。知識3.中斷內(nèi)容中斷服務程序發(fā)申請中斷服務程序發(fā)申請外設CPU中斷示意圖 CPU執(zhí)行程序時，由于發(fā)生了某種隨機的事件(外部或內(nèi)部)，引起CPU暫時中斷正在運行的程序，轉去執(zhí)行一段特殊的服務程序(中斷服務子程序或中斷處理程序)，以處理該事件，該事件處理完后又返回被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行，這一過程稱為

7、中斷。 例如：吃飯時突然手機鈴響中斷映射表知識3-1.中斷控制器ITC中斷控制器提供如下功能： 硬件中斷的管理 端口A、B、C、D的I/O引腳都具有外部中斷能力，每一個端口都有獨立的中斷向量。 軟件中斷的管理(TRAP) 具有靈活的優(yōu)先級和中斷等級管理，支持可嵌套的或同級中斷管理: 多達4個軟件可編程的嵌套等級 最多有32個中斷向量，其入口地址由硬件固定 2個不可屏蔽的事件： RESET, TRAP 1個不可屏蔽的最高優(yōu)先級的硬件中斷 (TLI) 固定的中斷向量地址位于程序空間映像的高位地址段(0 x008004 to 0 x00807C)，其 地址順序即為硬件的優(yōu)先順序。中斷觸發(fā)方式：00：

8、下降沿和低電平觸發(fā)01：僅上升沿觸發(fā)10：僅下降沿觸發(fā)11：上升沿和下降沿觸發(fā)為了產(chǎn)生中斷，相應的GPIO端口必須被配置為中斷使能的輸入口。知識3-2.中斷觸發(fā)方式按鍵控制LED程序流程圖否PD0初始化PB4初始化PB5初始化S2鍵按下使LED4、LED5燈狀態(tài)取反，延時是開始按鍵控制LED實驗結果程序最終實現(xiàn)根據(jù)光敏傳感器（光敏電阻）的光照檢測控制LED燈裝置，當光敏電阻值大于300時打開LED燈，當光敏電阻值小于200時，熄滅LED燈，同學們也可根據(jù)光線強弱的實際情況改變這些閥值，設計出自己的光控燈裝置。任務三 光照度檢測控制系統(tǒng) 模數(shù)轉換器即A/D轉換器，或簡稱ADC，是指將一個模擬信號

9、轉變?yōu)閿?shù)字信號的電子元器件。通常的模數(shù)轉換器是將一個輸入電壓信號轉換為一個輸出的數(shù)字信號。由于數(shù)字信號本身不具有實際意義，僅僅表示一個相對大小。故任何一個模數(shù)轉換器都需要一個參考模擬量作為轉換的標準，比較常見的參考標準為最大的可轉換信號大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。 A/D轉換的作用是將時間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬量轉換為時間離散、幅值也離散的數(shù)字信號。因此，A/D轉換一般要經(jīng)過取樣、保持、量化及編碼4個過程。知識4. ADC知識4-1. ADC 配置1、ADC1 配置函數(shù)void ADC1_Config(void)CLK_PeripheralClockConfig(C

10、LK_Peripheral_ADC1, ENABLE); /打開 ADC1 外設的時鐘GPIO_Init(ADC_IN22_GPIO_PORT, ADC_IN22_GPIO_PINS, GPIO_Mode_In_FL_No_IT);/初始化 ADC1，單次轉換模式，12 位分辨率，ADC 時鐘 2 分頻ADC_Init(ADC1, ADC_ConversionMode_Single, ADC_Resolution_12Bit, ADC_Prescaler_2);/配置 ADC 采樣時間，384 個時鐘周期ADC_SamplingTimeConfig(ADC1, ADC_Group_SlowCh

11、annels, ADC_SamplingTime_384Cycles);ADC_ChannelCmd(ADC1, ADC_Channel_22, ENABLE); /打開 ADC1 的 22 通道ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); /使能 ADC1 2、ADC1 采樣函數(shù)uint16_t Read_ADC_Value(void)uint16_t temp;ADC_SoftwareStartConv(ADC1); /啟動一次 ADC 轉換while(ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC)= RESET); temp = ADC_GetConversi

12、onValue(ADC1); /讀取 ADC 值return temp; /返回 ADC 值 /GPIO 為浮空輸入模式嵌入式高級應用可穿戴設備開發(fā)光敏電阻是利用半導體的光電導效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器，又稱為光電導探測器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。還有一種入射光弱，電阻減小，入射光強，電阻增大。根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：紫外光敏電阻空對空、紅外光敏電阻空對空、可見光光敏電阻器。硬件準備光敏電阻傳感器接口連接原理圖程序流程圖與實驗結果 項目二 設計制作智能電子鐘【知識點】IIC通信原理IIC通信的基本功能與編程基礎STM8L051F3 單

13、片機TIM4定時器/計數(shù)器的工作原理OLED 顯示模擬IIC通信的軟件實現(xiàn)原理RTC的基本功能和工作原理【技能點】顯示屏的特點和類型IIC通信編程定時器接口模塊編程模擬IIC通信的軟件實現(xiàn)OLED 驅動顯示應用RTC讀取時間日歷的軟件編程任務一 設計制作字符顯示器在本任務中主要完成STM8L051F3單片機通過IIC和OLED顯示屏通信，驅動OLED顯示屏，顯示相應的字符內(nèi)容的任務。首先介紹了IIC通信和OLED顯示屏的工作原理，以及它們的工作時序等在本次任務中用到的相關知識，給出了項目的開發(fā)原理和程序流程圖。硬件開發(fā)平臺與以上任務相同，最后給出OLED顯示“WXSTC”字符的單片機STM8L

14、051F3程序，最終實現(xiàn)軟硬件聯(lián)調(diào)。知識點1. I2C串行總線概述 I2C總線是PHLIPS公司推出的一種串行總線，是具備多主機系統(tǒng)所需的總線裁決和高低速器件同步功能的高性能串行總線。I2C總線只有兩根雙向信號線。一根是數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時鐘線SCL。 I2C總線通過上拉電阻接正電源。當總線空閑時，兩根線均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號變低，即各器件的SDA及SCL都是線“與”關系。知識點1-1. I2C串行總線概述 每個接到I2C總線上的器件都有唯一的地址。主機與其它器件間的數(shù)據(jù)傳送可以是由主機發(fā)送數(shù)據(jù)到其它器件，這時主機即為發(fā)送器。由總線上接收數(shù)據(jù)的器件則

15、為接收器。 在多主機系統(tǒng)中，可能同時有幾個主機企圖啟動總線傳送數(shù)據(jù)。為了避免混亂， I2C總線要通過總線仲裁，以決定由哪一臺主機控制總線。知識點1-2. I2C串行總線概述知識點2. I2C總線的數(shù)據(jù)傳送 I2C總線進行數(shù)據(jù)傳送時，時鐘信號為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時鐘線上的信號為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。1、數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定 SCL線為高電平期間，SDA線由高電平向低電平的變化表示起始信號；SCL線為高電平期間，SDA線由低電平向高電平的變化表示終止信號。 起始和終止信號都是由主機發(fā)出的，在起始信號產(chǎn)生后，總線就處于被占用的狀態(tài)；在終止信號產(chǎn)

16、生后，總線就處于空閑狀態(tài)。連接到I2C總線上的器件，若具有I2C總線的硬件接口，則很容易檢測到起始和終止信號。知識點2-1 IIC通信的起始和終止信號知識點2-2 IIC通信的數(shù)據(jù)傳送格式（1）字節(jié)傳送與應答 每一個字節(jié)必須保證是8位長度。數(shù)據(jù)傳送時，先傳送最高位（MSB），每一個被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應答位（即一幀共有9位）。 由于某種原因從機不對主機尋址信號應答時（如從機正在進行實時性的處理工作而無法接收總線上的數(shù)據(jù)），它必須將數(shù)據(jù)線置于高電平，而由主機產(chǎn)生一個終止信號以結束總線的數(shù)據(jù)傳送。 如果從機對主機進行了應答，但在數(shù)據(jù)傳送一段時間后無法繼續(xù)接收更多的數(shù)據(jù)時，從機可以通過對無

17、法接收的第一個數(shù)據(jù)字節(jié)的“非應答”通知主機，主機則應發(fā)出終止信號以結束數(shù)據(jù)的繼續(xù)傳送。 當主機接收數(shù)據(jù)時，它收到最后一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，必須向從機發(fā)出一個結束傳送的信號。這個信號是由對從機的“非應答”來實現(xiàn)的。然后，從機釋放SDA線，以允許主機產(chǎn)生終止信號。知識點2-2 IIC通信的數(shù)據(jù)傳送格式IIC總線的尋址 I2C總線協(xié)議有明確的規(guī)定：采用7位的尋址字節(jié)（尋址字節(jié)是起始信號后的第一個字節(jié)）。 （1）尋址字節(jié)的位定義D7D1位組成從機的地址。D0位是數(shù)據(jù)傳送方向位，為“0”時表示主機向從機寫數(shù)據(jù)，為“1”時表示主機由從機讀數(shù)據(jù)。知識點2-3主機發(fā)送地址時，總線上的每個從機都將這7位地址碼與自己的

18、地址進行比較，如果相同，則認為自己正被主機尋址，根據(jù)R/T位將自己確定為發(fā)送器或接收器。從機的地址由固定部分和可編程部分組成。在一個系統(tǒng)中可能希望接入多個相同的從機，從機地址中可編程部分決定了可接入總線該類器件的最大數(shù)目。如一個從機的7位尋址位有4位是固定位，3位是可編程位，這時僅能尋址8個同樣的器件，即可以有8個同樣的器件接入到該I2C總線系統(tǒng)中。知識點2-3IIC總線的尋址 I2C總線上傳送的數(shù)據(jù)信號是廣義的，既包括地址信號，又包括真正的數(shù)據(jù)信號。 在起始信號后必須傳送一個從機的地址（7位），第8位是數(shù)據(jù)的傳送方向位（R/T），用“0”表示主機發(fā)送數(shù)據(jù)（T），“1”表示主機接收數(shù)據(jù)（R）。

19、每次數(shù)據(jù)傳送總是由主機產(chǎn)生的終止信號結束。但是，若主機希望繼續(xù)占用總線進行新的數(shù)據(jù)傳送，則可以不產(chǎn)生終止信號，馬上再次發(fā)出起始信號對另一從機進行尋址。 知識點2-4IIC總線的數(shù)據(jù)幀格式a、主機向從機發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向在整個傳送過程中不變：注：有陰影部分表示數(shù)據(jù)由主機向從機傳送，無陰影部分則表示數(shù)據(jù)由從機向主機傳送。A表示應答， A非表示非應答（高電平）。S表示起始信號，P表示終止信號。在總線的一次數(shù)據(jù)傳送過程中，可以有以下幾種組合方式：知識點2-4IIC總線的數(shù)據(jù)幀格式b、主機在第一個字節(jié)后，立即從從機讀數(shù)據(jù)c、在傳送過程中，當需要改變傳送方向時，起始信號和從機地址都被重復產(chǎn)生一次，但兩

20、次讀/寫方向位正好反相。知識點2-4IIC總線的數(shù)據(jù)幀格式知識點2-5IIC總線的信號格式知識點2-5 I2C總線通信過程主模式時： I2C接口啟動數(shù)據(jù)傳輸并產(chǎn)生時鐘信號。串行數(shù)據(jù)傳輸總是以起始條件開始并以停止條件結束。起始條件和停止條件都是在主模式下由軟件控制產(chǎn)生。從模式時： I2C接口能識別它自己的地址(7位或10位)和廣播呼叫地址。軟件能夠控制開啟或禁止廣播呼叫地址的識別。數(shù)據(jù)和地址按8位/字節(jié)進行傳輸，高位在前。跟在起始條件后的1或2個字節(jié)是地址(7位模式為1個字節(jié)，10位模式為2個字節(jié))。地址只在主模式發(fā)送。 在一個字節(jié)傳輸?shù)?個時鐘后的第9個時鐘期間，接收器必須回送一個應答位(AC

21、K)給發(fā)送器。軟件可以開啟或禁止應答(ACK)，并可以設置I2C接口的地址(7位、10位地址或廣播呼叫地址)。知識點2-6 主設備發(fā)送模式(發(fā)送序列圖)知識點2-7 主設備接收模式(接收序列圖)知識點2-8 I2C總線狀態(tài)寄存器(I2C_SR1)知識點2-8 I2C總線狀態(tài)寄存器(I2C_SR1)知識點2-8 I2C總線狀態(tài)寄存器(I2C_SR1)OLED顯示屏：即有機發(fā)光二極管（ Organic Light Emitting Diode）。 OLED 由于同時具備自發(fā)光，不需背光源、對比度高、厚度薄、視角廣、反應速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構造及制程較簡單等優(yōu)異特性，被認為是下

22、一代的平面顯示器新興應用技術。LCD 都需要背光，而 OLED 不需要，因為它是自發(fā)光的。這樣同樣的顯示 OLED 效果要好一些。以目前的技術，OLED 的尺寸還難以大型化，但是分辨率確可以做到很高。在此教材的開發(fā)板中我們使用的是0.96 寸 OLED 顯示屏，該屏有以下特點：分辨率為 128*64多種接口方式；OLED 裸屏總共3種接口包括：6800、8080 兩種并行接口方式、3 線或 4 線的串行 SPI 接口方式、 IIC 接口方式（只需要 2 根線就可以控制 OLED 了！本教材中我們實用四針的 0.96 寸IIC接口OLED 模塊，四針 IIC 接口相對比較簡單一些，只有兩個信號線

23、知識點3 OLED顯示屏知識點3-1 OLED 的通訊時序本小節(jié)介紹如何初始化 IIC 以及實現(xiàn) IIC 與 OLED 進行通訊。OLED 采用的是0.96 寸 OLED （4PIN），可以直接插入開發(fā)板OLED擴展接口。OLED 的通訊時序如圖2.17所示。IIC 初始化配置步驟：打開 IIC 外設時鐘使能 IIC1配置 IIC 參數(shù)：IIC1、時鐘 100KHz、IIC 模式、快速模式工作周期 Tlow/Thigh=2、使能應答、應答從機地址 7 位要注意的是：OLED 的 IIC 通訊地址是 0 x78、OLED 的 IIC 時序只存在寫，不存在讀。知識點3-2 OLED 時序的IIC

24、配置從實際應用電路圖2.18中可以看出，STM8L0510F3單片機硬件IIC（PC0、PC1）接口與顯示屏進行通信。在我們設計的開發(fā)板中OLED接口使用的是PB1、PB2兩個引腳，是通過軟件模擬IIC實現(xiàn)通信。所以在本任務中同學們可以通過杜邦線把OLED的SDA和SCL分別連接到PC0、PC1引腳上，完成實驗。因STM8L0510F3單片機中硬件IIC通信接口只有一個，為了滿足多個IIC通信裝置的需要，我們采用軟件模擬實現(xiàn)IIC通信，下一個任務中會詳細講解。本任務中連接方式如下：GND-GND、VCC-3V3、SCL-PC1、SDA-PC0任務一 設計制作字符顯示器任務一 設計制作字符顯示器

25、實現(xiàn)效果在本任務中，主要介紹STM8L051F3 的 TIM4定時器、RTC 相關知識和電子日歷的讀取編程技巧，在任務一的基礎上重點闡述軟件模擬IIC通信。用軟件模擬IIC通信有不少的優(yōu)點，最大的好處是方便移植和共享，解決IIC接口不足的問題，在STM8L051F3中不只局限與PC0、PC1IIC接口。而且同一個代碼兼容各種的MCU，無論是51,STM32還是430還是別的微控制器，在移植的時候只要將引腳的設置更改即可通用。任務二 設計制作智能電子鐘嵌入式高級應用可穿戴設備開發(fā) RTC（Real-time clock）：實時時鐘。RTC 是一個獨立的定時器/計數(shù)器，它提供了一個實時時間和日歷與

26、一個相關的可編程鬧鐘，同時它還包括一個可用于管理低功耗模式的自動喚醒單元。采用二進制編碼格式的 8 位寄存器，包括秒、分、時（12 或 24 小時格式）、星期 x、日、月和年，二進制編碼格式還可以獲取微秒的時間值。RTC 能自動調(diào)節(jié)閏年和每個月的天數(shù)。另外還有可編程鬧鐘的 8 位寄存器，包括微秒、秒、分、時、星期 x 和日，可以把 RTC 校準到 0.954ppm 的精度，在復位后，RTC 是處于寫保護狀態(tài)的，只要供電電壓維持在系統(tǒng)運行電壓內(nèi)，不管 MCU 處于睡眠狀態(tài)，RTC 是不會停止運行的。知識點4 RTC簡介 如何使用 RTC 的電子日歷功能，使用 LSE 或LSI作為 RTC 時鐘源

27、，讀取的日期與時間數(shù)據(jù)使用 OLED 顯示出來（OLED 采用的是技新 0.96 寸 OLED（4PIN）。系統(tǒng)的工作流程：初始化 LSE 時鐘并等待其穩(wěn)定-初始化RTC-初始化IIC-初始化OLED-讀取數(shù)據(jù)并顯示（循環(huán)）。這里主要介紹 RTC 的初始化，步驟如下：1）選擇 LSE 作為 RTC 的時鐘源 ( RTC的時鐘可以選擇四種時鐘HSE/HIS/LSE/LSI)2）打開 RTC 外設時鐘3）配置 RTC 時鐘：24 小時制、計時時間 =1S4）初始化日期數(shù)據(jù)5）初始化時間數(shù)據(jù)注意程序中讀取出來的數(shù)據(jù)位為BCD碼。(RTC_GetDate(RTC_Format_BCD, &RTC_Da

28、teStr);)RTC_FORMAT_BIN 使用二進制 RTC_FORMAT_BCD 使用16進制 ，BCD碼（Binary-Coded Decimal）亦稱二進碼十進數(shù)例如 18年你得到的是 0 x18年知識點4-1 電子日歷配置擴展知識：對位的操作 #define BIT0 (0 x01)#define BIT1 (0 x02)#define BIT2 (0 x04)#define BIT3 (0 x08)#define BIT4 (0 x10)#define BIT5 (0 x20)#define BIT6 (0 x40)#define BIT7 (0 x80)#define BIT(

29、x) (1GND、VCC-3V3、SCL-PB2、SDA-PB1任務二 實驗效果 項目三 設計開發(fā)環(huán)境紫外線監(jiān)測器【知識點】DHT11溫濕度傳感器紫外線檢測傳感器DHT11溫濕度傳感器時序DHT11數(shù)據(jù)格式紫外線檢測原理紫外線傳感器電路紫外線傳感器檢測算法【技能點】使用數(shù)字傳感器DHT11采集溫濕度 使用紫外線傳感器采集紫外線數(shù)據(jù)利用STM8L051F3和DHT11 溫濕度傳感器設計并制作自動環(huán)境溫濕度檢測器，并在OLED顯示屏上顯示測得的溫濕度數(shù)據(jù)。任務一 設計開發(fā)環(huán)境溫濕度檢測器工作電壓范圍：3.3V-5.5V工作電流 ：平均0.5mA輸出：單總線數(shù)字信號測量范圍：濕度2090RH，溫度0

30、50精度 ：濕度5%，溫度2分辨率 ：濕度1%，溫度1 知識點1.DHT11 溫濕度傳感器 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器采用單總線數(shù)據(jù)格式。單個數(shù)據(jù)引腳端口完成輸入輸出雙向傳輸。其數(shù)據(jù)包由5個字節(jié)（40Bit）組成。數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。 DHT11的數(shù)據(jù)格式為：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗和。 其中校驗和數(shù)據(jù)為前四個字節(jié)相加。知識點1-1.DHT11 溫濕度傳感器知識點1-2.DHT11 溫濕度傳感器數(shù)據(jù)輸出編碼 傳感器數(shù)據(jù)輸出的是未編碼的二進制數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)(濕度、溫度、整數(shù)、小

31、數(shù))之間應該分開處理。例如，某次從DHT11讀到的數(shù)據(jù)如圖所示：由以上數(shù)據(jù)就可得到濕度和溫度的值，計算方法：濕度= byte4 . byte3=45.0 (RH)溫度= byte2 . byte1=28.0 ( )校驗= byte4+ byte3+ byte2+ byte1=73(校驗正確)數(shù)據(jù)發(fā)送流程： 首先主機發(fā)送開始信號，即：拉低數(shù)據(jù)線，保持t1（至少18ms）時間，然后拉高數(shù)據(jù)線t2（2040us）時間，然后讀取DHT11的響應，正常的話，DHT11會拉低數(shù)據(jù)線，保持t3（4050us）時間，作為響應信號，然后DHT11拉高數(shù)據(jù)線，保持t4（4050us）時間后，開始輸出數(shù)據(jù)。知識點1

32、-3.DHT11 溫濕度傳感器時序圖知識點1-3.DHT11 溫濕度傳感器時序圖DHT11輸出數(shù)字0的時序如圖DHT11輸出數(shù)字1的時序如圖一硬件準備DHT11 溫濕度傳感器接口連接原理圖程序流程圖與實驗結果任務二 設計開發(fā)紫外線監(jiān)測顯示器設計并制作一個環(huán)境紫外線檢測顯示器，使用紫外線傳感器采集環(huán)境的紫外線強度信息，將采集到的信息送到單片機進行處理，把轉換為強度值的紫外線數(shù)據(jù)通過顯示器顯示。知識點1紫外線對人體的影響紫外線是指陽光中波長10至400納米(nm)的光線，可分為UVA(紫外線A，波長320400納米，長波)、UVB(波長290320納米，中波)、UVC(波長100290納米，短波)

33、。UVB致癌性最強，曬紅及曬傷作用為UVA的1000倍。UVC可被臭氧層所阻隔。紫外線照射會讓皮膚產(chǎn)生大量自由基，導致細胞膜的過氧化反應，使黑色素細胞產(chǎn)生更多的黑色素，并往上分布到表皮角質層，造成黑色斑點。紫外線可以說是造成皮膚皺紋、老化、松弛及黑斑的最大元兇。知識點1-2紫外線對人體的影響 紫外線能使許多物質激發(fā)熒光，很容易讓照相底片感光。當紫外線照射人體時，能促使人體合成維生素D，以防止患佝僂病，經(jīng)常讓小孩曬曬太陽就是這個道理。紫外線還具有殺菌作用，醫(yī)院里的病房就利用紫外線消毒。但過強的紫外線會傷害人體，應注意防護。玻璃、大氣中的氧氣和高空中的臭氧層，對紫外線都有很強的吸收作用，能吸收掉太

34、陽光中的大部分紫外線，因此能保護地球上的生物，使它們免受紫外線傷害。知識點2.紫外線傳感器構造 最早的紫外線傳感器是基于單純的硅，精度不高。在十幾年前，日本日亞公司研發(fā)出了GaN系的晶體，由此產(chǎn)生了GaN的紫外線傳感器，其精度遠遠高于單晶硅的精度，成為最常用的紫外線傳感器材料。二六族ZnS材料被研發(fā)應用到了紫外線傳感器領域，其精度比GaN系的傳感器提高了近105倍。在一定程度上，ZnS系的紫外線傳感器將與GaN系的平分秋色。電氣特性采用氮化鎵基材料；PIN型光電二極管；光伏工作模式；對可見光無響應；暗電流低；輸出電流與紫外指數(shù)成線性關系。符合歐盟RoHS指令，無鉛、無鎘典型應用測量紫外指數(shù)：手

35、機、數(shù)碼相機、MP4、PDA、GPS等攜式移動產(chǎn)品；用于紫外檢測器：全部紫外線波段的檢測器、單UV-A波段檢測器、紫外線指數(shù)檢測器、紫外線殺菌燈輻照檢測器。知識點3.紫外線傳感器電路解析本模塊使用GUVA-S12SD紫外線傳感器，可放置在自然環(huán)境中檢測UV強度。1 GUVA-S12SD電器特性如下：GUVA-S12SD 配合一路運算放大器組成紫外線傳感器的采集輸出電路。MUC端則需要配置好ADC引腳，從而對輸出電路電壓進行線性測量。GUVA-S12SD電路圖GUVA-S12SD電路圖知識點3.紫外線傳感代碼解析運算放大器將毫伏電壓信號放大穩(wěn)定為MUC可讀取的電壓信號。單片機通過ADC采樣和固定

36、的周期頻率，從而計算出人體的心率。計算過程中考慮到測量過程有干擾的存在，所以中間使用了均值濾波算法將其中的干攏剔除，最終獲得穩(wěn)定的UV強度。知識點3-1.采集ADC數(shù)據(jù)代碼void analogDeviceHandler(void) static uint8_t timeCnt = 255; /周期計數(shù)變量，初始值255是暫緩啟動數(shù)值 struct analogAdcDate_t adcData; /存儲數(shù)據(jù)結構體 if (0 = timeCnt) /周期采樣判斷 timeCnt = ANALOG_READ_FREP; /周期間隔數(shù)值賦予 adcData.adcM = ADC_GetConve

37、rsionValue(ADC1); /通過stm8s庫函數(shù)將采樣數(shù)據(jù)讀出 anglogDataInput(adcData); /將讀出采樣數(shù)據(jù)存入環(huán)形隊列中 else timeCnt -; /周期間隔數(shù)值自減 知識點3-1.存入緩沖區(qū)代碼bool analogRingQInsert(struct analogAdcDate_t date, struct ringQueue_t * queuePtr) int tmpInput; if (0 = queuePtr) return FALSE; tmpInput = queuePtr-inIndex + 1; tmpInput %= queuePt

38、r-qSize; if (tmpInput = queuePtr-outIndex) return FALSE; queuePtr-inIndex = tmpInput; queuePtr-qbufftmpInput = date; return TRUE;anglogDataInput函數(shù)嵌套著analogRingQInsert函數(shù)，所以這里就直接講analogRingQInsert函數(shù)了。analogRingQInsert函數(shù)是一個環(huán)形隊列函數(shù)，入?yún)⒂袃蓚€，分別是存儲ADC原始數(shù)據(jù)的date和用于保存環(huán)形隊列數(shù)據(jù)的結構體指針* queuePtr。函數(shù)返回則是環(huán)形隊列是否存儲已滿，沒滿返回T

39、RUE、滿了則返回FALSE。環(huán)形隊列通過對插入計數(shù)變量tmpInput進行%運算來判斷隊列是否咬尾，如果咬尾則重置tmpInput為零。知識點3-2.強度轉換代碼void analog_ultravioletProcess(struct analogAdcDate_t data) uint16_t i; uint32_t tmpMeans = 0; for (i = 1; i 100) /強度過域判斷 ultravioletValue = 100; uint8_t strBuff17; intNumToStr(ultravioletValue,strBuff); /格式打印 strcat(s

40、trBuff,“% ”); /格式打印 OLED_ShowString(0, 4, strBuff); /根據(jù)格式打印的內(nèi)容進行顯示強度數(shù)值存入串口緩沖區(qū)代碼uint8_t analog_getData(uint8_t * buff) buff0 = ultravioletValue; return 1;analog_getData函數(shù)在iic_irqHandler函數(shù)中調(diào)用，其中analog_getData函數(shù)返回的是自己的數(shù)據(jù)長度、數(shù)組指針返回的則是要傳輸?shù)腢V強度數(shù)據(jù)。只有在主IIC器件詢問數(shù)據(jù)時才會觸發(fā)數(shù)據(jù)的發(fā)送，所以這整一個過程是被動的。硬件準備實際電路原理圖程序流程圖與實驗結果 項

41、目四 基于藍牙的人體體溫監(jiān)測器【知識點】非接觸式體溫傳感器概念、原理、特點APP的開發(fā)STM8L UART1串口通信藍牙工作原理【技能點】人體體溫傳感器的應用使用模擬IIC與傳感器通信基于藍牙模塊的APP開發(fā)使用HC-05藍牙模塊無線數(shù)據(jù)傳輸本實驗運用人體體溫傳感器信息采集模塊，通過非接觸的方法連續(xù)監(jiān)測人體體溫，對采集到的數(shù)據(jù)進行校驗和轉化為攝氏度，并進行顯示。任務一 設計開發(fā)人體體溫監(jiān)測器知識點1.體溫采集信息價值人體正常溫度人體體溫是生命健康中的一項非常重要的技標，一般孩子的平均體溫都在37度左右，成人的平均體溫在36.5-36.8度之間；體溫的異常往指標著人體處在一個非正常的狀態(tài)，或是更

42、嚴重的疾病狀態(tài)。體溫除了正常狀態(tài)外，就只有高或地兩個異常狀態(tài)，這兩種異常狀態(tài)會都是比較危險的，如會帶嚴重要影響。知識點1-2.非接觸式體溫傳感器原理 紅外測溫傳感器是最常用的非接觸式測溫儀表，基于黑體輻射的基本定律，也被稱為輻射測溫儀表。一切溫度高于絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布與它的表面溫度有著十分密切的關系。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎。 紅外測溫模塊由光學系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理等部分組成。光學系統(tǒng)匯集其視場內(nèi)的目標紅外輻射能量，視場的大

43、小由測溫儀的光學零件以及位置決定。紅外能量聚焦在光電探測儀上并轉變?yōu)橄鄳碾娦盘枴Ｔ撔盘柦?jīng)過放大器和信號處理電路按照儀器內(nèi)部的算法和目標發(fā)射率校正后轉變?yōu)楸粶y目標的溫度值。除此之外，還應考慮目標和測溫模塊所在的環(huán)境條件，如溫度、氣氛、污染和干擾等因素對性能指標的影響及修正方法。紅外測溫模塊原理圖知識點1-3.非接觸式體溫計構造非接觸式體溫計構造 本套穿戴設備使用溫度傳感器型號為MLX90615，MLX90615 內(nèi)部有 2 顆芯片，紅外熱電堆探測器和信號處理 ASSP MLX90325， 尤其是由 Melexis 設計的處理IR 傳感器輸出的芯片。 MLX90325 在信號調(diào)節(jié)芯片中使用了先進

44、的低噪音放大器，一枚 16-bit ADC 以及功能強大的DSP 元件，從而實現(xiàn)高精確度溫度測量。該傳感器計算并儲存于 RAM 中的環(huán)境溫度以及物體溫度可實現(xiàn)0.02C 的解析度的數(shù)據(jù)，并且可通過雙線標準 IIC 輸出獲得 (0.02C 分辨率) 或者通過 10-bit PWM 輸出獲得。知識點1-4.溫度采集電路解析體溫傳感器電路解析MLX90615 有箝位二極管連接在 SDA/SCL 和 Vdd 之間。因此需要向 MLX90615提供電源以使 SMBus 線不成為負載 。知識點1-5.體溫傳感代碼解析軟件流程圖嵌入式 MLX90615 DSP 控制測量量度，計算物體和環(huán)境溫度并且進行溫度的

45、后處理，將它們通過 IIC 兼容接口或是 PWM 模式輸出。單片機通過IIC總線讀取MLX90615的溫度數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，通過PEC校驗計算得出溫度可靠的數(shù)據(jù)，并將校驗后的數(shù)據(jù)轉換為攝氏度數(shù)據(jù)。知識點1-6.采集溫度數(shù)據(jù)核心代碼 DataL=RX_byte(ACK);/通過發(fā)送ACK將低字節(jié)的數(shù)據(jù)接收回來 DataH=RX_byte(ACK); /通過發(fā)送ACK將高字節(jié)的數(shù)據(jù)接收回來 Pec=RX_byte(NACK);/通過發(fā)送ACK將校驗字節(jié)的數(shù)據(jù)接收回來 STOP_bit();/結束通信 arr0=SlaveAddress;/ arr1=command;/ arr2=SlaveAddress;

46、/將數(shù)據(jù)載入校驗計算數(shù)組 arr3=DataL;/ arr4=DataH;/ arr5=0;/ PecReg=PEC_calculation(arr); /計算校驗字節(jié) while(PecReg != Pec);/如果計算的校驗字節(jié)與接收的校驗不一致，那么重新do-while *(unsigned char *)(&data)=DataH; / *(unsigned char *)(&data)+1)=DataL ; /data=DataH:DataL return data;知識點1-7.攝氏度換算函數(shù)代碼1.攝氏度換算函數(shù)代碼static float CalcTemp(uint16_t v

47、alue) float temp; temp = (value * 0.02) - 273.15; return temp;IR 傳感器包括串聯(lián)的熱電偶，冷接頭放置在厚的芯片襯底上，熱接頭放置在薄膜上。薄膜加熱（或是冷卻）從而吸收并輻射 IR。熱電堆的輸出信號為：Vir (Ta,To) = A.(To4 - Ta 4 ),其中 To 是物體的絕對溫度（開爾文），Ta 是傳感器片絕對溫度，A 是總體的敏感度。需要一個附加的傳感器來測量芯片的溫度。在測量完兩個傳感器輸出后，對應的環(huán)境溫度和物體溫度被計算出。計算是通過內(nèi)部 DSP 產(chǎn)生數(shù)字輸出并和測量溫度成線形比例。環(huán)境溫度 Ta傳感器芯片溫度通過

48、 PTAT 元件測量。所有傳感器的狀態(tài)和數(shù)據(jù)處理都是片上操作的，線性的傳感器溫度 Ta存于 RAM 中。計算所得的 Ta 分辨率為 0.02 C。傳感器出廠校準范圍為-40 到 +85 C。 在 RAM 單元地址 6h 中 2D89h 代表 -40 C，45F3h 代表+85 C。將 RAM 內(nèi)容轉換為實際的 Ta 比較簡單：TaK = Tareg 0.02 公式轉為代碼應用： temp = (value * 0.02) - 273.152.攝氏度數(shù)值存入串口緩沖區(qū)代碼uint8_t temperature_getData(uint8_t * buff) buff0 = tempHigh; b

49、uff1 = tempLow; return 2;temperature_getData函數(shù)在iic_irqHandler函數(shù)中調(diào)用，其中temperature_getData函數(shù)返回的是自己的特定數(shù)據(jù)類型標識、數(shù)組指針返回的則是要傳輸?shù)臄z氏數(shù)據(jù)。硬件準備體溫傳感器接口連接電路原理圖軟件流程圖與實驗結果任務三 設計開發(fā)基于藍牙的人體體溫監(jiān)測器本任務學習STM8L051F3的USART部分相關知識。以單片機和藍牙模塊HC-5為主，設計基于藍牙無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用任務二設計的APP作為上位機，實時讀取和顯示有單片機和體溫傳感器采集處理得到人體體溫數(shù)據(jù)。UART在進行雙向通訊時最少需要兩個引

50、腳：UART_RX 串行數(shù)據(jù)輸入引腳與 UART_TX 串行數(shù)據(jù)輸出引腳，它們在正常的 UART 模式下，異步串行通信的字符格式數(shù)據(jù)收發(fā)，有一個固定的格式，如下圖4.25所示知識點2.通用同步異步收發(fā)器(UART)異步串行通信以字符為單位，即一個字符一個字符地傳送 。我們經(jīng)常使用的串口起始是指 UART（通用異步收發(fā)器），UART 與 USART 的根本區(qū)別就是 USART 可以同步進行收發(fā)，USART 比 UART 多一個 CLK 引腳。知識點3.HC-05藍牙通訊模塊HC-05藍牙通訊模塊引腳介紹序號名稱說明1EN電源控制端（高電平使能，低電平失能）2VCC電源（3.3V5.0V）3GND

51、地4TXD模塊串口發(fā)送腳（TTL電平，不能直接接RS232電平!），可接單片機的RXD5RXD模塊串口接收腳（TTL電平，不能直接接RS232電平!），可接單片機的TXD6STATE配對狀態(tài)輸出；配對成功輸出高電平，未配對則輸出低電平。 HC-05 嵌入式藍牙串口通訊模塊（以下簡稱模塊）具有兩種工作模式：命令響應工作模式和自動連接工作模式，在自動連接工作模式下模塊又可分為主（Master）、從（Slave） 和回環(huán)（Loopback）三種工作角色。當模塊處于自動連接工作模式時，將自動根據(jù)事先設定的方式連接的數(shù)據(jù)傳輸；當模塊處于命令響應工作模式時能執(zhí)行下述所有 AT 命令，用戶可向模塊發(fā)送各種

52、AT 指令，為模塊設定控制參數(shù)或發(fā)布控制命令。通過控制模塊外部引腳（PIO11）輸入電平，可以實現(xiàn)模塊工作狀態(tài)的動態(tài)轉換。知識點3-1.HC-05 嵌入式藍牙串口通訊模塊工作模式模塊自帶了一個狀態(tài)指示燈：LED。該燈有3種狀態(tài)(1).在模塊上電的同時（也可以是之前），將KEY設置為高電平（接VCC），此時LED慢閃（1秒亮1次），模塊進入AT狀態(tài)，且此時波特率固定為38400。(2).在模塊上電的時候，將KEY懸空或接GND，此時TA快閃（1秒2次），表示模塊進入可配對狀態(tài)。如果此時將KEY再拉高，模塊也會進入AT狀態(tài)，但是LED依舊保持快閃。(3).模塊配對成功，此時LED雙閃（一次閃2下，

53、2秒閃一次）。有了LED指示燈，我們就可以很方便的判斷模塊的當前狀態(tài)，方便大家使用。知識點3-2. 模塊自帶STATE狀態(tài)指示燈有2種方法使模塊進入AT指令狀態(tài)：(1).上電之前將KEY設置為VCC，上電后，模塊即進入AT指令狀態(tài)。 進入AT狀態(tài)后，模塊的波特率為：38400（8位數(shù)據(jù)位，1位停止位）。(2).模塊上電后，通過將KEY接VCC，使模塊進入AT狀態(tài)。 進入AT狀態(tài)后，模塊波特率和通信波特率一致。 HC-05藍牙串口模塊所有功能都是通過AT指令集控制，這我們僅介紹用戶常用的幾個AT指令，詳細的指令集，請參考“HC-05藍牙指令集.pdf”這個文檔。1.進入AT狀態(tài)知識點3-3.模塊

54、使用-AT指令集模塊的指令結構為：AT+？ 查詢參數(shù)格式AT+= 設置參數(shù)格式其中CMD（指令）和PARAM（參數(shù)）都是可選的，不過切記在發(fā)送末尾添加回車符（rn），否則模塊不響應，比如我們要查看模塊的版本：串口發(fā)送：AT+VERSION?rn 模塊回應：+VERSION:2.0-20100601OK 2.指令結構硬件準備藍牙模塊連接原理圖 手機APP讀取設備檢測到溫度數(shù)據(jù)實驗效果 項目五 實訓運動輔助設備的設計【知識點】心率傳感器原理心率傳感器檢測算法MPU6050傳感器原理MPU6050傳感器檢測算法【技能點】使用心率傳感器采集心率數(shù)據(jù)使用MPU6050傳感器采集計步數(shù)據(jù)任務一設計開發(fā)人體

55、心率檢測器利用STM8L051F3和心率傳感器設計并制作自動心率檢測器，并在OLED顯示屏上顯示測得的人體心率數(shù)據(jù)知識點2.心率采集信息價值安靜心率心率是指正常人安靜狀態(tài)下每分鐘心跳的次數(shù)，也叫安靜心率，一般為60100次/分，可因年齡、性別或其他生理因素產(chǎn)生個體差異。一般來說，年齡越小，心率越快，老年人心跳比年輕人慢，女性的心率比同齡男性快，這些都是正常的生理現(xiàn)象。安靜狀態(tài)下，成人正常心率為60100次/分鐘，理想心率應為5570次/分鐘（運動員的心率較普通成人偏慢，一般為50次/分鐘左右）。心率曲線心率采集常見問題（1）心率過速成人安靜時心率超過100次/分鐘（一般不超過160次/分鐘），

56、稱為竇性心動過速，常見于興奮、激動、吸煙、飲酒、喝濃茶或咖啡后，或見于感染、發(fā)熱、休克、貧血、缺氧、甲亢、心力衰竭等病理狀態(tài)下，或見于應用阿托品、腎上腺素、麻黃素等藥物后。（2）心率過緩成人安靜時心率低于60次/分鐘（一般在45次/分鐘以上），稱為竇性心動過緩，可見于長期從事重體力勞動的健康人和運動員；或見于甲狀腺機能低下、顱內(nèi)壓增高、阻塞性黃疸以及洋地黃、奎尼丁或心得安類藥物過量。如果心率低于40次/分鐘，應考慮有病態(tài)竇房結綜合征、房室傳導阻滯等情況。如果脈搏強弱不等、不齊且脈率少于心率，應考慮心房纖顫。知識點2-1心率傳感器原理心率測量方法傳統(tǒng)的心率脈搏測量方法主要有三種：從心電信號中提取

57、從測量血壓時壓力傳感器測到的波動來計算脈率光電容積法前兩種方法提取信號都會限制監(jiān)測對像的活動，如果長時間使用會增加監(jiān)測對像的生理和心理上的不舒適感。而光電容積法脈搏測量作為監(jiān)護測量中最普遍的方法之一，其具有方法簡單、佩戴方便、可靠性高等特點。光電容積法原理光電容積法的基本原理是利用人體組織在血管搏動時造成透光率不同來進行脈搏測量的。其使用的傳感器由光源和光電變換器兩部分組成，通過綁帶或夾子固定在病人的手腕上。光源一般采用對動脈血中氧和血紅蛋白有選擇性的一定波長（500nm700nm）的發(fā)光二極管。當光束透過人體外周血管，由于動脈搏動充血容積變化導致這束光的透光率發(fā)生改變，此時由光電變換器接收經(jīng)

58、人體組織反射的光線，轉變?yōu)殡娦盘柌⑵浞糯蠛洼敵?。由于脈搏是隨心臟的搏動而周期性變化的信號，動脈血管容積也周期性變化，因此光電變換器的電信號變化周期就是脈搏率。 根據(jù)相關文獻和實驗結果，560nm的光波可以反映皮膚淺部微動脈信息，適合用來提取脈搏信號。該傳感器主動發(fā)射峰值波長為515nm的綠光LED，再通過光接收器拾取反射光譜，由于脈搏信號的頻帶一般在0.05200Hz之間，信號幅度均很小，一般在毫伏級水平，容易受到各種信號干擾。在感受器后面使用了低通濾波器和運放構成的放大器，將信號放大了數(shù)百倍后，信號可以很好地被單片機的AD采集到。知識點2-2.心率傳感器電路解析本模塊使用SON1303光電式心率傳感器，可放置于人體各部位測試人體心率和脈搏。1SON1303采用的反射式光電傳感器使測量方式更加自由，應用范圍遍及可佩戴式電子產(chǎn)品以及新式測試方法的脈搏測量儀器，能擴大脈搏測量配套設備的應用范圍2.內(nèi)部集成高科技納米涂層環(huán)境光檢測傳感器，過濾不需要的光源，減少由其他光源