[143]-基于STM32设计的智能手环(ESP8266+华为云IOT).pdf_基于stm32的智能手环设计资源-CSDN文库

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一、前言

1.1 项目介绍

【1】项目功能介绍

随着科技的快速发展和人们生活质量的提升，可穿戴设备已经成为了日常生活中不可或缺的一部分。智能手环作

为可穿戴设备的一种，受到了广大用户的青睐。手环具有多种功能，如健康监测、定位、时间显示等，为用户提

供了便捷的生活体验和健康管理。

基于STM32设计的智能手环项目，目的是为了开发一款功能齐全、性能稳定、价格亲民的智能手环。主控芯片采

用STM32F103RCT6，这款芯片具有高性能、低功耗、易于开发等优点，为智能手环的稳定运行提供了有力保

障。

为了满足用户对健康监测的需求，手环项目集成了血氧检测、心率检测、体温检测等功能。这些功能采用了专门

的传感器模块，如MAX30102、DS18B20等，确保了测量数据的准确性和可靠性。同时，为了方便用户了解自己

的运动情况，项目还加入了行走步数统计功能，通过MPU6050模块实现精确计步。

除了健康监测功能，项目还具备GPS定位功能，可实时获取用户的地理位置信息。这对于户外运动爱好者、需要

关注孩子或老人行踪的家庭来说，具有很高的实用价值。

为了提供更好的用户体验，项目采用了0.96寸OLED显示屏，可实时显示各种监测数据和时间信息。项目还集成

了蜂鸣器报警功能，当检测到体温、血氧、心率超过设定值时，会通过蜂鸣器发出警报，提醒用户关注自己的健

康状况。

为了实现远程数据监控和管理，项目采用了ESP8266-WIFI模块，将本地采集的数据实时上传到华为云物联网平

台。用户可以通过Android手机APP，随时查看自己的健康数据和位置信息。这种远程监控方式，不仅方便了用

户，还为家庭健康管理提供了新的可能。

基于STM32设计的智能手环项目，结合了多种先进技术和功能模块，为用户提供一款功能全面、性能稳定的智能

穿戴设备，有助于提升人们的生活质量和健康水平。

以下是项目的整体功能描述：

（1）健康监测功能：智能手环能够实时监测和记录用户的心率、血氧饱和度和体温。一旦这些生理指标超过预

设的安全范围，手环会通过蜂鸣器发出警报，提醒用户注意自己的健康状况。

（2）运动计步功能：通过内置的MPU6050模块，手环能够精确计算并记录用户每天的行走步数。这不仅可以帮

助用户掌握自己的日常运动量，还能激励用户增加身体活动，提升健康水平。

（3）GPS定位功能：手环集成了GPS模块，能够实时获取并显示用户的当前位置信息。这个功能对于户外运动爱

好者以及需要关心家人位置的用户来说非常实用。

（4）时间显示功能：手环能够获取并显示当前的日期和时间，方便用户在需要时快速了解时间信息。

（5）数据上传与远程监控功能：手环通过ESP8266-WIFI模块，将所有监测数据和信息实时上传到华为云物联

网平台。用户可以使用基于Qt(C)框架设计的Android手机APP，从云平台拉取数据并进行实时查看。这为用

户的远程健康管理和监控提供了便利。

（6）本地信息显示功能：所有的健康、运动和位置信息，都会在手环的0.96寸OLED显示屏上实时显示。用户无

需通过手机或其他设备，就可以随时查看这些信息。

这个基于STM32设计的智能手环项目融合了健康监测、运动计步、GPS定位、时间显示以及远程数据监控等多项

功能，为用户提供了一站式的智能穿戴体验。

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功能总结：

基于STM32设计的智能手环，支持本地时间显示、心率检测、血氧浓度检测、运动步数计算、体温检测、GPS定

位、数据上云、手机APP开发查看健康数据。

主控芯片采用STM32F103RCT6：作为智能手环的主控芯片。

MPU6050模块：于行走步数的计算，通过测量加速度和角度实现对步数的精确获取。

DS18B20模块：用于测量体温数据，具有数字信号输出，适合于嵌入式系统的应用。

MAX30102模块：用于血氧检测和心率监测，能够实时准确地采集用户的生理参数。

GPS模块：用于获取当前的位置信息，支持对用户位置的实时定位。

0.96寸OLED显示屏：采用SPI接口连接，用于在智能手环上实时显示各项监测数据和时间信息。

ESP8266-WIFI模块：负责将采集到的数据上传至华为云物联网平台，实现数据的远程传输和存储。

蜂鸣器：作为报警装置，体温超过38，心率超过140进行报警提醒。

手机APP：采用Qt设计，设计的Android手机APP。

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【2】项目硬件模块组成

主控芯片

STM32F103RCT6：作为智能手环的主控芯片，具有丰富的外设接口和较强的计算能力，能够支持各种传感

器模块的数据采集、处理和通信功能。

传感器模块

（1）MPU6050模块：用于行走步数的计算，通过测量加速度和角度实现对步数的精确获取。

（2）DS18B20模块：用于测量体温数据，具有数字信号输出，适合于嵌入式系统的应用。

（3）MAX30102模块：用于血氧检测和心率监测，能够实时准确地采集用户的生理参数。

（4）GPS模块：用于获取当前的位置信息，支持对用户位置的实时定位。

显示模块

0.96寸OLED显示屏：采用SPI接口连接，用于在智能手环上实时显示各项监测数据和时间信息。

通信模块

ESP8266-WIFI模块：负责将采集到的数据上传至华为云物联网平台，实现数据的远程传输和存储。

其他

RTC时钟：用于获取时间信息。

蜂鸣器：作为报警装置，用于提示用户当监测数据超过设定值时的异常情况。

这些硬件模块的有机组合和协同工作，构成了智能手环的完整功能，并能够实现对用户健康和运动数据的全面监

测和展示。

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【3】ESP8266工作模式配置

在整个设计里，STM32端的ESP8266配置成STA模式+TCP客户端模式，上电时连接家里的路由器WIF热点，连接

互联网，以TCP客户端模式（通过MQTT协议）去连接华为云物联网云服务器，实时上传当前的设备状态等各种参

数信息。用户在手机APP上可以远程查看设备的状态信息。

ESP8266模块具有两种常用的工作模式，分别是STA模式和AP模式：

（1）STA模式（Station Mode）：在STA模式下，ESP8266可以连接到已存在的Wi-Fi网络作为一个客户端

设备。它可以扫描周围的Wi-Fi网络，并且根据提供的SSID和密码进行连接，获取IP地址后可以通过该网络与

其他设备进行通信。在STA模式下，ESP8266可以实现与互联网的连接，执行各种网络相关的操作。

（2）AP模式（Access Point Mode）：在AP模式下，ESP8266可以作为一个独立的Wi-Fi接入点（热点）运

行。它会创建一个自己的Wi-Fi网络，允许其他设备（如手机、电脑等）连接到这个热点上。在AP模式下，

ESP8266可以充当局域网内部的服务器，通过建立TCP/IP连接与其他设备进行通信，提供Web页面访问、数据

传输等服务。

通过STA模式，ESP8266可以连接到互联网上的其他设备或服务器，实现远程控制和数据交换；而通过AP模式，

ESP8266可以作为一个独立的接入点，让其他设备通过它进行连接和通信。

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【4】Android手机APP开发思路

项目里，Android手机APP是采用Qt开发，Qt是一个基于C的跨平台软件开发框架。

Qt框架提供了网络模块，能够支持HTTPS协议的请求和响应。可以利用Qt的网络模块来建立与华为云IOT平台的

HTTPS连接，并通过API接口获取设备的影子数据。

（1）从华为云IOT平台获取数据的流程

认证授权：使用设备的Access Key和Secret Key进行认证授权，获取访问令牌。

构建HTTPS请求：利用Qt的网络模块构建HTTPS请求，包括API接口的URL、Header信息、请求参数等。

发送HTTPS请求：发送构建好的HTTPS请求给华为云IOT平台，获取设备的影子数据。

处理响应数据：解析HTTPS响应，提取设备的影子数据并进行处理。

（2）数据展示与交互

在获取到设备的影子数据后，可以利用Qt的界面设计模块，结合自定义的数据展示控件，将设备的影子数据以直

观的方式呈现给用户。

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【5】项目模块划分

（1）主控模块：采用STM32F103RCT6芯片作为核心控制器。负责整个系统的调度和管理，与其他各个模块进行

通信，控制数据的流动和处理。

（2）健康监测模块：包括心率检测、血氧检测和体温检测三个子模块。通过专用的传感器模块（如MAX30102、

DS18B20）进行数据的实时采集和处理，并将结果传输给主控模块。

（3）运动计步模块：利用MPU6050模块进行步数的计算和统计。通过分析传感器的数据，可以精确地检测用户

的步行情况，并将步数数据发送给主控模块。

（4）GPS定位模块：集成了GPS定位功能，通过接收卫星信号获取用户当前的地理位置信息。该模块将位置数据

发送给主控模块，并在需要时与其他模块进行数据交互。

（5）时间显示模块：利用STM32本身的RTC时钟模块获取当前时间，并在显示屏上进行实时显示。同时，该模块

还可以接收主控模块的控制指令，对时间显示进行调整和设置。

（6）数据上传与通信模块：通过ESP8266-WIFI模块实现与华为云物联网平台的通信。该模块负责将采集的数

据上传到云平台，并接收来自手机APP的指令和数据请求，实现远程监控和数据共享。

（7）显示模块：采用0.96寸OLED显示屏作为本地数据显示界面。该模块接收主控模块的数据，将各类监测数

据、时间信息等实时展示给用户。

（8）报警模块：通过蜂鸣器实现报警功能。当体温、血氧、心率等超过设定值时，报警模块会发出警报声，提

醒用户注意健康状况。

这种模块划分使得整个项目结构清晰，便于开发和管理。各个模块之间通过主控模块进行协调和通信，实现整体

功能的稳定运行和数据的准确采集与传输。

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1.2 项目功能需求  
（1）生理参数监测  
实时监测血氧饱和度、心率、体温，并能够在必要时触发蜂鸣器报警。
使用MAX30102模块进行血氧检测，DS18B20模块进行体温检测，以及针对心率的传感器。
设备应支持对这些参数的实时采集与记录，以便用户后续分析。
（2）计步功能  
通过MPU6050模块实时计算用户的步数，记录并展示当天行走的步数。
可以将步数数据上传至云端进行长期存储与分析。
（3）GPS定位  
实时获取当前的GPS定位信息，包括经纬度等数据。
用户可以通过设备界面查看当前位置或者将位置信息上传至云端。
（4）时间显示  
使用STM32本身的RTC时钟获取时间，并通过OLED显示屏展示给用户。
（5）OLED显示屏展示  
将实时采集的所有信息，包括生理参数、步数、定位等，通过0.96寸OLED显示屏以直观方式展示给用户。
（6）数据上传至云端  
通过ESP8266-WIFI模块将本地采集的所有信息上传至华为云物联网平台，实现远程存储与云端管理。
保证数据安全和隐私保护，同时支持对数据的远程查询和分析。
（7）设计手机APP  
利用Qt(C)框架设计Android手机APP，从华为云物联网服务器拉取数据进行实时显示。
用户可以通过APP实时监测手环上采集的各项信息。
（8）蜂鸣器报警功能  
当监测到体温、血氧、心率超过设定值时，手环应通过蜂鸣器进行报警提醒。
通过以上功能需求，这款基于STM32设计的智能手环将能够全面监测用户的生理参数、运动情况和位置信息，并
实现对数据的本地展示与云端管理，为用户提供全面的健康管理和数据分析服务。
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1.3 项目开发背景  
【1】 课题研究的意义
随着健康意识的普及和科技的快速发展，智能可穿戴设备在日常生活中扮演着越来越重要的角色。基于STM32设
计的智能手环作为一种集成了多种功能的可穿戴设备，具有广泛的应用前景和重要的研究价值。
本课题的研究意义主要体现在以下几个方面：