[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：

（1）推动可穿戴设备领域的技术创新：通过基于STM32设计的智能手环项目，可以深入研究可穿戴设备的设

计、开发和应用。项目采用STM32F103RCT6主控芯片，结合多种传感器模块和通信技术，实现了血氧检测、心

率检测、体温检测、计步功能、GPS定位以及时间显示等功能。这种技术创新有助于推动可穿戴设备领域的发

展，提升设备的性能和用户体验。

（2）促进健康管理与监测的普及：智能手环项目能够实时监测和记录用户的健康数据，包括心率、血氧饱和

度、体温等关键指标。这有助于用户及时了解自己的健康状况，并采取相应的措施。通过项目的推广和应用，可

以进一步促进健康管理与监测的普及，提高公众的健康意识和自我管理能力。

（3）探索物联网与手机APP的融合应用：本项目将本地采集的数据通过ESP8266-WIFI模块上传到华为云物联

网平台，并利用Qt(C)框架设计Android手机APP，实现数据的远程监控和实时显示。这种物联网与手机APP

的融合应用为可穿戴设备与移动互联网的结合提供了新的思路和方法，有助于拓展可穿戴设备的应用场景和功

能。

（4）提升用户体验与便利性：智能手环项目采用0.96寸OLED显示屏，能够实时显示各种监测数据和时间信息，

方便用户随时查看。同时，项目还集成了蜂鸣器报警功能，确保用户在健康数据异常时能够及时获得提醒。这种

设计和功能上的优化，有助于提升用户的体验和便利性，增加用户对智能手环的使用黏性和满意度。

基于STM32设计的智能手环课题研究在推动技术创新、促进健康管理与监测普及、探索物联网与手机APP融合应

用以及提升用户体验与便利性等方面都具有重要的意义。通过本课题的研究，可以为可穿戴设备领域的发展做出

贡献，并推动相关技术的进一步发展和应用。

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【2】国内外研究现状

智能手环作为一种可穿戴设备，在近年来得到了广泛的关注和研究。

随着国内可穿戴设备市场的快速发展，智能手环作为其中的重要品类，吸引了众多科研机构和企业的关注。在国

内，许多大学和科研机构致力于智能手环技术的研究和创新，推动相关技术的进步。同时，国内的科技企业也积

极投入智能手环的研发和生产，推出了一系列功能丰富、性能稳定的智能手环产品。这些产品在健康监测、运动

计步、GPS定位等方面具备了较高的技术水平，并且逐渐在市场上占据一定份额。此外，国内的智能手环研究还

注重与手机APP的融合，实现数据的远程监控和个性化服务。

在智能手环领域，国外的研究起步较早，积累了一定的技术基础和研究经验。国外的科研机构和企业同样对智能

手环技术进行了深入研究，不断推动创新。一些国际知名科技公司推出了自家的智能手环产品，这些产品在设计

和功能上具有较高的创新水平，并且在全球市场上具备竞争力。同时，国外的智能手环研究也关注用户体验和人

机交互等方面的优化，提升用户的满意度和便利性。此外，国外的智能手环还注重与其他设备的互联互通，构建

智能化的生态系统。

从国内外研究现状来看，智能手环领域已经得到了广泛的关注和研究。国内外科研机构和企业在智能手环技术方

面进行了积极探索和创新，推动了相关技术的不断发展。然而，在智能手环领域仍然存在一些挑战和问题，如提

高数据的准确性和可靠性、优化用户体验、加强与其他设备的互联互通等方面的研究仍有待深入。

因此，本课题的研究将在现有研究基础上，进一步探索智能手环技术的创新和应用，为智能手环领域的发展做出

贡献。

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【3】课题研究的目的和内容

本项目课题研究的目的在于开发一款基于STM32设计的智能手环，具备血氧检测、心率检测、体温检测、计步功

能、GPS定位以及时间显示等多元化功能。通过深入研究和技术创新，推动可穿戴设备领域的发展，提升智能手

环的性能和用户体验，并探索智能手环在健康管理与监测以及其他领域的应用价值。

课题研究的内容：

（1）硬件设计与选型：选择合适的主控芯片STM32F103RCT6，并集成MPU6050、DS18B20、MAX30102等传

感器模块，实现各项功能的硬件支持。同时，设计合理的电路板和布局，确保硬件的稳定性和可靠性。

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