谢志平（广东省技师学院，广东 惠州 516100）
摘 要：充分运用32位单片机内部强壮资源，开发了一种将电子时钟、倒计时器、简易心率、气候预报、体温检测设备与蓝牙音响体系结合的电子设备。选用了高精度时钟芯片DS3231，能做到时刻精准；选用了ESP8266Wi-Fi模块进行授时和气候预报功用；选用了专用血氧传感器芯片MAX30102，体积小，功耗低，能便利检测血氧与心率；运用无线串口HC-12模块完结了远距离无线遥控功用。经实践测验，到达了预期的各项功用。
要害词：单片机；高精度；Wi-Fi模块；无线遥控
1 要害核心技能
1.1 单片机部分
单片机为STM32干流类型，是一种高性能、低成本、低功耗的嵌入式单片机。整个体系分为主机和遥控器：主机选用LED全彩屏显现，遥控器选用OLED显现屏[2]。LED显现屏能够选用商场上干流的P3、P2.5小距离高清LED显现屏，运用STM32单片机CPU速度优势，选用动态扫描技能，既节省电能，又能到达高清显现的意图。 整个体系结构如图1所示。
1.2 时钟芯片
时钟芯片选用了DS3231，该芯片是低成本、高精度I2C实不时钟（RTC），具有集成的温补晶振（TCXO）和晶体，在没有Wi-Fi授不时，正常温度作业范围内精度为±2×10-6，走时十分精准，优于一般挂钟，阴历的算法和星期算法100年内零差错。
1.3 Wi-Fi授时与气候数据收集
Wi-Fi模块选用ESP8266。接纳气候时刻用arduino程序编写，arduino程序的示例做得好，简单快速上手，通 过ESP8266读气候及时刻程序便是用arduino程序里的示例修正的。在其根底上添加字符串处理，把收到的网站数据重新整理成比较简单的字符串。由所以个人运用，所以参数需依据实践情况进行修正。如：在ESP8266例程里相应的方位将实践运用的Wi-Fi名改为test ，暗码为123456789。模块就能主动衔接到这个test了。
WiFi.mode(WIFI_STA);
WiFiMulti.addAP(“test”, “123456789”);
假如要查询指定区域的气候，运用免费敞开的气候查询网站，在例程里相应的方位直接修正当地的地址。如要查询惠州区域的气候，则：http.begin(“http://www.webxml.com.cn/WebServices/WeatherWS.asmx/getWeather?theUserID=&theCityCode=惠州”)。
1.4 血氧饱和度与心率收集
身体细胞需求氧气来进行有氧呼吸。呼吸是细胞取得有用能量的要害办法之一。血氧饱和度是血液中被氧结合的氧合血红蛋白(HbO2)的容量占悉数可结合的血红蛋白(Hb)容量的百分比，即血液中血氧的浓度，它是呼吸循环的重要生理参数。
血氧传感器选用Maxim公司的MAX30102[4]，是一种专为可穿戴设备规划开发的血氧饱和度和心率监测传感器，它是集光源、接纳和滤涉及数字化为一体。芯片功耗极低，选用了1.8 V内核供电，选用I2C规范通讯，可用软件关断芯片，待机电流低至0.7 μA。芯片内集成的光源为660 nm的红光和880 nm的红外光，接纳端为高灵敏度的光敏三极管，接纳到的信号进行扩大后可进行模仿滤波和数字滤波，然后将测得的数据存放到内部存储器中，供外部操控器读取。电路见图2。
内部LED通讯是通过一个规范的I2C兼容接口，该模块能够通过软件在零待机电流的情况下封闭，使电源导轨一直处于通电状况。
脉冲血氧仪需求两种不同的波长来履行丈量。MAX30102集成了赤色和红外 LED 驱动器，可调制血氧饱和度(SPO2)和心率(HR)丈量的 LED 脉冲。LED 电流可在恰当的电源电压下从0~50 mA进行编程。LED 脉冲宽度可编程为69~411 μs，使算法能够依据运用情况优化血氧饱和度(SPO2)和心率(HR)的精度和功耗。图3为实物图。
数据的读取办法：设置一个串行通讯_周期使命函数，当 USB 缓冲区中存在数据时，此函数会剖析数据，并在是有用的指令时履行。
串行通讯_周期使命函数不断查看g_recv_size 标志。当此标志的值不是0时，这意味着在USB 缓冲区上从单片机接纳了一些数据。此信息将复制到主运用程序 InBuffer，而且接纳的数据数量将复制到 InSize。之后， g_recv_size 设置为 0，指示数据已读取。当 InSize 的值不是 0 时，数据已收到，而且查看它是否与通讯协议数据兼容。数据读取流程图如图4。
1.5 无线遥控
为能手动长途操控，考虑距离和抗干扰才能，遥控器选用了HC-12无线串口通讯模块，该模块作业在433.4~473 MHz，能够设置多个频道，步进为400 kHz。模块最大发射功率为100 MW，5 kbit/s，空中波特率下接纳灵敏度为-116 dBm，开阔地1 000 m的通讯距离。模块与单片机的衔接见图5。
HC-12 模块共有四种作业形式，考虑实践运用时，遥控器数据量小，正常运用时刻隔也比较近，故选用FU2 形式。此形式为省电形式，此刻模块的闲暇作业电流为 80 μA 左右。只适用传输少数数据（每个数据包在 20 个字节以内），数据包发送时刻距离不能太短（最好在 2 s以上），否则会形成数据丢掉。AT 指令用来设置模块的参数和切换模块的功用，设置后需退出设置状况才收效。办法为：正常运用（现已上电）中，把 第 5 引脚“SET”置低电平，运用串口调试帮手，发送AT+FU2回车。串口调试帮手回来OK+FU2。此形式下不能设置成其它串口波特率。FU2 形式下，参数和功用的修正，掉电不会丢掉。指令格局见表1。
因为 HC-12 模块的无线接纳灵敏度比较高，当串口波特率大于 9.6 kbit/s 时，必需求错开 5 个相邻频道来运用。当串口波特率不大于 9.6 kbit/s 时，假如短距离（10 m以内）通讯，也需求错开 5 个相邻频道运用。
设置好串口相关作业形式后，程序装备好初始化（波特率和串口操控字等）。然后只要将发送的数据送入发送函数即可。例如：发送0x99。即：UART_Send_Byte(0x99)；发送函数为：
void UART_Send_Byte(unsigned char mydata)
{
ES=0;//关串口中止
TI=0;//串口中止标志置0
SBUF=mydata;//将发送的数据送入SBUF
while(!TI);//等候发送完结
TI=0;//清发送中止标志
ES=1;//翻开中止
}
2 体系测验
体系显现选用了LED屏幕。LED屏选用了部分改写算法，呼应速度快，程序功用优化，功率较高。而且视觉作用很好，支撑运转动画作用、显现图片等。操作按键算法选用非推迟消抖，提高了单片机作业功率，运用STM32F0单片机HAL库[5]里的SysTick时钟查看时长完结消抖，定时器高速采样，呼应快，对程序运转速度影响小，支撑多种按键事情的呼应，完结了数据操作、界面设置等许多人性化功用。程序里设置为每天衔接一次Wi-Fi信号，对时钟芯片进行授时。通过半年的运转，彻底能与北京时刻彻底一致。蓝牙模块选用集成的模块，接通电源后就能够与手机蓝牙进行配对，成功后就能够获取手机内的音乐信息，使智能时钟有了相应的文娱功用，使智能时钟的运用愈加广泛。遥控器的操作在正常作业和日子环境里均能可靠地对主机进行设置，运用作用杰出。
3 结语
一般的电子时钟功用单一，走时不行精准，运用32位单片机丰厚的硬件与软件资源，将一般的电子钟功用进行扩展，完结了许多人性化的功用，便利了人们的日子，在性价比方面具有较大的优优势，具有必定的商场。
参考文献
[1] 屈微, 王志良. STM32单片机运用根底与项目实践-微课版[M].北京:清华大学出版社,2019:100-201.
[2] 刘正翔.根据STM32的OLED显现屏接口规划[J].电子技能与软件工程, 2017(19):65.
[3] 白鹏飞.根据MAX30102的穿戴式血氧饱和度检测体系[J].激光与红外, 2017(10):1277-1279
[4] 高显生.STM32F0实战:根据HAL库开发[M]. 北 京: 机械工业出版社,2018:98-104.
[5] 李立春,刘卓.根据ARM Cortex-M3的SysTick解 析[J].吉林化工学院学报, 2015，32(1):37-38.
本文来源于科技期刊《电子产品世界》2020年第02期第81页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
