1 绪论
1.1选题背景
随着科技的进步，用单片机开发的智能化产品在各个领域得到广泛地应用，它极大地提高了社会生产力水平。加快了工业的发展。可穿戴设备目前已经成为科技发展的热潮，世界各公司在可穿戴设备系统上的投入越来越高，智能可穿戴设备有着众多的优点，包括体积小，功耗低，携带性高、功能强大等等。因此它深受人们的喜爱。另外，由于触摸屏以及各种传感器的引入，使得可穿戴设备迈向高端消费品的行列。可穿戴设备的轻薄和低功耗使其在生活电子产品中脱颖而出。智能的操作系统的应用，让可穿戴设备实现多功能，操作也更加流畅。在众多电子产品中，可触摸的智能可穿戴设备代替传统按键操作的设备，使其功能丰富强大。现代人们的生活越来越离不开智能手机，智能手机给我们提供了丰富的资讯、应用、以及游戏。它给我们带来方便的同时，也使很大一部分人沉迷于智能手机，成为低头一族。因此，开发出一种具备智能手机的基本功能，又不至于使人们沉迷的电子设备就变得非常有意义。
1.2国内外研究现状与意义
从智能手表，到各个厂家的运动手环，再到最近非常流行的VR眼镜，可以看到，可穿戴设备已经融入到了人们生活的方方面，它越发深刻地改变着人们的生活方式，提升着人们的生活质量。下面将主要介绍美国、日本、韩国可穿戴设备行业的发展情况。
1.2.1 国外可穿戴设备发展概况
目前世界范围内可穿戴设备产量迅猛增长，美国是全世界最早提出可穿戴设备的思想和雏形的国家，近年来，Google Glass、Apple Watch 等备受瞩目的可穿戴产品也源自美国的大型知名企业。世界顶级会计师事务所之一的普华永道，近期发布了两份关于可穿戴设备现状及未来发展的报告。报告表明，美国人对可穿戴技术的未来十分乐观，但对现有的技术则缺乏热情。
韩国可穿戴行业发展的主要代表为三星公司。三星公司作为全球最大的智能手机厂商，也是目前为止可穿戴市场最大的推动者。2013 年9 月，三星公司正式发布了其第一款智能手表Galaxy Gear，随后又对其进行更新，推出了Galaxy Gear 2/Fit/Neo。公司自主研发的可穿戴产品还包括曲面屏智能手表Gear S，
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它是首款不必连接智能手机就具有上网功能的智能手表，它内置了支持蜂窝数据功能的上网模块。在三星公布的2015 年产业发展规划中，主要集中在可穿戴领域、虚拟现实、智能家居以及在线教育。目前，三星有近万名开发和设计人员都在为即将上市的可穿戴型设备做准备，足以证明三星打算拓宽可穿戴型设备市场的决心。三星公司表明，他们在芯片、存储、屏幕技术等方面的垂直整合能力，将为其带来更多优势。
日本的电子技术发展以索尼、东芝、富士通等行业巨头为典型代表， 然而在可穿戴技术发展方面，日本的初创企业比行业巨头表现更为优秀。成立于2013年的日本Logbar 公司是可穿戴技术公司的杰出代表之一，该公司因推出一款名为“Ring”的智能戒指而闻名。将Ring 智能戒指戴在手指上，随意动动手指头便可远程控制智能手机、电视等智能终端设备。同样成立于2013 年的Moff 公司推出了一款利用声音将周围物品全部变成互动玩具的智能腕带。儿童将智能腕带戴在手上后，可以通过蓝牙设备将手环连接到Moff 的IOS 应用程序，实现与智能设备终端的连接，将周围物品变成互动玩具。 1.2.2 国内可穿戴设备发展概况
国内的可穿戴设备已经具备监测、医疗、娱乐、办公、学习、定位等多种功能。随着人们对于自身健康问题的重视度不断增加，消费者在健康方面的诉求使得医疗健康、运动健身类产品市场份额较大。目前，可穿戴设备在医疗健康领域取得了快速发展，可穿戴移动医疗设备市场规模正在不断扩大。在众多的移动医疗产品中，最受欢迎的是为医院和患者提供医疗服务和监测的可穿戴健康产品。国内可穿戴设备融资创业公司大多成立在2013 年， 产品集中在手表、手环，应用领域集中在健康、医疗、运动、跟踪定位等。其中，有近一半的可穿戴设备创业公司把发展方向为健康领域。 1.2.3 研究意义
目前，智能手机的功能非常强大，各种应用、游戏让用户应接不暇、不舍得放下手中的手机，低头族由此诞生。而穿戴式设备虽然没有手机那样具有各种聊天工具和游戏软件，但其轻薄便携带的优点是手机不可替代的。避免娱乐类的功能加之以时钟、导航等功能，因此它可帮助人们特别是大学生摆脱对手机的过度依赖。穿戴式设备的便携性也使人们在对一些事务的处理简便快捷，包括GPS定位、时钟、万年历、画板等。
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2 设计要求
利用STM32开发板、GSM模块、MPU6050，设计智能可穿戴设备系统，产品功能如下：
(1).万年历(时间可调整)
(2).闹钟(时间可设置、具有懒人叫醒功能) (3).计时器(可以进行计时，且可以后台运行)
(4).地图(可以进行定位、通过GSM模块的GPRS功能向腾讯地图服务器请求地图信息，模块接收到数据后，进行解析，并将地图显示在LCD屏，也可以通过加 减按键进行地图精度的改变)
(5).手势控制(根据手势的变化，在屏幕的画板上显示相应的图像，也可以修改画图的颜色)
(6).记步(可以后台自动运行，一直记录人体行走的步数)
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3 方案论证
根据设计要求先确定了本系统的整体设计原理框图，如图3.1，然后分别讨论了本系统在控制器、显示模块、以及加速度传感器模块的选择方案。
LCD模块外围驱动电路GSM模块STM32开发板GPS模块电源电路MPU6050加速度传感器模块
图3.1 系统原理框图
3.1 控制器方案
方案一：使用51单片机作为主控制器。51单片机以其低廉的价格，简单的操作，俘获了大量的用户，但是反过来看便宜简单往往意味着功能的低端。在本设计中，51单片机就显得力不从心了，它的IO口数量较少，片上外设资源匮乏，而且处理速度也偏低。
方案二：采用STM32F103ZET6作为主控制器。STM32F103ZET6是意法半导体公司推出的一款以Cortex-M3为内核的32位高性能单片机。拥有多达112个IO口，它以8位单片机的价格，满足了用户32位单片机的需求。
本系统对主控制器的速度有较高要求，速度对本系统的操作流畅度有较大的影响，STM32F103ZET6最大可以达到72MHZ，这是51单片机远不可及的。此外，由于穿戴式设备系统对体积以及功耗要求比较严格，STM32在这两方面做的都比较出色而51单片机无法满足系统的要求。所以选择方案二，采用STM32F103ZET6作为系统的主控制器。
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3.2 显示模块方案
方案一：采用12864点阵式液晶。12864是128*64点阵液晶模块的点阵数简称，该点阵的屏显成本相对较低，适用于各类仪器，小型设备的显示领域。一页共可以显示32个汉字或者64个字符。
方案二：采用搭配ILI9341控制芯片的240x320彩屏。TFT彩屏在消费电子产品中有着广泛的应用，它支持26万色的显示，显示效果十分细腻，此LCD屏使用INTEL的8080接口，STM32F103ZET6带有FSMC功能，支持Intel 8080和Motorola 6800的模式，LCD屏内部的GRAM直接由FSMC控制，实现快速的刷屏。
近些年，随着技术的发展，LCD彩屏的分辨率越做越高，色彩也越来越丰富，显示效果极为细腻。这些优点是点阵式液晶无法超越的。特别是在图片的显示方面，点阵式液晶与LCD彩屏比起来更是相形见绌，无法还原出图片的本来面貌。而且，LCD彩屏还可以支持触屏，方便系统的控制。由于本设计需要用到触摸屏功能以及良好的显示效果，所以综上所述，系统选择方案二，采用TFT彩屏作为显示器件。
3.3 加速度传感器方案
方案一：使用MPU6050加速度传感器模块。MPU6050是一款整合性6轴运动处理组件，它内部带有三轴的加速度传感器、三轴的陀螺仪、并且能通过自身的第二IIC接口连接外部的磁力传感器。将这九轴的数据利用DMP（Digital Motion Processor）进行数据解算，进而就能输出完整的九轴的姿态融合解算数据。利用了DMP进行数据解算，就降低了单片机的负荷，同时缩短了开发周期，降低了开发难度。
方案二：不使用加速度传感器模块。在实现计步功能时可以利用GPS模块记录用户移动距离，根据用户自己设定的步长计算出行走步数。
方案一可以精确地检测到用户行走时在三个轴上的加速度变化，配合算法，识别出用户行走的姿态并记录。但是方案二只能粗略地估算步数，并且算出的步数受GPS模块的精度影响十分大，当用户在室内时由于GPS模块不能很好地接收卫星信号造成无法计步。基于以上考虑，本设计采用方案一。
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