毕业论文-儿童健康检测仪的设计与实现

1、大连东软信息学院本科毕业设计（论文）论文题目论文题目：儿童健康检测仪的设计与实现 系 所： 电子工程系 专 业：电子信息工程（嵌入式系统工程方向） 学生姓名： 学生学号： 指导教师： 导师职称： 副教授 完成日期： 2014年 5月 2日 大连东软信息学院Dalian Neusoft University of Information大连东软信息学院毕业设计（论文） 摘要VII儿童健康检测仪的设计与实现摘 要如今随着信息时代的快速发展，在人们生活水平提高的同时,服务类消费不断上升,人们越来越追求简单快捷,实用有效的服务。一个不错的检测工具须做到的就是操作简单，测量准确和安全对身体没有伤害。本作

2、品在学习了一定传感器知识和嵌入式系统方面的一些应用而设计的，其测量时只需满足传感器的测量需求就可以得出身体的指数，满足了人们最求的简单实用的要求。本文研制了一种利用STM32F 103中低端的32位ARM控制器为处理的一款儿童健康状态检测仪。儿童健康检测仪为了方便用户日常的简单常规生理指数检测，根据日常需要本设计由两大部分组成，即信息采集部分和信息处理部分。而信息采集部分通过传感器采集儿童当前身体情况包括体表温度、湿度和身高的数据.而信息处理部分即把采集的温度、湿度和身高等数据通过STM32F103处理器处理后，将采集信息显示在5110彩屏上和语音播放以及短信危险报警（GSM模块）。设计主要利

3、用HC-SR04超声波测距模块、DHT11温湿度传感器和GTM900-B的GSM短信电话模块，将采集来的数据利用STM32F103进行处理。调用子程序对语音模块、GSM 模块和彩屏显示进行数据的输出。该检测仪是以传感器为核心将用户为常规生理检查要求的意愿进行程序化的控制系统，已达到简单的生理数据采集和处理报警。就设计目标，主要从以下3方面：数据采集简便：选用HC-SR04超声波测距模块、DHT11温湿度传感器，可以让儿童不需要去医院的情况下，在家长协助下进行简单的身体数据采集,避免了去医院排队以及高额费用。平时在家中，家长可以随时随地了解孩子的身体情况。也可以让儿童自己使用，在检测到异常状况下

4、，可以通过处理器通过调用子程序让GSM模块发送短消息告知家长。它可以省时省力，人性化的给用户提供一些简单的常规检测服务。智能化：在通过传感器采集到数据后，处理器通过主程序处理后调用各个子程序进行显示，异常语音报警以及短信报警服务。不需要人为的进行手动计算。为了这一性能，我们专门运用了语音模块和GSM模块进行处理，来满足这一需求。语音报警和GSM短信报警，在身体指数超过或者低于正常是数值时，处理器会自动调用子程序进行对应的处理。关键词：嵌入式系统，STM32，HC-SR04，DHT11温湿度传感器和GTM900-B大连东软信息学院毕业设计（论文） AbstractDesign and Imple

5、mentation of Child Health DetectorAbstractToday, with the rapid development of the information age , peoples living standards improve at the same time , the service class consumption rising , people are increasingly seeking quick and easy, practical and effective services. A good detection tools req

6、uired to do is simple, accurate and safe measurements of the body without harm. This work is in learning some of the knowledge and application of certain sensors embedded systems and design , just to meet their needs when measuring sensors can be drawn on the body of the index , a simple and practic

7、al to meet the requirements of one of the most requested.This paper developed a childrens health status detector with using a STM32F103 low-end 32-bit ARM controller for the process. Child Health detector in order to facilitate a simple daily routine physiological index detector users, according to

8、the daily needs of the design consists of two parts , namely, information collection and information processing section. And collected by the sensor information acquisition section for children , including the current physical condition of the surface temperature , humidity, and the height data whil

9、e the information processing section i.e. the acquisition of temperature , humidity, and height data processor STM32F103 , the collected information is displayed in 5110 the color screen and voice playback and hazard warning messages (GSM module ) .Designed mainly use HC-SR04 ultrasonic ranging modu

10、le , DHT11 temperature and humidity sensors and GTM900-B of the GSM SMS phone module will use the data collected to be processed STM32F103 . Subroutine call to the voice module , GSM module and color display output data. The detector is a sensor at the core user requirements for the routine physical

11、 examination willingness programmed control system , has reached a simple physiological data acquisition and processing alarms. The design goals, mainly from the following three aspects : simple data collection : use HC-SR04 ultrasonic ranging module , DHT11 temperature and humidity sensors , allowi

12、ng children do not need to go to the hospital s case , a simple physical data collection assistance of parents avoid the queues and the high cost to the hospital . Usually at home , parents can learn about the child s physical condition at any time. You can also make use of the children themselves ,

13、 under the abnormal condition is detected , you can let the processor by calling the subroutine GSM module to send a short message to inform the parents. It can be time-saving , user-friendly to the user to provide some simple routine testing services. intelligence : After the data collected by the

14、sensor , the processor of each subroutine call display, voice alarm and SMS alarm abnormal services handled by the main program ,Without human manual calculations. For this performance , we specialize in the use of the voice module and GSM module for processing , to meet this demand . voice alarm an

15、d GSM SMS alarm when body mass index is above or below the normal value , the processor will automatically call the subroutine corresponding processing.Key words : Embedded systems , STM32, HC-SR04, DHT11 temperature and humidity sensors and GTM900-B大连东软信息学院毕业设计（论文） 目录目 录 TOC o 1-3 u 摘 要 PAGEREF _To

16、c385338440 h IAbstract PAGEREF _Toc385338441 h III第1章绪 论 PAGEREF _Toc385338442 h 11.1 课题研究背景与意义 PAGEREF _Toc385338443 h 11.2 课题研究内容与方法 PAGEREF _Toc385338444 h 11.3 课题研究现状 PAGEREF _Toc385338445 h 11.3.1 传感器技术的发展状况 PAGEREF _Toc385338446 h 21.3.2 STM32单片机的发展 PAGEREF _Toc385338447 h 2第2章关键技术介绍 PAGEREF _

17、Toc385338448 h 32.1 STM32固件库 PAGEREF _Toc385338449 h 32.2 传感器和外围电路 PAGEREF _Toc385338450 h 32.3 GSM电话短信模块 PAGEREF _Toc385338451 h 3第3章系统需求分析 PAGEREF _Toc385338452 h 43.1 系统设计目标 PAGEREF _Toc385338453 h 43.2 系统功能需求 PAGEREF _Toc385338454 h 43.3 系统非功能需求 PAGEREF _Toc385338455 h 43.4 系统开发环境 PAGEREF _Toc38

18、5338456 h 43.5 系统可行性分析 PAGEREF _Toc385338457 h 43.5.1 技术可行性 PAGEREF _Toc385338458 h 43.5.2 经济可行性 PAGEREF _Toc385338459 h 53.5.3 安全可行性 PAGEREF _Toc385338460 h 5第4章系统设计 PAGEREF _Toc385338461 h 64.1 系统设计指导原则 PAGEREF _Toc385338462 h 64.2 体系结构设计 PAGEREF _Toc385338463 h 64.3 硬件设计 PAGEREF _Toc385338464 h 8

19、4.3.1 单片机与外围存储器连接电路设计 PAGEREF _Toc385338465 h 84.3.2 超声波测距模块电路设计 PAGEREF _Toc385338466 h 94.3.3 DTH11温湿度传感器电路设计 PAGEREF _Toc385338467 h 94.3.4 Nokia5110液晶模块电路设计 PAGEREF _Toc385338468 h 104.3.5 GSM电话短信模块模块电路设计 PAGEREF _Toc385338469 h 114.3.6 按键电路设计 PAGEREF _Toc385338470 h 124.3.7 LED灯电路设计 PAGEREF _To

20、c385338471 h 124.4 软件设计 PAGEREF _Toc385338472 h 134.4.1 控制流程设计 PAGEREF _Toc385338473 h 134.4.2 系统界面设计 PAGEREF _Toc385338474 h 134.4.3 功能模块设计 PAGEREF _Toc385338475 h 154.4.4 开机界面的设计 PAGEREF _Toc385338476 h 154.4.5 报警模块显示 PAGEREF _Toc385338477 h 154.4.6 功能菜单设计 PAGEREF _Toc385338478 h 164.4.7 按键识别模块设计

21、PAGEREF _Toc385338479 h 174.4.8 传感器采集信号处理设计 PAGEREF _Toc385338480 h 174.4.9 系统其他电路的设计 PAGEREF _Toc385338481 h 17第5章系统实现 PAGEREF _Toc385338482 h 185.1环境配置 PAGEREF _Toc385338483 h 185.2功能模块实现 PAGEREF _Toc385338484 h 185.2.1开机界面模块的实现 PAGEREF _Toc385338485 h 185.2.2报警模块的实现 PAGEREF _Toc385338486 h 195.2.

22、3功能菜单模块的实现 PAGEREF _Toc385338487 h 215.2.4按键识别模块的实现 PAGEREF _Toc385338488 h 225.2.5传感器采集信号处理模块的实现 PAGEREF _Toc385338489 h 235.2.6其他模块的实现 PAGEREF _Toc385338490 h 255.3 系统集成与调试 PAGEREF _Toc385338491 h 255.3.1实物图的连接 PAGEREF _Toc385338492 h 255.3.2程序的烧写与调试 PAGEREF _Toc385338493 h 265.3.3系统整体的联调 PAGEREF

23、_Toc385338494 h 26第6章系统测试 PAGEREF _Toc385338495 h 286.1 测试概述 PAGEREF _Toc385338496 h 286.2 测试用例 PAGEREF _Toc385338497 h 286.2.1 硬件各模块测试 PAGEREF _Toc385338498 h 286.2.2 软件各模块测试 PAGEREF _Toc385338499 h 296.2.3 系统联合测试 PAGEREF _Toc385338500 h 29第7章结论 PAGEREF _Toc385338501 h 31参考文献 PAGEREF _Toc385338502

24、h 32致 谢 PAGEREF _Toc385338503 h 33大连东软信息学院毕业设计（论文）- 第1章绪 论1.1 课题研究背景与意义随着现在科技的发展和传感器知识的应用,越来越多的领域涉及和用到这些技术。这些技术的应用改变了传统一些机械、电子和其他技术所不能满足的指标要求。传感器技术和未处理器的发展所带来的革新，使得产品朝着智能化，手持化以及高精确度的方向发展。和传统的检查身体情况所用到的水银温度计和气压计，它们的检查状况有反应慢，准确性差，易受到周围环境的影响而造成大的测量误差。本设计采用了HC-SR04超声波测距模块、DHT11温湿度传感器和GTM900-B的GSM短信电话模块，

25、这两个传感器具有反应灵敏，测量速度快，受外界情况影响小等优点,另外GSM短信电话模块在5v电源供电情况下，通过杜邦线直接与开发板相连，就收到AT命令后可以准确的向目标手机发送短信消息。课题的选择是为了方便家庭使用，而传统的测量仪器携带不方便，易损坏等缺点。因此课题的研究具有实际用途，使用传感器和微处理器结合，可以使得用户测量更加简便，数据能快速显示出且安全可靠，让使用者简单明了的看到当前身体状况及周围环境的状况。因此课题在当前的大背景下具有实际意义。1.2 课题研究内容与方法儿童健康检测仪主要包括数据采集，数据处理和结果显示等3部分组成。数据采集部分主要采用HC-SR04超声波测距模块和DHT

26、11温湿度传感器组成，这2种传感器在数据采集时可以在一定程度上避免周围环境产生影响，从而进行利用相对应的原理改变内部电压的变化，从而将变化的电压量传给微处理器。数据处理部分选用了STM32F103中低端32位ARM处理器，选择这个处理器主要是它与51系列单片机相似，可以说是51等一系列单片机的升级版并且处理器功耗低和成本低，能满足课题研究。这部分用于接受传感器输入的电压信号，并进行一系列的数据转换处理，从而将处理的数据发送给结果显示部分。结果显示部分主要接受未处理器输入的数据，将结果显示在5110液晶屏显示屏，蜂鸣器以及GSM短信模块。这一部分的实现主要是各个外设设备的驱动、电路的连接和合理的

27、布局。1.3 课题研究现状在科技高速发展的今天，人们的生活水平不断的提高，过去的传统仪器已经无法满足高速发展所带来的生活质量的追求，传统的温度计，测压计都采用水银为介质，通过其物理性质的热胀冷缩从而来获得当前温度的变化，这种测量方法不仅误差极大，测量反应慢，结果不够明显而且水银具有剧毒，带有一定的安全隐患，在小孩子使用的过程中危险大。而传感器技术的应用和单片机等微型处理器的发展，不仅可以满足人们相同的用途需求，而且其数字化、高效化和智能化更能够提高人们的生活水平和生活质量。课题所介绍的测量仪和传统的设备相比，具有快速的测量、直观的数值显示、智能的报警和人性化的发送短信等功能，主要用于生活中，人

28、们简单的身体状况的测量，方便携带且没有安全隐患。1.3.1 传感器技术的发展状况信息化的发展加速了人类历史的又一项历史的改革,使得当今人类的生活越来越数字化,而数字化的基础就是信息的富有。所以，传感技术的发展使得这一切有了基础的根据，其中，光电信息学的发展已然在现代的科学中起到独树一帜的作用。比如，当下智能化家居、快轨用的读卡器、车载设备和机场安检等等，在我们日常生活的领域无处不见传感技术的身影。论文设计选用HC-SR04超声波测距模块和DHT11温湿度传感器。它们的组成主要包括光电源、光通路、光电原件和测量电路几个部分组成。1.3.2 STM32单片机的发展单片机的发展史也可以说是微处理器的

29、进化史。自从intel公司在1971年研制出一个4位的微处理器。上个世纪80年代初，研发出了8位高档位的51系列单片机，它的诞生在片内RAM容量，I/O口功能和系统的外设扩展都有了很大的提高。 相对于51系列单片机，STM32是一个融合了ARM和ST技术的32位处理器的单片机。它基于ARM Cortex-M3内核。所以，高性能、低成本、低功耗就成就它超高的性价比。按照性能分，主要两个系列：STM32F101“基本型”系列和STM32F103“增强型”系列。论文选用的是F103“增强型”，几乎所有的端口均可以容纳5V电压。因此，选用它有较高的性价比。大连东软信息学院毕业设计（论文）第2章关键技术

30、介绍2.1 STM32固件库STM32固件库。固件库目录一般包含四个文件夹：1、Projiect文件夹，包括标准外设库驱动和所做项目模板2、Libraries文件夹，包括CMSIS（微控制器软件接口标准）和DeviceSupport/st /STM32F10 x/startup:arm编译器启动文件，iar编译器启动文件，gcc编译器启动文件。STM32F10 xStdPertph_Driver:Inc标准外设库驱动头文件和Src标准外设库驱动源文件3、htmresc文件夹，文件夹包含了一些html页面资源4、Utilities文件夹，主要包括用于评估板的专用驱动和一些重要库文件（一些.c和.

31、h文件）。2.2 传感器和外围电路传感器和其外围电路设计，选用的传感器需要借助一些放大电路和稳定电路来使得传输的信号稳定和准确，有些传感器需要外加上拉电阻，这就需要在核心板之外的外围电路上设定。2.3 GSM电话短信模块GSM短信电话模块,模块采用华为制造的GTM900-B芯片模块,集成最新的GPRS模块,是SIM300的升级版本,900从信号质量、处理能力、综合功能来说比300好的不止是一个层次。经济角度看GTM900系列是华为设计制造的，比其他的同一水平的芯片制造商都要便宜。GTM900-B采用常用的AT命令来操作发送和接受命令，这些需要阅读华为相对应的AT指令和数据手册来使用。而模块的调

32、试则需要串口调试助手、远程终端和网络上一些软件开发爱好者开发的专业软件来进行。模块电路的连接相对比较简单，只需要将数据端口TDX和RDX连接到开发板的I/Od端口 ，电源则需要选用5V2A适配器供电，并且在模块对应卡槽上插入移动或者联通的SIM卡后则可以正常工作。第3章系统需求分析3.1 系统设计目标论文设计目标主要是为了简单化测量人体常规生理数据，结合采集、智能化处理和实时显示等基本功能。它可以让常规的检查变的简单方便，而且价格便宜可以普及到挨家挨户。在家里配备的这种小仪器，用户只需要提供电源就可以对孩子进行简单的身体检查。3.2 系统功能需求根据需求调研结果确定本系统主要包括以下功能模块。

33、1、信息采集模块：使用HC-SR04超声波测距模块和温湿度传感器用来检测周围环境和被检测目标。2、信息接收和处理3、信息显示和报警模块3.3 系统非功能需求（1）性能在正常条件下能够完成系统一些功能的测试和测试结果的显示，人体需要接触温湿度传感器即可测得体表温度和湿度，测量身高时，则需要将测距模块等价至于与人体水平平行处即可读出示数。（2）成本成本在200人民币左右3.4 系统开发环境 硬件环境：STM32F103ARM开发板、传感器软件环境： STM32库函数开发语言、C语言，Windows7,keil Vision4编译器3.5 系统可行性分析3.5.1 技术可行性本系统采用32位ARM处

34、理器为系统处理模块，代码用C语言和STM32固件库开发，处理器内部集成大多数外设驱动，且引脚多支持重映射，所以引脚不够用问题不存在。传感器选用简单的超声波测距模块和温湿度传感器，连接简单，用法简单且误差小。结果预警采用Nokio5110彩屏显示结果和GSM短信发射模块，流水灯报警，这些都可以参考已有文件代码。3.5.2 经济可行性STM32市场价格4RMB左右，HC-SR04超声波测距模块和温湿度传感器三折价格加起来80块RMB，GSM模块109RMB，合计200RMB左右。STM32开发板向毕设老师借用的。3.5.3 安全可行性硬件连接完毕后，STM32只需要连接一个5V电源就可以给5110

35、液晶显示屏，超声波测距模块和DHT11供电，GSM电话短信模块需要外接一个5V2A的电源可以正常工作。系统运行所需要的电压都小于人体安全电压36V，所以没有安全隐患。第4章系统设计4.1 系统设计指导原则（1）先进性利用现在的一些传感器模块进行数据的采集,可以减少一些传统测量工具的误差和不便,同时采用现在流行的GSM电话短信模块,可以方便快捷实时的将信息发送给客户和客户群,避免消息的由于地域而过期。（2）可靠性及便捷性主要利用传感器来进行身高，体温和湿度的采集，电子设备采集的数据对比与传统的米尺，水银温度计更加快速、便捷和简便。在误差方面，受地域和周围环境的影响不怎么大。（3）智能化及可调性系

36、统利用嵌入式微处理器STM32，芯片把采集来的数据进过A/D转换后传送给系统，用户可以看着系统菜单选项进行操作，利用按键可以进入测量模式、显示模式、和预警值调整模式，用户可以根据需要进行调整。4.2 体系结构设计系统体系架构如图4.1系统体系结构图所示。图4.1 系统体系结构图系统通过传感器模块采集人体信息后通过杜邦线传递给微处理器STM32，处理器进行数据的处理和加工，然后通过5110彩屏显示，当采集的数据超过预警值时系统会直接跳入报警显示界面并自动加载报警子程序，通过SIM900的GSM模块给手机发报警短信，LED闪烁和蜂鸣器报警。当数据出正常模块时，用户可以在5110屏上看到菜单界面，并

37、通过按键跳入对应子程序进行操作。4.3 硬件设计4.3.1 单片机与外围存储器连接电路设计图4.2 系统设计总图设计选用的处理芯片为STM32F103VCT6，如图4.2系统设计总图所示。它是STM32的一种增强型的处理芯片，外围电路将STM32的所有引脚都引出来了。LED灯模块分别将LED1、LED2、LED3、LED4与芯片引脚的PD5、PD6、PD7和PD8连接；按键模块分别将KEY1、KEY2、KEY3、KEY4与芯片引脚的PC0、PC1、PC2和PC3连接；超声波测距模块把GND与开发板GND连接，VCC接入JP1（12864液晶插座）的第二个引脚5V电源，Trig引脚和Echo引脚

38、分别和芯片的PC8和PC9引脚；温湿度传感器模块将VCC和GND引脚分别接入开发板对应的GND和3.3V电源，DATA数据引脚外接5欧姆的上拉电阻与芯片的PC12先连接，3号引脚为NC引脚作为外围扩张用的，所以空置；SIM900电话短信模块需要外接一个5伏2安培的交流电源，通过UART口将TX和RX与芯片的PA2和PA3连接；彩屏显示模块需要将5110彩屏的VCC和GND连接到开发板的3.3V和GND引脚，将SCE、RES、DC、DIN和CLK的引脚连接到PE1、PE0、PE2、PE3和PE4连接，背景灯LED8引脚如果在需要背景灯点亮的时候连接入3.3V电源引脚。有源蜂鸣器模块将VCC和GN

39、D引脚与板子对应相连接I/O引脚和PD10连接。4.3.2 超声波测距模块电路设计图4.3 超声波测距模块图HC-SR04超声波测距模块如图4.3超声波测距模块图所示。其外接4个引脚，分别为GND、VCC、Trig和Echo。通过STM32给Trig口发送一个10微妙左右的高(H)电平，模块就会自动朝前面发送八个40Khz的超声波方波出去，当前方有障碍物的时候，超声波就会返回，这时候，模块就会接收到返回的信号，并通过Echo向I/O口输出一段高电平，这时候单片机就会记录这段高电平的时间，然后乘以声音在空气中的速度除以2就可以知道距离了，也就是可以得到人的身高。模块理论上的2厘米到400厘米的距

40、离，误差季度可以缩减到3毫米，所以可以替代米尺等测量工具。4.3.3 DTH11温湿度传感器电路设计图4.4 DHT11温湿度电路图DHT11温湿度如图4.4 DHT11温湿度电路图所示。有四个引脚，分别为VDD、GND、DATA和NC。3号NC引脚作为扩展用一般空置，VDD可接3伏到5V的电压，板子为3.3V所以可以选用。DATA引脚为数据传输引脚，一般外接5欧姆上拉电阻可以在一定程度上达到去耦作用，使引脚始终处于高电平状态。开始的时候总线处于的是高电平状态，处理器发送一个开始信号，总线就被拉低一段时间，DHT11检测到有低电平信号，就发送一个响应的信号，处理器在发送完响应信号后，延迟一会后

41、发送一个开始信号，DHT11检测开始信号就进行温湿度的采集，采集完毕后发送一个截止信号，总线再由上拉电阻拉高变为高电平。过程中信号的发送与响应都是通过高低电平的响应来完成的。DATA引脚发送的数据位八位的湿度整数数据和八位的湿度小数数据再加上八位的温度整数数据和八位的湿度小数数据。4.3.4 Nokia5110液晶模块电路设计图4.5 Nokia5110液晶电路图Nokia5110液晶显示屏如图4.5 Nokia5110液晶电路图所示。包括电源和地线在内一共9根信号线，支持很多种串口通信模式，可以很快速的擦写数据，同步数据更新。其中引脚1号到5号为I/O引脚，6号为电源引脚、7号为背光引脚、8

42、号为GND引脚可直接接地，背光引脚连接330欧姆的限流电阻，保证选用该引脚时可以不被瞬间电流烧毁。RST为5110复位引脚、CS为片选引脚、D/C为数据命令切换脚、DIN数据输入引脚、CLK为始终引脚、VDD为电源引脚、BLC为背光控制开关，给个低电平时可以打开背光、GND为电源地。可以用驱动函数LCD_Write_byte()驱动函数进行命令和数据写操作，当管脚（D/C）用于写命令为0，数据是赋值为1。如果需要显示汉字，则需要自己加入字库，这就需要某些软件进行转换，然后加入到驱动文件就可以显示。4.3.5 GSM电话短信模块模块电路设计图4.6 GSM电话短信模块电路图GSM电话短信模块如图

43、4.6 GSM电话短信模块电路图所示。由华为设计的SIM900为处理芯片，使用时需要外接5伏2安培电源适配器，信号发射管以及移动或者联通的SIM卡。当只和单片机进行通信时只需要连接GND/TXD/RXD引脚。当STM32与模块进行通信时，采用的传统的主从式通信，软件上需要设置好数据采集和接口反面。系统首先进行初始化Init_sim900（）函数进行初始化模块，然后主机尝试与模块“握手”，发送AT命令集里面的“AT”指令等待从机是否有回应。如果有回应时，系统会自动调用驱动函数里面的MESSAGE（）函数，函数中有2个参数分别为NUM1和content，两者都是数组变量，前者保存的是“W： T：”

44、，是发送的当前的湿度和温度，系统会自动填满当前的温湿度传感器的值；后者为保存预先设号的目的电话号码，“0X22”表示空格为符合AT命令集格式，中间为目的号码。将TXD和RXD与处理芯片的PA2和PA3引脚相连接。4.3.6 按键电路设计图4.7 按键电路图按键电路如图4.7按键电路图所示。设计采用共阳极连接方式，KEY1、KEY2、KEY3和KEY4分别和单片机的PC0、PC1、PC2和PC3相连接，4个按键都选用10K的上拉电阻连接入3.3伏VDD。当用户未有按键操作时PC0PC1的I/O都处于高电平状态，当有按键按下时被按下的哪一行I/O口就会被接地，此时就处于低电平，就可以得知那一个按键

45、被按下从而进行相对应的操作。4.3.7 LED灯电路设计图4.8 LED电路图LED灯电路设计如图4.8LED电路图所示。同样采用共阳极接入方式，LED1、LED2、LED3和LED4分别和单片的第四组I/O口引脚PD5、PD6、PD7和PD8相连接。使用时只需要将PD5PD6口的输出设为推挽式输出和输出为低电平时就可以控制LED灯的亮灭。电路设计时都选用了1K的限流电阻来保护电路中的LED不被瞬间电流烧毁。4.4 软件设计4.4.1 控制流程设计系统分为开机界面演示、功能菜单显示、功能子菜单模块显示、按键识别、传感器采集信号处理、LED与蜂鸣器报警显示、GSM电话短信报警和Nokia5110

46、液晶显示这八个模块。如图4.9控制流程设计图所示。图4.9控制流程设计图4.4.2 系统界面设计系统界面设计，主要分为开机界面、功能菜单界面、子功能界面和报警显示界面。开机界面通过字符的形式显示在5110屏幕上，显示“欢迎使用，WELCOM TO USE”，延迟5秒左右进入菜单界面；菜单界面分为3行，分别是测量显示、健康指数和预警值修改三个部分，通过按键操作，对应按键KEY1、KEY2、KEY3和KEY4来进行操作。系统界面的全部图设计见下面图。1、开机界面，如图4.10开机界面图所示。图4.10开机界面图2、菜单界面，如图4.11菜单界面图所示。图4.11菜单界面图3、修改预警值，如图4.1

47、2预警值界面图所示。图4.12预警值界面图4.4.3 功能模块设计系统软件功能框图如图4.13所示。图4.13 系统软件功能框图4.4.4 开机界面的设计Nokia5110屏是一种快速擦写的液晶屏幕，在往屏上写入的时候只需要调用驱动文件中的写入函数。在配置完5110屏的引脚后，只需要调用LCD_Write_String()和LCD_Write_Chinese_string()函数，前者适合英文和常用符号的写入，后者用于中文的写入，需要自己录入需要用的字符库。开机界面通过“*”和英文字母组成的，显示出”Welcome to use”友好欢迎界面。4.4.5 报警模块显示报警模块显示分为报警页面显

48、示和硬件处理，报警页面显示通过if()语句判断当温度或者湿度的某一个值小于或者大于事先设置好的范围值SetTemLSetemH和SetHuiLSetHuiH的值从而跳入报警子函数。子函数调用show_temtui()和show_height()两个显示函数，分别显示温度、湿度和身高。当系统通电后，会把当前的传感器采集值自动和预设好的范围进行比较，如果超过预警值范围，在开机界面执行完之后会直接跳入报警子函数，而不会进入菜单函数。报警子函数硬件处理模块，分为LED蜂鸣器报警与自动发短信方式提醒。前者通过调用show_led()和show_Beep()l两个函数使得LED灯流水闪烁和蜂鸣器鸣叫报警，

49、这两者函数只需要在驱动初始化I/O口与RCC时钟后，给其高低电平即可进行对应方式的输出；后者自动发短信方式，则在执行完Fun_Init()函数后，初始化对应的PA8与PA9引脚和GSM模块上电后，报警子函数调用MESSAGE()函数进行短信的发送。在进行短信发送功能的时候，需要事先将GSM的信号棒和电源通上电，模块初始化时需要尝试用AT命令进行初始基站配置、I/O端口配置、RCC始终设置和USART引脚配置。如果其中某一个部分没有成功，则这一模块没法进行操作。4.4.6 功能菜单设计功能菜单设计主要分为3个部分，分别为测量显示、健康状况和预警值修改。1、测量显示功能菜单主要是调用DHT11模块

50、的驱动函数Show_temtui()和超声波测距离的UltrasonicWave驱动函数中的show_height()函数，两个函数相对应的可以读取温湿度传感器和超声波测距的温度、湿度和身高的值，从而显示在5110液晶屏幕上。2、健康状况显示，此模块主要是对温湿度采集而来的温度进行当前身体状况的判断来显示级别。这个功能菜单将温度分为3个级别为优、良、差。系统通过show_what()函数来处理。函数通过获取当前温度的值与报警范围的二分之一差和“1”相比较，如果和“1”相近则判断其为等级“优”，一半是则显示等级为“良”，远离“1”而和“0”接近时，系统就会认定现在温度是一个最低等级“差”；3、预

51、警值修改菜单，系统通过按键3被按下后进入预警值修改子菜单，KEY1按的次数来决定当前选中的示数进行加减操作，当按下第一下是示数前面会出现一个“+”号，这时候按下KEY2就可以进行数值的加操作，可以一直往上加。再按一下KEY1键这时示数前面的“+”符号会变成“-”符号，此时通过KEY3可以对当前选中数值进行减操作，可以一直往下减。当第三次按下按键KEY1时，这时候执行的就是跳入下一个示数操作，一次重复上述的操作。通过这种方式可以对预警值范围进行修改操作。这一菜单子函数的实现通过调用show_change()、Show_Set ()和ChangeValue()这三个函数来实现的。前者参数Chang

52、e_Flage来显示对应的“+”和“-”符号，和调用Show_Set()函数，后者通过扫描键盘，并判断记录按键记录次数的参数Change_Flage来进行对应的预警值修改。功能菜单的可以通过按键识别模块一起使用，其中KEY1、KEY2和KEY3分别对应子菜单13。用户可以按键来进行操作。4.4.7 按键识别模块设计按键模块主要为4个按键对应为KEY1、KEY2、KEY3和KEY4，按键操作对应的功能菜单设计模块的操作和预警值修改模块操作。按键KEY1KEY3在功能菜单设计上对应着功能一、功能二和功能三，通过扫描按键的按下与松开可以进入对应菜单模块；在预警值修改子菜单中，按键一则被设置为对当前示

53、数“+”和“”以及下一个示数的操作，按键二和三分别对应KEY1操作的加数和减数。按键四则被设置为返回按键，当按下时返回菜单选择界面。按键模块设计主要是通过系统扫描函数KEY_Scan()来进行按键按下与松开的扫描，然后通过对应参数KEY_Flag的值的判断，执行Key_action()函数，进而系统进行功能菜单的选择操作和返回进入操作。4.4.8 传感器采集信号处理设计系统用到的传感器主要是DHT11温湿度传感器和HCHR04超声波测距传感器。DHT11温湿度传感器需要3V5V电压供电，系统将其连接入3.3V电压给其供电，2号Data数据引脚接到芯片的第三组I/O口PC12，数据引脚可以收发单

54、片机传来的高低电平，也可以将采集来的温湿度的值传给处理芯片。超声波测距传感器有4个引脚，需要5V供电，而板子正常电压为3.3V所以通过杜邦线将其VCC引脚接入12864彩屏底座2号引脚给其供电，模块2号Trig引脚用于接收STM32处理器给发送开始信号，当其接收到信号时及高电平，此时超声波模块就会向前方发送声波。而这时Echo引脚则处于接收等待状态，当超声波前置音箱接收到返回的声波时，这时3号引脚就会向处理器发送一个高电平，并触发中断2用于记录时间，高电平所持续的时间即为声波往返所需的时间，通过一个变量UltrasonicWave_Distance来存储距离，它的距离就是测得的身高距离。上述2

55、种传感器所采集的信号均为数字信号所以不需要接入A/D转换，可以直接用于系统的处理和显示。4.4.9系统其他电路的设计系统除了上述模块软件的设计，还包括显示屏5110液晶驱动，它可以显示英文及一些符号，但是如果需要显示数字和单位符号时，则需要自己添加字库，系统将其添加为English.h头文件里面。大连东软信息学院毕业设计（论文）第5章系统实现5.1环境配置本设计在上位机Windows7系统进行代码的编写，需要搭建ARM编译环境，进行编译器Keil u Vison4,在上位机的代码编写执行无错误后，在编译完的代码文件夹中找到Hex可执行的二进制文件，利用J-link在线调试器下载入STM32单片

56、机中。下载前需安装J-link调试器以及其环境的搭建。在以上都准备完毕后，程序即可下载入单片机中运行，执行过程中可用Debug进行代码的在线调试。5.2功能模块实现5.2.1开机界面模块的实现此模块为开机友好欢迎界面，它运行在程序的前面，即在系统运行后就会显示在Nokia 5110屏上，代码中调用LCD_write_String()和LCD_write_chinnese_character()这两个函数来显示界面。模块流程图如图5.1开机模块流程图所示。图5.1 开机模块流程图其核心代码，其下所示：void Open_show(void) LCD_clear();LCD_write_Strin

57、g(0,3,WELCOM TO USE);LCD_write_String(0,4,*); /开机界面 5.2.2报警模块的实现此模块为系统的异常报警模块，它分为彩屏显示报警信息和硬件处理报警模块。前者是把传感器采集来的当前异常数据显示在液晶屏幕上，然使用者可以直观看见；后者硬件报警处理模块包括LED流水灯报警显示、蜂鸣器鸣叫报警和GSM短信报警提醒，模块主要通过if条件语句判断温度和湿度的范围来判断是否有异常，而范围系统自身设计了一段，用户也可以自己选择功能菜单3来自己修改异常报警范围。模块流程图如图5.2报警模块流程图所示。图5.2 报警模块流程图其核心代码，其下所示：if( ) if(判

58、断条件 )/报警处理子模块5.2.3功能菜单模块的实现此模块是功能菜单模块。它是为系统工作的设置，分为三个菜单模块与按键模块配合使用，使用时只要按下对应键就可以进入相对应的菜单模式下，它的实现主要调用Menu()函数来实现的，再结合Key_action()函数与按键模块实现结合。模块流程图如图5.3功能菜单模块流程图所示。图5.3 功能菜单模块流程图其核心代码，其下所示：void Menu_show()LCD_clear();LCD_write_chinese_character(18,0,18); /测 /量 /显 /示 第一行LCD_write_chinese_character(54,4

59、,17); /改5.2.4按键识别模块的实现此模块是按键识别模块，它的实现通过板子的原理图，自身与4个按键相连接。分别连接在单片机芯片pc0pc3的I/O引脚，所以实现时只需要给对应的引脚初始化，开启对应组引脚的时钟，最后给其赋值就可以控制采集按键的操作。对于按键信号的采集主要通过KEY_Scan()函数来实现，而按键采集的值则被Key_action（）函数来接收，从而与功能菜单相对应。如果进入功能菜单3，则按键KEY1KEY3则被进行另一种赋值调用，实现这个功能主要调用Change_value()这个函数。模块流程图如图5.4按键识别模块流程图所示。图5.4按键识别模块流程图其核心代码，其下

60、所示：u8 KEY_Scan(void) static u8 key_up=1;/按键按松开标志if()if(KEY0=0)return 0;/ 无按键按下5.2.5传感器采集信号处理模块的实现此模块为传感器的信号采集和处理模块。其实现需要阅读传感器使用资料和是传感器引脚正确连接，必要时在外围电路设计时需要自己焊接外围电阻和组合电路。传感器在采集完信号后会直接传递给STM32进行信号的处理，然后在通过I/O端口给其他显示模块或者控制报警模块。模块实现时需要调用各个传感器的驱动函数、液晶的显示函数以及报警模块的各个驱动函数。模块流程图如图5.5传感器采集处理模块流程图所示。图5.5传感器采集处理