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1、学霸手表摘 要目前可穿戴的应用越来越广泛，如谷歌眼镜、家电控制手环、运动手表、导航手链、等等。可穿戴应用已经成为市场发展的一大热门方向。本文作者用单片机STM32F103VET6结合C/GUI图形处理系统设计了一款学霸手表，实现了单词记忆、课程提醒、作业备忘、移动U盘、日历、时钟等功能。达到为学生的学习以及生活提供更为便利的服务。本文在分析了系统各模块原理的基础上，介绍了用单片机读取FATFS文件系统单词和课程表数据并加以优化显示，记录课程数据实现人性化的作业备忘的功能。同时可实现USB读取SD卡，基于低功耗特点，利用陀螺仪检测人体手臂摆动从而实现开关屏幕等。经测试，可正确达到实验预设定目标，
2、能实现单词、课程表显示，备忘功能，同时可实现基本看表动作识别开关屏降低作品功耗的特点。关键词：可穿戴 单片机 FATFS文件系统 C/GUI 学习 Study WatchXian Chunye Lin Wenzhou Han JinpengABSTRACTAt present, wearable applied was used more and more widely, such as Google glasses, appliance control wristbands, sports watches, bracelets navigation, and so on. Wearable
3、technology has become a popular direction of market development. The authors use the microcontroller STM32F103VET6 and the C/GUI graphics processing system designed a study watch, It has the word memory, curriculum reminders, homework notes, U disk, calendar, clock and other functions. Reached to pr
4、ovide more convenient services for student learning and life. Based on the analysis of the basic principle of each module of the system, the article describes how to use MCU to read the words and curriculum data from the FATFS file system and optimized display, recording the programs data to achieve
5、 humane working memo function. USB read the SD card can be realized simultaneously, based on low power features, using gyroscopes to detect the body arm swing to switch screens.After the test, it was properly accomplish experiments preset goals, can achieve the basic watch and action recognition red
6、uce work power switch screen.Keywords: Wearable MCU FATFS File System C/GUI Study 目 录第一章 绪论51.1 产品设计的背景51.2 产品设计的意义6第一章 系统总体设计62.1 系统总体结构6 2.1.1 功能结构6 2.1.2 硬件结构图7第三章 系统硬件设计93.1 电源充电及供电设计93.2 触摸显示电路设计93.3 USB通讯电路设计103.4 锂电池电量监测电路设计103.5 GY521-MPU6050陀螺仪模块连接电路设计113.6 系统PCB设计及电路实物图113.7 3D打印外壳设计：12第四章
7、 系统软件设计134.1 显示驱动实现144.2 C/GUI的实现144.3 FatFs文件系统154.4 系统软件流程图16第五章 系统测试185.1 系统整机测试18 5.1.1 系统启动测试18 5.1.2 系统设置测试19 5.1.3 课程表显示以及USB测试205.2 陀螺仪测试205.3功耗分析测试21第六章 全文总结22参 考 文 献23第一章 绪论1.1 产品设计的背景作为又一浪兴起的科技热潮，智能穿戴式设备已逐渐发展，作为穿戴式智能设备大军中的一员，智能手表以其体积小，功耗低，携带方便、功能强大等优点受到人们的青睐，成为消费市场的新宠。各种传感器的引入包括触摸屏使智能手表跻身
8、手机高端行列。手表的轻薄和低功耗使其在生活电子产品中脱颖而出。手表内置智能化系统、搭载智能手机系统而连接于网络而实现多功能。在电子产品的设计中，可触摸的手表代替传统按键的单一，使其功能丰富强大。手机成为大学生生活不可替代品，但其弊端也逐渐突出。利用手机整天刷朋友圈、玩游戏的现象也日益严重。现代大学生的学习生活太过于依赖手机而使学习变得没规划。而手表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学习类的功能，手表的优化可帮助人们特别是大学生摆脱对手机的过度依赖。手表的便携性也使人们在对一些事务的处理简便快捷，包括接收短信、打电话、查询天气
9、、检测身体健康状况等。1.2 产品设计的意义为大学生摆脱过度依赖手机的弊病，使他们对学习和生活有良好的规划，本产品设计具有单词记忆、课程查询、功课提醒、时钟闹钟、移动U盘等相关学习功能的手表，体积小、功耗低让本产品易于让人接受。让学生利用课余零碎时间记忆单词，包括四六级等词汇。功课提醒能帮助学习避免因没来得及写作业而四处找作业抄的尴尬局面。移动U盘的功能更易于学生存储携带重要文件。本产品利用微处理器加触摸彩屏显示，设计良好的显示界面以及简易的操作图标，设计风格贴近手机，增加使大学生从使用手机到使用手表的筹码。第一章 系统总体设计2.1 系统总体结构2.1.1 功能结构根据设计思路，本课题设计的
10、学霸手表总体功能结构如图2-1-1所示。该系统功能主要包括五大部分：单词记忆、作业备忘、课程表查询、随身U盘以及时钟闹钟。图2-1-1 系统功能简介图 1、 单词记忆：在主界面的时钟显示下会间隔出现单词，佩戴者在查看时间时可以记住，点击单词会进入单词显示界面，有音标注释、中文注释和例句及解释。2、 课程表查询：佩戴者可以查看整个星期的课程表，包括课程内容、上课时间、地点、老师等。3、 时钟闹钟：主界面有时钟显示，进入设置界面可设置闹钟提醒。4、 随身U盘：通过USB访问内部SD卡，存储重要文件等方便携带。5、 作业备忘：通过设置交作业的时间，一到指定时间会手表会发出震动提醒。2.1.2 硬件结
11、构图为了实现产品所构想的功能，设计了硬件总体框图如图2-1-2所示。包括五大硬件模块：内核处理器、加速度模块、电源供电模块、USB读SD卡模块和触摸屏显示控制模块。 ARM Cortex-M3内核处理器STM32F103VET6电源供电模块加速度模块触摸屏显示和控制模块USB读SD卡模块 图b-1 系统总体框图l 以STM32F103VET6为主微处理器，具有处理速度快，闪存大等优点。最高主频可达72MHz，有三个通用串口，带日历功能的RTC，一个USB接口和SDIO接口。l 加速度模块选型以体积小，功耗低为主，对穿戴者手臂的角速度等参数进行测量并判断是否有看表姿势。l 触摸显示模块采用联詠带
12、触摸的彩色液晶屏，分辨率176x220，采用驱动芯片NT39016，通过FSMC与STM32F103VET6连接，外扩触摸控制器XPT2046，采用SPI与STM32F103VET6连接。l 电源使用3.7v微型锂电池，体积小容量大的优点适用于本产品，采用锂电池充电管理芯片TP4057通过USB为其充电，方便佩戴者使用。l USB接口符合USB2.0传输协议，传输速度快，SD卡采用大容量2G卡，通过SDIO与STM32F103VET6通信。第三章 系统硬件设计3.1 电源充电及供电设计根据穿戴式与各芯片模块供电需求，我们决定使用3.7V锂电池作为系统的供电电源。3.7V锂电池标称电压为3.7V
13、，满充电压为4.2伏，由于系统及各芯片模块工作电压为3.3V，故我们使用低压差、高精度、低功耗、大电流的3.3V稳压芯片XC6206进行双芯片并联稳压，输出电流在400mA左右。USB标准在生活中给用户带来了极大的方便,而通过USB接口也可以方便的为设备电池进行充电。通过USB接口给锂电池充电的时候需要一个锂电池充电器,在这里选用TP4057作为充电器芯片。TP4057采用恒定电压/电流线性控制,并带电池。充电电压固定于4.2V,充电电流可以通过一个外部电阻进行设置。3.7V锂电池的满电电压为4.2V,当锂电池达到满电电压时,充电电流将降低到设置电流的1/10,这时将自动停止充电。当输入电压被
14、拿掉的时候,TP4057进入一个低电流状态。具体电路图如图3-1所示。图3-1 电源设计电路图3.2 触摸显示电路设计本设计的使用了36线G200T36T电阻式触摸屏，分辨率为176*220，使用其16位RGB接口，显示部分使用了STM32F103VET6的FSMC存储器扩展技术，FSMC的好处就是一旦设置好之后，WR、RD、DB0-DB15等控制线和数据线，都由FSMC自动控制的，本设计使用了A16作为读写地址。触摸部分采用了XPT2046作为触摸芯片，使用SPI传输协议进行与STM32之间的通讯，XPT2046是一款4导线制触摸屏控制器，内含12位分辨率125KHz转换速率逐步逼近型A/D
15、转换器。XPT2046支持从1.5V到5.25V的低电压I/O接口。XPT2046能通过执行两次A/D转换查出被按的屏幕位置，除此之外，还可以测量加在触摸屏上的压力。3.3 USB通讯电路设计本课题中的 USB 模块为 PC 主机和 STM32F103VET6 处理器之间提供了符合 USB 规范的通信连接。此USB模块能够通过硬件完成与 PC 主机的数据传输，用户可以使用电脑读取并操作手表中的SD卡，上传课程表等信息及其他文件。在该系统中，USB 接口的硬件电路比较简单，硬件电路设计只需要连接 USB 相关的 3条信号线即可达到使用要求2，具体接口电路如图 3-3 所示。图3-3 在图中，D1、D2分别连接供电电路中USB接口的D1、D2接口，D+、D-分别连接STM32F103VET6的一个USB接口：PA12、PA11。D1使用1K电阻上拉，使USB传输直接进入高速传输状态。3.4 锂电池电量监测电路设计本系统的电量监测使用了STM32VET6芯片内部连接到ADC
