嵌入式高级应用可穿戴设备开发.pptx

单击此处编辑母版文本样式,二级,三级,四级,五级,11/25/2021,#,单击此处编辑母版文本样式,二级,三级,四级,五级,11/25/2021,#,单击此处编辑母版文本样式,二级,三级,四级,五级,11/25/2021,#,单击此处编辑母版文本样式,二级,三级,四级,五级,11/25/2021,#,单击此处编辑母版文本样式,二级,三级,四级,五级,11/25/2021,#,项目一设计开发光照度检测控制器,【,知识点,】,单片机的概念、特点,STM8L051F3,单片机的引脚,STM8L051F3,单片机最小系统,STM8L051F3,单片机的基本,IO,口,中断原理,ADC,原理,光照传感器,【,技能点,】,识别单片机最小系统的常用元器件。,掌握单片机库函数开发的技巧。,使用,IAR,软件下载调试程序。,熟悉,STM8L051F3,芯片各引脚的功能特点与使用。,熟悉并掌握模拟量,ADC,转换器中断的使用方法,了解光照传感器的工作原理和简单使用,1.,开发板设计介绍,PCB,设计,开发板原理图,2.,开发板焊接,焊接时应遵循“先低后高、先内后外、先耐热后不耐热”的顺序焊接，焊接好的电路板如图右所示。具体详细细节参考参考相关书籍。,3.,开发平台连接,3.,开发板引脚功能说明,知识,1.,STM8L051F3,性能特征表,STM8L051F3,采用,TSSOP20,（,20,引脚封装，运行电压在,1.8V3.6V,，运行的温度范围在,-4085,，主要性能如左表,拥有,5,种低功耗模式,高级,STM8,内核,上电,/,掉电复位、低压复位、可编程电压检测,可外接,32kHz,和,116MHz,的外部晶振、内部,16MHz,高速,RC,、内部,38kHz,低速,RC,、时钟安全系统,低功耗,RTC,8KbyteFLASH,、,256byteEEPROM,、,1KbyteRAM,DMA,功能,12BitADC,，内部参考电压,2,个,16,位定时器、,1,个,8,位定时器、,1,个窗口看狗、,1,个独立看门狗、,1,个,Beeper,SPI,、,IIC,、,USART,快速的编程,&,仿真接口,SWIM,、,USART,的,Bootloader,知识,2.STM8L051F3,通用,I/O,端口（,GPIO,）,GPIO,库函数,GPIO_Init(GPIO,B,GPIO_PIN_0,GPIO_MODE_OUT_OD_HIZ_SLOW);,GPIO_ResetBits,(GPIO,B,GPIO_PIN_0);,GPIO_SetBits,(GPIO,B,GPIO_PIN_0);,GPIO_MODE_IN_FL_NO_IT,浮动输入无中断功能,GPIO_MODE_IN_PU_NO_IT,上拉输入无中断功能,GPIO_MODE_IN_FL_IT,浮动输入有中断功能,GPIO_MODE_IN_PU_IT,上拉输入有中断功能,GPIO_MODE_OUT_OD_LOW_FAST,快速开漏输出低电平,GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST,快速推挽输出低电平,GPIO_MODE_OUT_OD_LOW_SLOW,慢速开漏输出低电平,GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_SLOW,慢速推挽输出低电平,GPIO_MODE_OUT_OD_HIZ_FAST,快速开漏输出高阻态,GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_FAST,快速推挽输出高电平,GPIO_MODE_OUT_OD_HIZ_SLOW,慢速开漏输出高阻态,GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_SLOW,慢速推挽输出高电平,任务一：流水灯制作,嵌入式高级应用,可穿戴设备开发,设计并制作一个流水灯的单片机控制系统，在单片机的,PB3,、,PB4,、,PB5,端口分别接一个发光二极管，使,3,个发光二极管轮流点亮，间隔时间大约为,0.5,秒。,发光二极管简称为LED。当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。,LED,发光二极管,简介,LED,发光二极管原理图,设置,为,0,，延时,使,PB3,、,PB4,、,PB5,为,1,延时,开始,初始化,PB3,、,PB4,、,PB5,为输出,真,设置,PB3,为,0,延时,设置,PB4,为,0,，延时,设置,PB5,为,0,，延时,程序流程图,任务一 实验效果,任务二 设计制作按键控制,LED,灯,本小节介绍将,GPIO,配置为外部中断输入模式，并通过,KEY,（,PD0,）来触发一个外部中断信号，产生中断，然后控制,LED1,的状态。实现步骤：,1),初始化,LED1,为推挽输出模式（初始电平高）,2),初始化,KEY,为上拉输入,&,中断模式，并配置为下降沿触发通过键盘产生外部中断，在中断中控制,LED,发光二极管，当键盘按下时发光二极管状态取反。,知识,3.,中断,内容,中断服务程序,发申请,中断服务程序,发申请,外,设,CPU,中断示意图,CPU执行程序时，由于发生了某种随机的事件,(,外部或内部,),，引起,CPU,暂时中断正在运行的程序，转去执行一段特殊的服务程序,(,中断服务子程序或中断处理程序,),，以处理该事件，该事件处理完后又返回被中断的程序继续执行，这一过程称为中断。,例如：吃饭时突然手机铃响,中,断,映,射,表,知识,3-1.,中断控制器,ITC,中断控制器提供如下功能：,硬件中断的管理,端口A、,B,、,C,、,D,的,I/O引脚都具有外部中断能力，每一个端口都有独立的中断向量。,软件中断的管理(TRAP),具有灵活的优先级和中断等级管理，支持可嵌套的或同级中断管理:,多达4个软件可编程的嵌套等级,最多有32个中断向量，其入口地址由硬件固定,2个不可屏蔽的事件：RESET,TRAP,1个不可屏蔽的最高优先级的硬件中断(TLI),固定的中断向量地址位于程序空间映像的高位地址段(0 x008004 to 0 x00807C)，其,地址顺序即为硬件的优先顺序。,中断触发方式：,00,：下降沿和低电平触发,01,：仅上升沿触发,10,：仅下降沿触发,11,：上升沿和下降沿触发,为了产生中断，相应的,GPIO,端口必须被配置为中断使能的输入口。,知识,3-2.,中断触发方式,按键控制,LED,程序流程图,否,PD0,初始化,PB4,初始化,PB5,初始化,S2,键按下,使,LED4,、,LED5,灯状态取反，延时是,开始,按键控制,LED,实验结果,程序最终实现根据光敏传感器（光敏电阻）的光照检测控制,LED,灯装置，当光敏电阻值大于,300,时打开,LED,灯，当光敏电阻值小于,200,时，熄灭,LED,灯，同学们也可根据光线强弱的实际情况改变这些阀值，设计出自己的光控灯装置。,任务三 光照度检测控制系统,模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，是指,将,一个模拟信号转变为数字信号的电子元器件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。,A/D转换的作用是将时间连续、幅值也连续的模拟量转换为时间离散、幅值也离散的数字信号。因此，A/D转换一般要经过取样、保持、量化及编码4个过程。,知识,4.,ADC,知识,4-1.,ADC 配置,1,、,ADC1,配置函数,void ADC1_Config(void),CLK_PeripheralClockConfig(CLK_Peripheral_ADC1,ENABLE);/,打开,ADC1,外设的时钟,GPIO_Init(ADC_IN22_GPIO_PORT,ADC_IN22_GPIO_PINS,GPIO_Mode_In_FL_No_IT);,/,初始化,ADC1,，单次转换模式，,12,位分辨率，,ADC,时钟,2,分频,ADC_Init(ADC1,ADC_ConversionMode_Single,ADC_Resolution_12Bit,ADC_Prescaler_2);,/,配置,ADC,采样时间，,384,个时钟周期,ADC_SamplingTimeConfig(ADC1,ADC_Group_SlowChannels,ADC_SamplingTime_384Cycles);,ADC_ChannelCmd(ADC1,ADC_Channel_22,ENABLE);/,打开,ADC1,的,22,通道,ADC_CmdADC1,ENABLE);/,使能,ADC1 ,2,、,ADC1,采样函数,uint16_t Read_ADC_Value(void),uint16_t temp;,ADC_SoftwareStartConv(ADC1);/,启动一次,ADC,转换,while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC)=RESET);,temp=ADC_GetConversionValue(ADC1);/,读取,ADC,值,return temp;/,返回,ADC,值,/GPIO,为浮空输入模式,嵌入式高级应用,可穿戴设备开发,光敏电阻是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。还有一种入射光弱，电阻减小，入射光强，电阻增大。,根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：紫外光敏电阻空对空、红外光敏电阻空对空、可见光光敏电阻器。,硬件准备,光敏电阻传感器接口连接原理图,程序流程图与实验结果,项目二,设计制作智能电子钟,【,知识点,】,IIC,通信原理,IIC,通信的基本功能与编程基础,STM8L051F3,单片机,TIM4,定时器,/,计数器的工作原理,OLED,显示,模拟,IIC,通信的软件实现原理,RTC,的基本功能和工作原理,【,技能点,】,显示屏的特点和类型,IIC,通信编程,定时器接口模块编程,模拟,IIC,通信的软件实现,OLED,驱动显示应用,RTC,读取时间日历的软件编程,任务一,设计制作字符显示器,在本任务中主要完成,STM8L051F3,单片机通过,IIC,和,OLED,显示屏通信，驱动,OLED,显示屏，显示相应的字符内容的任务。首先介绍了,IIC,通信和,OLED,显示屏的工作原理，以及它们的工作时序等在本次任务中用到的相关知识，给出了项目的开发原理和程序流程图。硬件开发平台与以上任务相同，最后给出,OLED,显示“,WXSTC,”字符的单片机,STM8L051F3,程序，最终实现软硬件联调。,知识点,1,.,I,2,C,串行总线概述,I,2,C,总线是,PHLIPS,公司推出的一种串行总线，是具备多主机系统所需的总线裁决和高低速器件同步功能的高性能串行总线。,I,2,C,总线只有两根双向信号线。一根是数据线,SDA,，另一根是时钟线,SCL,。,I,2,C,总线通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低，即各器件的SDA及SCL都是线“与”关系,。,知识点,1-1,.,I,2,C,串行总线概述,每个接到,I2C,总线上的器件都有唯一的地址。主机与其它器件间的数据传送可以是由主机发送数据到其它器件，这时主机即为发送器。由总线上接收数据的器件则为接收器。,在多主机系统中可能同时有几个主机企图启动总线传送数据。为了避免混乱，,I2C,总线要通过总线仲裁，以决定由哪一台主机控制总线。,知识点,1-2,.,I,2,C,串行总线概述,知识点,2,.,I,2,C,总线的数据传送,I2C,总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。,1、数据位的有效性规定,SCL,线为高电平期间，,SDA,线由高电平向低电平的变化表示起始信号；,SCL,线为高电平期间，,SDA,线由低电平向高电平的变化表示终止信号。,起始和终止信号都是由主机发出的，在起始信号产生后，总线就处于被占用的状态；在终止信号产生后，总线就处于空闲状态。连接到I2C总线上的器件，若具有I2C总线的硬件接口，则很容易检测到起始和终止信号。,知识点,2-1 IIC,通信的起始和终止信号,知识点,2-2 IIC,通信的,数据传送格式,（,1,）字节传送与应答,每一个字节必须保证是,8,位长度。数据传送时，先传送最高位（,MSB,），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有,9,位）。,由于某种原因从机不对主机寻址信号应答时（如从机正在进行实时性的处理工作而无法接收总线上的数据），它必须将数据线置于高电平，而由主机产生一个终止信号以结束总线的数据传送。,如果从机对主机进行了应答，但在数据传送一段时间后无法继续接收更多的数据时，从机可以通过对无法接收的第一个数据字节的“非应答”通知主机，主机则应发出终止信号以结束数据的继续传送。,当主机接收数据时，它收到最后一个数据字节后，必须向从机发出一个结束传送的信号。这个信号是由对从机的“非应答”来实现的。然后，从机释放,SDA,线，以允许主机产生终止信号。,知识点,2-2 IIC,通信的,数据传送格式,IIC,总线的寻址,I,2,C,总线协议有明确的规定：采用,7,位的寻址字节（寻址字节是起始信号后的第一个字节）。,（,1,）寻址字节的位定义,D7,D1,位组成从机的地址。,D0,位是数据传送方向位，为“,0”,时表示主机向从机写数据，为“,1”,时表示主机由从机读数据。,知识点,2-3,主机发送地址时，总线上的每个从机都将这,7,位地址码与自己的地址进行比较，如果相同，则认为自己正被主机寻址，根据,R/T,位将自己确定为发送器或接收器。,从机的地址由固定部分和可编程部分组成。在一个系统中可能希望接入多个相同的从机，从机地址中可编程部分决定了可接入总线该类器件的最大数目。如一个从机的,7,位寻址位有,4,位是固定位，,3,位是可编程位，这时仅能寻址,8,个同样的器件，即可以有,8,个同样的器件接入到该,I2C,总线系统中。,知识点,2-3,IIC,总线的寻址,I2C总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位），第8位是数据的传送方向位（R/T），用“0”表示主机发送数据（T），“1”表示主机接收数据（R）。每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。但是，若主机希望继续占用总线进行新的数据传送，则可以不产生终止信号，马上再次发出起始信号对另一从机进行寻址。,知识点,2-4,IIC,总线的,数据帧格式,a,、主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传送过程中不变：,注：有阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据由从机向主机传送。,A,表示应答，,A,非表示非应答（高电平）。,S,表示起始信号，,P,表示终止信号。,在总线的一次数据传送过程中，可以有以下几种组合方式：,知识点,2-4,IIC,总线的,数据帧格式,b,、主机在第一个字节后，立即从从机读数据,c,、在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号和从机地址都被重复产生一次，但两次读,/,写方向位正好反相。,知识点,2-4,IIC,总线的,数据帧格式,知识点,2-5,IIC,总线的信号,格式,知识点,2-5,I2C总线通信过程,主模式时：,I2C接口启动数据传输并产生时钟信号。串行数据传输总是以起始条件开始并以停止条件结束。起始条件和停止条件都是在主模式下由软件控制产生。,从模式时：,I2C接口能识别它自己的地址(7位或10位)和广播呼叫地址。软件能够控制开启或禁止广播呼叫地址的识别。数据和地址按8位/字节进行传输，高位在前。跟在起始条件后的1或2个字节是地址(7位模式为1个字节，10位模式为2个字节)。地址只在主模式发送。,在一个字节传输的8个时钟后的第9个时钟期间，接收器必须回送一个应答位(ACK)给发送器。软件可以开启或禁止应答(ACK)，并可以设置I,2,C接口的地址(7位、10位地址或广播呼叫地址)。,知识点,2-6,主设备发送模式,(,发送序列图,),知识点,2-7,主设备接收模式,(,接收序列图,),知识点,2-8,I2C总线状态寄存器(I2C_SR1),知识点,2-8,I2C总线状态寄存器(I2C_SR1),知识点,2-8,I2C总线状态寄存器(I2C_SR1),OLED,显示屏,：即有机发光二极管（,Organic Light Emitting Diode,）。,OLED,由于同时具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异特性，被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。,LCD,都需要背光，而,OLED,不需要，因为它是自发光的。这样同样的显示,OLED,效果要好一些。以目前的技术，,OLED,的尺寸还难以大型化，但是分辨率确可以做到很高。在此教材的开发板中我们使用的是,0.96,寸,OLED,显示屏，该屏有以下特点：,分辨率为,128*64,多种接口方式；,OLED,裸屏总共,3,种接口包括：,6800,、,8080,两种并行接口方式、,3,线,或,4,线的串行,SPI,接口方式、,IIC,接口方式（只需要,2,根线就可以控制,OLED,了！,本教材中我们实用四针的,0.96,寸,IIC,接口,OLED,模块，四针,IIC,接口相对比较简单一些，,只有两个信号线,知识点,3,OLED,显示屏,知识点,3-1,OLED,的通讯时序,本小节介绍如何初始化,IIC,以及实现,IIC,与,OLED,进行通讯。,OLED,采用的是,0.96,寸,OLED,（,4PIN,），可以直接插入开发板,OLED,扩展接口。,OLED,的通讯,时序如图,2.17,所示。,IIC,初始化配置步骤：,打开,IIC,外设时钟,使能,IIC1,配置,IIC,参数：,IIC1,、时钟,100KHz,、,IIC,模式、快速模式工作周期,Tlow/Thigh=2,、使能应答、应答从机地址,7,位,要注意的是：,OLED,的,IIC,通讯地址是,0 x78,、,OLED,的,IIC,时序只存在写，不,存在读。,知识点,3-2,OLED,时序的,IIC,配置,从实际应用电路图,2.18,中可以看出，,STM8L0510F3,单片机硬件,IIC,（,PC0,、,PC1,）接口与显示屏进行通信。在我们设计的开发板中,OLED,接口使用的是,PB1,、,PB2,两个引脚，是通过软件模拟,IIC,实现通信。所以在本任务中同学们可以通过杜邦线把,OLED,的,SDA,和,SCL,分别连接到,PC0,、,PC1,引脚上，完成实验。因,STM8L0510F3,单片机中硬件,IIC,通信接口只有一个，为了满足多个,IIC,通信装置的需要，我们采用软件模拟实现,IIC,通信，下一个任务中会详细讲解。,本任务中连接方式如下：,GND-GND,、,VCC-3V3,、,SCL-PC1,、,SDA-PC0,任务一,设计制作字符显示器,任务一,设计制作字符显示器,实现效果,在本任务中，主要介绍,STM8L051F3,的,TIM4,定时器、,RTC,相关知识和电子日历的读取编程技巧，在任务一,的基础上重点阐述软件模拟,IIC,通信。用软件模拟,IIC,通信有不少的优点，最大的好处是方便移植和共享，,解决,IIC,接口不足的问题，在,STM8L051F3,中不只局限与,PC0,、,PC1IIC,接口。而且同一个代码兼容各种的,MCU,，,无论是,51,STM32,还是,430,还是别的微控制器，在移植的,时候只要将引脚的设置更改即可通用。,任务二,设计制作智能电子钟,嵌入式高级应用,可穿戴设备开发,RTC,（,Real-time clock,）：实时时钟。,RTC,是一个独立的定时器,/,计数器，它提供了一个实时时间和日历与一个相关的可编程闹钟，同时它还包括一个可用于管理低功耗模式的自动唤醒单元。采用二进制编码格式的,8,位寄存器，包括秒、分、时（,12,或,24,小时格式）、星期,x,、日、月和年，二进制编码格式还可以获取微秒的时间值。,RTC,能自动调节闰年和每个月的天数。,另外还有可编程闹钟的,8,位寄存器，包括微秒、秒、分、时、星期,x,和日，可以把,RTC,校准到,0.954ppm,的精度，在复位后，,RTC,是处于写保护状态的，只要供电电压维持在系统运行电压内，不管,MCU,处于睡眠状态，,RTC,是不会停止运行的。,知识点,4 RTC,简介,如何使用,RTC,的电子日历功能，使用,LSE,或,LSI,作为,RTC,时钟源，读取的日期与时间数据使用,OLED,显示出来（,OLED,采用的是技新,0.96,寸,OLED,（,4PIN,）。系统的工作流程：初始化,LSE,时钟并等待其稳定,-,初始化,RTC-,初始化,IIC-,初始化,OLED-,读取数据并显示（循环）。这里主要介绍,RTC,的初始化，步骤如下：,1,）选择,LSE,作为,RTC,的时钟源,(,RTC,的时钟可以选择四种时钟,HSE/HIS/LSE/LSI),2,）打开,RTC,外设时钟,3,）配置,RTC,时钟：,24,小时制、计时时间,=1S,4,）初始化日期数据,5,）初始化时间数据,注意程序中读取出来的数据位为,BCD,码。,(RTC_GetDate(RTC_Format_BCD),RTC_FORMAT_BIN,使用二进制,RTC_FORMAT_BCD,使用,16,进制，,BCD,码（,Binary-Coded Decimal,）亦称二进码十进数,例如,18,年你得到的是,0 x18,年,知识点,4-1,电子日历配置,扩展知识：对位的操作,#define BIT0(0 x01),#define BIT1 (0 x02),#define BIT2 (0 x04),#define BIT3 (0 x08),#define BIT4 (0 x10),#define BIT5 (0 x20),#define BIT6 (0 x40),#define BIT7 (0 x80)define BIT(x)(1GND,、,VCC-3V3,、,SCL-PB2,、,SDA-PB1,任务二,实验效果,项目三 设计开发环境紫外线监测器,【,知识点,】,DHT11,温湿度传感器,紫外线检测传感器,DHT11,温湿度传感器时序,DHT11,数据格式,紫外线检测原理,紫外线传感器电路,紫外线传感器检测算法,【,技能点,】,使用数字传感器,DHT11,采集温湿度,使用紫外线传感器采集紫外线数据,利用,STM8L051F3,和,DHT11,温湿度传感器设计并制作自动环境温湿度检测器，并在,OLED,显示屏上显示测得的温湿度数据。,任务一 设计开发环境温湿度检测器,工作电压范围：,3.3V-5.5V,工作电流：平均,0.5mA,输出：单总线数字信号,测量范围：湿度,2090,RH,，温度,050,精度：湿度,5%,，温度,2,分辨率：湿度,1%,，温度,1,知识点,1.DHT11,温湿度传感器,DHT11,数字温湿度传感器采用单总线数据格式。单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。其数据包由,5,个字节（,40Bit,）组成。数据分小数部分和整数部分，一次完整的数据传输为,40bit,，高位先出。,DHT11,的数据格式为：,8bit,湿度整数数据,+8bit,湿度小数数据,+8bit,温度整数数据,+8bit,温度小数数据,+8bit,校验和。,其中校验和数据为前四个字节相加。,知识点,1-1.DHT11,温湿度传感器,知识点,1-2.DHT11,温湿度传感器数据输出编码,传感器数据输出的是未编码的二进制数据。数据,(,湿度、温度、整数、小数,),之间应该分开处理。例如，某次从,DHT11,读到的数据如图所示：,由以上数据就可得到湿度和温度的值，计算方法：,湿度,=byte4.byte3=45.0(,RH),温度,=byte2.byte1=28.0(,),校验,=byte4+byte3+byte2+byte1=73(,校验正确,),数据发送流程：,首先主机发送开始信号，即：拉低数据线，保持,t1,（至少,18ms,）时间，然后拉高数据线,t2,（,2040us,时间，然后读取,DHT11,的响应，正常的话，,DHT11,会拉低数据线，保持,t3,（,4050us,）时间，作为响应信号，然后,DHT11,拉高数据线，保持,t4,（,4050us,）时间后，开始输出数据。,知识点,1-3.DHT11,温湿度传感器时序图,知识点,1-3.DHT11,温湿度传感器时序图,DHT11,输出数字,0,的时序如图,DHT11,输出数字,1,的时序如图,一硬件,准备,DHT11,温湿度传感器接口连接原理图,程序流程图,与实验结果,任务二 设计开发紫外线监测显示器,设计并制作一个环境紫外线检测显示器，使用紫外线传感器采集环境的紫外线强度信息，将采集到的信息送到单片机进行处理，把转换为强度值的紫外线数据通过显示器显示。,知识点,1,紫外线对人体的影响,紫外线是指阳光中波长10至400纳米(nm)的光线，可分为UVA(紫外线A，波长320400纳米，长波)、UVB(波长290320纳米，中波)、UVC(波长100290纳米，短波)。UVB致癌性最强，晒红及晒伤作用为UVA的1000倍。UVC可被臭氧层所阻隔。紫外线照射会让皮肤产生大量自由基，导致细胞膜的过氧化反应，使黑色素细胞产生更多的黑色素，并往上分布到表皮角质层，造成黑色斑点。紫外线可以说是造成皮肤皱纹、老化、松弛及黑斑的最大元凶。,知识点,1-2,紫外线对人体的影响,紫外线能使许多物质激发荧光，很容易让照相底片感光。当紫外线照射人体时，能促使人体合成维生素D，以防止患佝偻病，经常让小孩晒晒太阳就是这个道理。紫外线还具有杀菌作用，医院里的病房就利用紫外线消毒。但过强的紫外线会伤害人体，应注意防护。玻璃、大气中的氧气和高空中的臭氧层，对紫外线都有很强的吸收作用，能吸收掉太阳光中的大部分紫外线，因此能保护地球上的生物，使它们免受紫外线伤害。,知识点,2.,紫外线传感器构造,最早的紫外线传感器是基于单纯的硅，精度不高。在十几年前，日本日亚公司研发出了GaN系的晶体，由此产生了GaN的紫外线传感器，其精度远远高于单晶硅的精度，成为最常用的紫外线传感器材料。,二六族ZnS材料被研发应用到了紫外线传感器领域，其精度比GaN系的传感器提高了近105倍。在一定程度上，ZnS系的紫外线传感器将与GaN系的平分秋色。,电气特性采用氮化镓基材料；PIN型光电二极管；光伏工作模式；对可见光无响应；暗电流低；输出电流与紫外指数成线性关系。符合欧盟RoHS指令，无铅、无镉典型应用测量紫外指数：手机、数码相机、MP4、PDA、GPS等携式移动产品；用于紫外检测器：全部紫外线波段的检测器、单UV-A波段检测器、紫外线指数检测器、紫外线杀菌灯辐照检测器。,知识点,3.,紫外线传感器电路解析,本模块使用GUVA-S12SD紫外线传感器，可放置在自然环境中检测UV强度。,1 GUVA-S12SD电器特性如下：,GUVA-S12SD 配合一路运算放大器组成紫外线传感器的采集输出电路。MUC端则需要配置好ADC引脚，从而对输出电路电压进行线性测量。,GUVA-S12SD电路图,GUVA-S12SD电路图,知识点,3.,紫外线传感代码解析,运算放大器将毫伏电压信号放大稳定为MUC可读取的电压信号。,单片机通过ADC采样和固定的周期频率，从而计算出人体的心率。,计算过程中考虑到测量过程有干扰的存在，所以中间使用了均值滤波算法将其中的干拢剔除，最终获得稳定的UV强度。,知识点,3-1.,采集ADC数据代码,void analogDeviceHandler(void),static uint8_t timeCnt=255;/周期计数变量，初始值255是暂缓启动数值,struct analogAdcDate_t adcData;/存储数据结构体,if(0=timeCnt)/周期采样判断,timeCnt=ANALOG_READ_FREP;/周期间隔数值赋予,adcData.adcM=ADC_GetConversionValue(ADC1);/通过stm8s库函数将采样数据读出,anglogDataInput(adcData);/将读出采样数据存入环形队列中,else,timeCnt-;/周期间隔数值自减,知识点,3-1.,存入缓冲区代码,bool analogRingQInsert(struct analogAdcDate_t date,struct ringQueue_t*queuePtr),int tmpInput;,if(0=queuePtr),return FALSE;,tmpInput=queuePtr-inIndex+1;,tmpInput%=queuePtr-qSize;,if(tmpInput=queuePtr-outIndex),return FALSE;,queuePtr-inIndex=tmpInput;,queuePtr-qbufftmpInput=date;,return TRUE;,anglogDataInput函数嵌套着analogRingQInsert函数，所以这里就直接讲analogRingQInsert函数了。,analogRingQInsert函数是一个环形队列函数，入参有两个，分别是存储ADC原始数据的date和用于保存环形队列数据的结构体指针*queuePtr。函数返回则是环形队列是否存储已满，没满返回TRUE、满了则返回FALSE。,环形队列通过对插入计数变量tmpInput进行%运算来判断队列是否咬尾，如果咬尾则重置tmpInput为零。,知识点,3-2.,强度转换代码,void analog_ultravioletProcess(struct analogAdcDate_t data),uint16_t i;,uint32_t tmpMeans=0;,for(i=1;i 100)/强度过域判断,ultravioletValue=100;,uint8_t strBuff17;,intNumToStr(ultravioletValue,strBuff);/格式打印,strcat(strBuff,“%”);/格式打印,OLED_ShowString(0,4,strBuff);/根据格式打印的内容进行显示,强度数值存入串口缓冲区代码,uint8_t analog_getData(uint8_t*buff),buff0=ultravioletValue;,return 1;,analog_getData函数在iic_irqHandler函数中调用，其中analog_getData函数返回的是自己的数据长度、数组指针返回的则是要传输的UV强度数据。,只有在主IIC器件询问数据时才会触发数据的发送，所以这整一个过程是被动的。,硬件准备,实际电路原理图,程序流程图与实验结果,项目四 基于蓝牙的人体体温监测器,【,知识点,】,非接触式体温传感器概念、原理、特点,APP,的开发,STM8L UART1,串口通信,蓝牙工作原理,【,技能点,】,人体体温传感器的应用,使用模拟,IIC,与传感器通信,基于蓝牙模块的,APP,开发,使用,HC-05,蓝牙模块无线数据传输,本实验运用人体体温传感器信息采集模块，通过非接触的方法连续监测人体体温，对采集到的数据进行校验和转化为摄氏度，并进行显示。,任务一 设计开发人体体温监测器,知识点,1.,体温采集信息价值,人体正常温度,人体体温是生命健康中的一项非常重要的技标，一般孩子的平均体温都在37度左右，成人的平均体温在36.5-36.8度之间；体温的异常往指标着人体处在一个非正常的状态，或是更严重的疾病状态。体温除了正常状态外，就只有高或地两个异常状态，这两种异常状态会都是比较危险的，如会带严重要影响,。,知识点,1-2.,非接触式体温传感器原理,红外测温传感器是最常用的非接触式测温仪表，基于黑体辐射的基本定律，也被称为辐射测温仪表。一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布,与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。,红外测温,模块,由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理等部分组成。光学系统汇集其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件以及位置决定。红外能量聚焦在光电探测仪上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路按照仪器内部的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。除此之外，还应考虑目标和测温,模块,所在的环境条件，如温度、气氛、污染和干扰等因素对性能指标的影响及修正方法,。,红外测温模块原理图,知识点,1-3.,非接触式体温计构造,非接触式体温计构造,本套穿戴设备使用温度传感器型号为MLX90615，,MLX90615,内部有,2,颗芯片，红外热电堆探测器和信号处理,ASSP MLX90325,，尤其是由,Melexis,设计的处理,IR,传感器输出的芯片,。,MLX90325 在信号调节芯片中使用了先进的低噪音放大器，一枚 16-bit ADC 以及功能强大的DSP 元件,，,从而实现高精确度温度测量。该传感器计算并储存于 RAM 中的环境温度以及物体温度可实现0.02C 的解析度的数据,，,并且可通过双线标准,IIC,输出获得(0.02C 分辨率)或者通过 10bit PWM 输出获得。,知识点,1-4.,温度采集电路解析,体温传感器电路解析,MLX90615,有箝位二极管连接在,SDA/SCL,和,Vdd,之间。因此需要向,MLX90615,提供电源以使,SMBus,线不成为负载,。,知识点,1-5.,体温传感代码解析,软件流程图,嵌入式,MLX90615 DSP,控制测量量度，计算物体和环境温度并且进行温度的后处理，将它们通过,IIC,兼容接口或是,PWM,模式输出。,单片机通过,IIC,总线读取,MLX90615,的温度数据数据，通过,PEC,校验计算得出温度可靠的数据，并将校验后的数据转换为摄氏度数据。,知识点,1-6.,采集温度数据核心代码,DataL=RX_byte(ACK);/,通过发送,ACK,将低字节的数据接收回来,DataH=RX_byte(ACK);/,通过发送,ACK,将高字节的数据接收回来,Pec=RX_byte(NACK);/,通过发送,ACK,将校验字节的数据接收回来,STOP_bit();/,结束通信,arr0=SlaveAddress;/,arr1=command;/,arr2=SlaveAddress;/,将数据载入校验计算数组,arr3=DataL;/,arr4=DataH;/,arr5=0;/,PecReg=PEC_calculation(arr);/,计算校验字节,while(PecReg!=Pec);/,如果计算的校验字节与接收的校验不一致，那么重新,do-while,*(unsigned char*)(/,*(unsigned char*)(/data=DataH:DataL,return data;,知识点,1-7.,摄氏度换算函数代码,1.,摄氏度换算函数代码,static float CalcTemp(uint16_t value),float temp;,temp=(value*0.02)-273.15;,return temp;,IR,传感器包括串联的热电偶，冷接头放置在厚的芯片衬底上，热接头放置在薄膜上。薄膜加热（或是冷却）从而吸收并辐射,IR,。热电堆的输出信号为：