小楊智能手表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)論 文

本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中文題目小楊智能手表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)英文題目DesignandImplementationoftheXiaoyangSmartWatch選題編號(hào)xgx23080802T1188系（部）專業(yè)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師完成時(shí)間本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）-14-1緒論1.1研究背景許多電子產(chǎn)品也開始增加移動(dòng)方面的功能，并且得到很多人很好的使用體驗(yàn)和眾多非常方便的功能。比如過去的手表只能用于看時(shí)間，但是現(xiàn)在一只普通的智能手表就擁有眾多功能，姑且不論技術(shù)水平頂尖的智能手表，其功能更是不計(jì)其數(shù)。這種產(chǎn)品的產(chǎn)生也是消費(fèi)者在不方便使用其他電子產(chǎn)品的情況下，比如在開會(huì)、跑步、健身時(shí)，在這些情況下消費(fèi)者通常不方便使用手機(jī)，然而在這時(shí)智能手表的優(yōu)點(diǎn)就顯而易見。根據(jù)市場調(diào)查數(shù)據(jù)顯示智能手機(jī)用戶每小時(shí)使用手機(jī)的次數(shù)達(dá)到20次，但是，在開會(huì)時(shí)頻繁使用手機(jī)非常不雅觀，在運(yùn)動(dòng)跑步時(shí)使用手機(jī)非常不安全。如果在這些場合將手機(jī)換成智能手表的話就解決了很多問題，而且也方便攜帶，其功能也還可以聽音樂、打電話等。在智能手表中還有專屬于兒童設(shè)計(jì)的一款兒童智能手表。在現(xiàn)在的學(xué)校中，嚴(yán)令禁止攜帶手機(jī)和一些電子產(chǎn)品，眾多家長也是不允許自己的孩子使用手機(jī)或者平板，其危害不僅會(huì)影響學(xué)習(xí)，也很容易損壞孩子的眼睛和身心健康。但是，家長和孩子之間也需要聯(lián)系和交流。所以在此時(shí)，更加凸顯了智能手表的優(yōu)勢和方便，智能手表可以提供孩子和家長的實(shí)時(shí)語音聯(lián)系，孩子也只能用于打電話和查看時(shí)間和天氣等功能。如今的智能手表改變了生活中的方方面面，在現(xiàn)在生活中是無可取代的一個(gè)電子產(chǎn)品，在眾多電子產(chǎn)品中也必將有屬于它的一席之地。智能手表行業(yè)在近些年仍然處于上升階段，隨著國內(nèi)外不斷地研究投資者也隨之增加，逐漸趨于成熟階段。但由于我國人口基數(shù)大，貧富差距明顯，智能手表在我國還具有很大的潛力。如今在小朋友、老年人、上班族、白領(lǐng)、領(lǐng)導(dǎo)的身上都能看見智能手表的身影，可見其在年齡和工作普及的區(qū)域是非常廣的。我相信智能手表在我國會(huì)得到很好的發(fā)展機(jī)會(huì)和前途。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)現(xiàn)狀人們在享受科技發(fā)展所帶來的紅利的同時(shí)，對(duì)于智能產(chǎn)品的需求也逐漸增多。而在近年來，智能手表這一款充滿智能，充滿科技的產(chǎn)品逐漸進(jìn)入人們的眼簾REF_Ref11991\r\h[1]。智能手表是將手表內(nèi)置智能化系統(tǒng)、搭載智能手機(jī)系統(tǒng)連接于網(wǎng)絡(luò)而實(shí)現(xiàn)多功能，能同步手機(jī)中的電話，短信、郵件、照片、音樂等的智能硬件產(chǎn)品。大部分智能手表用小巧的電路板以及微處理器取代傳統(tǒng)手表的石英機(jī)芯或機(jī)械機(jī)芯，小部分智能手表則在豐富功能的同時(shí)延續(xù)傳統(tǒng)手表的石英機(jī)芯或機(jī)械機(jī)芯設(shè)計(jì)。智能手表是智能安戴設(shè)備中的重要成員,具有占比小、質(zhì)量好、便攜性好、操作簡便傳輸實(shí)時(shí)的特點(diǎn)。智能手表可以連接手機(jī),可以顯示來電信息、微信、新聞、天氣信息等內(nèi)容，傳送監(jiān)測信息,也可以連接網(wǎng)絡(luò);將監(jiān)測信息傳送到云端,進(jìn)行存儲(chǔ)和分析。1.2.2國外現(xiàn)狀隨著科技與網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展,各種電子產(chǎn)品更是以其外形設(shè)計(jì)更加新穎、更加獨(dú)特,性能更加完善、人性化而出現(xiàn)在人們生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域,如手機(jī),電腦其更新速度之快,已令人瞠目結(jié)舌REF_Ref12350\r\h[2]。在過去的時(shí)間里人類不斷想象著一種能戴在手腕上的微型電腦，現(xiàn)在被叫作智能手表。如果要說最早的智能手表，可以追溯到70多年前的1941年，首款計(jì)算器手表即聽眾的MimoLoga問世。這款手表雖然沒有任何電子元件，卻是首款能夠計(jì)算的手表。它在表盤外圈設(shè)計(jì)了可以轉(zhuǎn)動(dòng)的對(duì)數(shù)表，使用方法就像是一個(gè)計(jì)算尺。佩戴這種手表的人可以隨時(shí)進(jìn)行簡單的計(jì)算。在國外，PDA在2000年代初期就非常普遍。當(dāng)時(shí)Fossil決定發(fā)布一種稱為WristPDA的獨(dú)特設(shè)備。盡管它的名字取得并不好，但是它實(shí)際上是一個(gè)革命性的設(shè)備，被認(rèn)為是當(dāng)今智能手表的前身。它能夠與PC交換數(shù)據(jù)，并且具有虛擬鍵盤，觸摸屏，紅外端口和纖巧的手寫筆，以便用戶可以更有效地與之交互。當(dāng)時(shí)的測評(píng)者們?yōu)樗膭?chuàng)新而稱贊它，例如在PalmOS中使用許多不同應(yīng)用程序的能力。隨著蘋果、三星、谷歌、華為等主流科技公司進(jìn)入智能手表領(lǐng)域，智能手表的發(fā)展日新月異，除了定位、打電話、運(yùn)行程序之外，心率監(jiān)測、睡眠監(jiān)測等身體健康輔助功能，也正是進(jìn)入人們的生活。1.3本文研究內(nèi)容小楊智能手表系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)為中心器件，利用其定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，結(jié)合顯示電路、LCD顯示器來設(shè)計(jì)，將軟件和硬件有機(jī)地結(jié)合起，小楊智能手表的軟件系統(tǒng)是用C++編寫,包括定時(shí)器中斷，溫度傳感器等電路和元器件。最后做成具有時(shí)間顯示、溫度顯示、自定義倒計(jì)時(shí)、心率檢測、記錄步數(shù)等功能的智能手表。1.3.1論文結(jié)構(gòu)本文主要分為以下幾個(gè)部分：第一部分是緒論部分，簡要概述小楊智能手表的項(xiàng)目背景和目前的發(fā)展概況。第二部分是小楊智能手表使用的技術(shù)和工具部分，主要描述實(shí)現(xiàn)小楊智能手表所要用到的軟件和技術(shù)。第三部分是小楊智能手表的可行性分析，從理論上分析系統(tǒng)的需求，模塊等，分析產(chǎn)品的可行性。第四部分是小楊智能手表的系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分，介紹系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)和功能模塊設(shè)計(jì)以及詳細(xì)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)部分。第五部分是小楊智能手表的測試部分，測試該設(shè)計(jì)的各種模塊功能。第六部分是總結(jié)與展望，總結(jié)小楊智能手表設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中的問題。1.3.2研究方法及手段1、文獻(xiàn)研究法文獻(xiàn)研究法通過查閱國內(nèi)外的相關(guān)資料，分析我國智能手表與發(fā)達(dá)國家的智能手表的發(fā)展現(xiàn)狀與差異。選取具有代表性的典型案例進(jìn)行深入剖析，并結(jié)合當(dāng)前我國智能手表平臺(tái)的特點(diǎn)，提出我國智能手表存在的問題以及解決方案。2、比較分析法比較分析法從不同角度探討了兩者之間的差異和聯(lián)系。運(yùn)用多種統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)各種智能手表，近幾年來的網(wǎng)站數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理，通過對(duì)大部分知名智能手表的對(duì)比分析，得出現(xiàn)在智能手表可能存在的問題，以及有待改善的地方，讓智能手表能更加好的展現(xiàn)在我們的眼前，使其更具實(shí)際意義。3、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)法通過以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來改進(jìn)所需要用到的軟件或者步驟，更簡潔的完成項(xiàng)目的要求。根據(jù)以往和眾多學(xué)者的經(jīng)驗(yàn)，小楊智能手表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)最好使用keil軟件和Proteus軟件來完成。

2系統(tǒng)分析2.1可行性分析2.1.1經(jīng)濟(jì)可行性分析此設(shè)計(jì)所需要使用的開發(fā)工具可從其官網(wǎng)下載，都為免費(fèi)且開源的軟件，開發(fā)環(huán)境也是在免費(fèi)環(huán)境下開發(fā)完成，而且此設(shè)計(jì)選用的主要硬件成本相對(duì)較低。綜上所述，系統(tǒng)從經(jīng)濟(jì)上是可行的。2.1.2技術(shù)可行性分析采用單片機(jī)芯片作為主控電路。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制步驟和方法大體可分為總體設(shè)計(jì)、硬件電路的構(gòu)思設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試幾個(gè)階段?？傮w設(shè)計(jì)包括確立應(yīng)用系統(tǒng)的功能特性指標(biāo)、單片機(jī)的選型（硬件平臺(tái)）、軟件的編寫和支持工具。單片機(jī)技術(shù)在大學(xué)學(xué)習(xí)期間也是有過學(xué)習(xí)和了解。本人對(duì)此也有一定的知識(shí)儲(chǔ)備和理解。綜上所述，系統(tǒng)從技術(shù)上是可行的。2.1.3操作可行性分析小楊智能手表和目前市場上隨處可見的智能手表操作差不多，使用者多使用開始和結(jié)束兩個(gè)按鍵，增加鍵和減少鍵的功能和使用也是很容易解讀，其功能更是顯而易見，其操作一點(diǎn)也不復(fù)雜，可謂是很簡單且已使用。綜上所述，系統(tǒng)從操作上是可行的。2.2需求分析2.2.1關(guān)鍵技術(shù)此設(shè)計(jì)使用Keil軟件和Proteus軟件來完成，使用Keil軟件完成設(shè)計(jì)的程序代碼，使用Proteus軟件完成設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的硬件仿真及電路仿真。主要的開發(fā)語言為C語言。Keil簡介Keil軟件對(duì)于我們來說并不陌生，Keil其中一個(gè)功能是可以作為單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。因?yàn)槠涔δ鼙姸?，且功能與同類軟件相比擁有更好的體驗(yàn)，所以Keil在編程的時(shí)候幾乎都會(huì)用到。還提供了包括C編譯器、宏匯編和仿真調(diào)試器等開發(fā)方案，通過集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。如果使用C語言編程，Keil肯定是第一選擇。Proteus簡介Proteus軟件是英國著名的EAD工具（仿真軟件），這款如軟件可以說是非常的強(qiáng)大。它不僅僅具有其他EAD工具軟件具有的仿真功能，它還能仿真單片機(jī)及眾多外圍器件。Proteus仿真軟件能夠?qū)Υ罅康募呻娐泛蛿?shù)字電路進(jìn)行仿真，其在對(duì)電子設(shè)備的動(dòng)態(tài)仿真方面是其他仿真軟件所不能比擬的，效果十分真實(shí)，并且支持多種微處理器和控制器的仿真。Proteus共有兩大模塊，分別是ISIS和ARESREF_Ref12725\r\h[3]。這款軟件也是世界上唯一將電路仿真、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件做到三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)。Proteus軟件從原理布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。C語言簡介在沒接觸C語言時(shí)，只知道C語言就是程序、代碼。但是，在如今了解了C語言后才知道，其實(shí)C語言是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，它不僅有匯編語言的特點(diǎn)，又可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語言。C語言的應(yīng)用可以說是隨處都有，只要和計(jì)算機(jī)相關(guān)的科研基本都可以看見其身影。C語言可以作為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)語言，編寫系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語言，編寫不依靠計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序。所以C語言的應(yīng)用范圍非常的廣泛，不僅僅是在軟件開發(fā)上，了解后才知道在各類科研研究上都需要用到C語言。2.2.2業(yè)務(wù)流程分析業(yè)務(wù)流程圖如圖2.1所示。圖2.1小楊智能手表設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)流程圖此設(shè)計(jì)的業(yè)務(wù)流程主要為時(shí)間顯示、溫度顯示、倒計(jì)時(shí)、心率檢測并顯示以及記錄行走的步數(shù)的設(shè)定業(yè)務(wù)。2.2.3功能需求分析通過對(duì)眾多智能手表的調(diào)研，此設(shè)計(jì)總結(jié)了智能手表最普遍且最實(shí)用的兩大功能：時(shí)間顯示功能、溫度顯示功能。此設(shè)計(jì)還針對(duì)生活中遇到的一些問題設(shè)計(jì)了第三大功能：倒計(jì)時(shí)功能，此功能在部分智能手表中不存在，有些手表存在此功能但是利用率不高，原因在于有些倒計(jì)時(shí)功能只能倒計(jì)時(shí)某些特定時(shí)間，而此設(shè)計(jì)做到了倒計(jì)時(shí)自定義為使用者帶來了更變的方便。此設(shè)計(jì)也總結(jié)了平時(shí)生活中主要運(yùn)用的幾大功能，故設(shè)計(jì)了時(shí)間顯示模塊、溫度顯示模塊、倒計(jì)時(shí)模塊、心率檢測模塊、計(jì)步模塊五大模塊。時(shí)間顯示模塊通過DS1302時(shí)間顯示芯片將時(shí)間傳輸出來，再通過單片機(jī)AT89C51傳輸?shù)斤@示器顯示出來。在知道此刻準(zhǔn)確時(shí)間后使用者便可以做出和時(shí)間相關(guān)的決定，可以為使用者帶來很多便捷。只要此設(shè)計(jì)在通電的情況下使用者都可以隨時(shí)隨地簡單方便的看到此時(shí)此刻的時(shí)間。溫度顯示模塊通過DS18B20數(shù)字溫度傳感器將溫度顯示和傳輸出來。使用者可以在此設(shè)計(jì)通電的情況下準(zhǔn)確知曉當(dāng)前周圍環(huán)境溫度，可以對(duì)自己的穿衣、運(yùn)動(dòng)等做出更健康安全的選擇。倒計(jì)時(shí)模塊小楊智能手表的倒計(jì)時(shí)功能具有一定的獨(dú)特，因?yàn)樵诓糠种悄苁直碇惺菦]有倒計(jì)時(shí)功能的。故在小楊智能手表中的倒計(jì)時(shí)功能是可以通過使用者自己自定義設(shè)定時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)的，這大大的增加了設(shè)計(jì)的人性化和需求。使用者通過按鍵設(shè)定開始設(shè)定自己需要設(shè)定的時(shí)間，通過按鍵使設(shè)定的倒計(jì)時(shí)時(shí)間增加10S和減少10S，逐漸達(dá)到自己想設(shè)定的時(shí)間，在達(dá)到設(shè)定需要的時(shí)間后，按下開始鍵，倒計(jì)時(shí)結(jié)束。倒計(jì)時(shí)結(jié)束后系統(tǒng)通過蜂鳴器發(fā)出聲音提醒使用者倒計(jì)時(shí)已完成。心率檢測模塊通過XL01心率傳感器利用光電傳感技術(shù)將使用者的心率檢測出來。檢測出的數(shù)據(jù)傳輸至LCD顯示器顯示出來完成心率檢測并顯示。使用者可以很方便的檢測出此時(shí)的心率，觀察此時(shí)的身體健康情況，以此來安排合理的運(yùn)動(dòng)或休息。計(jì)步模塊通過ADX345三軸加速度計(jì)來完成對(duì)使用者的行走步數(shù)的記錄。通過測量使用者在x軸、y軸、z軸三個(gè)方向的加速度、速度、位移，經(jīng)過一系列算法后得出使用者大概的步數(shù)，完成計(jì)步。計(jì)步功能也是一種日常鍛煉者所青睞的功能，因?yàn)榭梢约?lì)人們挑戰(zhàn)自己，增強(qiáng)體質(zhì)，幫助鍛煉。2.2.4性能需求分析要求系統(tǒng)能夠快速，準(zhǔn)確的做出使用者下達(dá)的命令。并用具有一定的安全性，以保證項(xiàng)目的各項(xiàng)功能能夠正常運(yùn)行。用戶要在實(shí)物下完成所有操作，軟件與硬件的電路連接是用戶能夠方便、有效、愉快地使用此設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。2.2.5數(shù)據(jù)需求分析（1）時(shí)間顯示的信息：時(shí)、分、秒。（2）溫度顯示的信息：溫度（攝氏度）。（3）倒計(jì)時(shí)設(shè)置生成的時(shí)間：時(shí)、分、秒。（4）心率檢測出的數(shù)據(jù)。（5）計(jì)步模塊所記錄的步數(shù)。2.2.6將來可能提出的需求分析（1）顯示頁面的美化。（2）可以顯示使用者的呼吸率、定位等輔助功能。3系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1架構(gòu)設(shè)計(jì)小楊智能手表系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案如圖3.1所示，此設(shè)計(jì)由四部分組成：1、控制部分由51單片機(jī)來完成操作。2、時(shí)間顯示部分由時(shí)鐘顯示芯片DS1302來完成時(shí)間的生成，最后由LCDLM016L來顯示。3、溫度顯示部分由溫度傳感器DS18B20來完成溫度的檢測，最后也由LCDLM016L來顯示。4、倒計(jì)時(shí)部分由按鍵和蜂鳴器來完成，先通過按按鍵來調(diào)節(jié)倒計(jì)時(shí)的時(shí)間，最后倒計(jì)時(shí)結(jié)束后由蜂鳴器提醒倒計(jì)時(shí)已完成。圖3.1小楊智能手表系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案3.2小楊智能手表的設(shè)計(jì)3.2.1時(shí)間顯示設(shè)計(jì)小楊智能手表的時(shí)間顯示設(shè)計(jì)主要利用時(shí)間顯示芯片DS1302。DS1302與主控模塊（AT89C51單片機(jī)）的連接簡單，將引腳I/O、SCLK、RST與單片機(jī)的I/O口連接即可，將DS1302中的數(shù)據(jù)讀取到單片機(jī)中，單片機(jī)將處理后的數(shù)據(jù)通過數(shù)碼管顯示出來REF_Ref13186\r\h[4]。之所以選用DS1302芯片是因?yàn)槠涔δ芘c小楊智能手表的設(shè)計(jì)比較吻合，再者是因?yàn)镈S1302芯片的功耗非常低且具有充電的能力。時(shí)間顯示芯片DS1302如圖3.2所示。圖3.2時(shí)間顯示芯片DS1302其引腳說明：Vcc2為主電源Vcc1為后備電源。當(dāng)系統(tǒng)在為通電的情況下，此作為后備電源就會(huì)發(fā)揮出作用，為時(shí)間芯片DS1302供電，使其繼續(xù)工作。x1,x2：外接32.768KHZ晶振GND：接地SCLK:串行時(shí)鐘輸入引腳I/O:數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳RST:復(fù)位引腳（低電平有效）小楊智能手表中DS1302成功利用到設(shè)計(jì)中的原理圖如圖3.3所示。圖3.3DS1302原理圖3.2.2溫度顯示設(shè)計(jì)小楊智能手表的溫度顯示設(shè)計(jì)利用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。由美國Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20數(shù)字溫度傳感器具有獨(dú)特的單總線接口，實(shí)現(xiàn)與微處理器的通信僅需一個(gè)I/0端口；在-10～+85℃范圍內(nèi)測量精度為0.5℃；用戶可編程設(shè)定9～12位的分辨率。DS18B20的以上優(yōu)點(diǎn)使其適用于設(shè)計(jì)高精度、多點(diǎn)測溫系統(tǒng)REF_Ref13460\r\h[5]。選用DS18B20數(shù)字溫度傳感器的原因是因?yàn)槠漭敵龅木褪谴嗽O(shè)計(jì)需要的數(shù)字信號(hào)，而且DS18B20數(shù)字溫度傳感器還有具有體積很小、抗干擾能力很強(qiáng)、測出的溫度精確度很高等優(yōu)點(diǎn)。DS18B20數(shù)字溫度傳感器如圖3.4所示。圖3.4DS18B20數(shù)字溫度傳感器DS18B20數(shù)字溫度傳感器只有三個(gè)引腳分別為GND、DQ、VDD。其中GND為電源地線，DQ為DS18B20數(shù)字溫度傳感器的數(shù)字信號(hào)輸入或輸出端。VDD為外接供電電源輸入端。其引腳相對(duì)小楊智能手表中其他硬件較少也更容易理解。DS18B20數(shù)字溫度傳感器的原理圖如圖3.5所示。圖3.5DS18B20數(shù)字溫度傳感器原理圖3.2.3倒計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)小楊智能手表的倒計(jì)時(shí)功能可以自定義通過增加和減少設(shè)定的時(shí)間來達(dá)到使用者需要的時(shí)間。再按下開始鍵后倒計(jì)時(shí)開始，在倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，系統(tǒng)中的蜂鳴器會(huì)發(fā)出聲音提醒使用者倒計(jì)時(shí)已結(jié)束。在小楊智能手表的倒計(jì)時(shí)模塊設(shè)計(jì)中相關(guān)的原理圖有按鍵原理圖和蜂鳴器提醒原理圖。分別如圖3.6和圖3.7所示。圖3.6按鍵原理圖圖3.7蜂鳴器提醒原理圖3.2.4心率檢測設(shè)計(jì)小楊智能手表的心率檢測功能由XL01完成、主要原理為通過LM358芯片將使用者的心率檢測信號(hào)放大，再進(jìn)行檢測。將信號(hào)放大后方便檢測也使檢測到的心率信號(hào)更加的準(zhǔn)確。下圖為LM358芯片的原理圖。如圖3.8所示。圖3.8心率檢測中LM358芯片原理圖3.2.5記步設(shè)計(jì)小楊智能手表的計(jì)步功能由ADX345傳感器完成。其原理為當(dāng)使用者再移動(dòng)的過程中ADX345傳感器通過計(jì)算使用者在X軸、Y軸、Z軸三方向上的加速度對(duì)使用者進(jìn)行立體的位移測量，進(jìn)而經(jīng)過計(jì)算后得出步數(shù)，完成計(jì)步功能。下圖為ADX345傳感器的電路原理圖。如圖3.9所示。圖3.9ADX345傳感器原理圖4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)4.1開發(fā)環(huán)境此設(shè)計(jì)主要開發(fā)環(huán)境為MicrosoftWindows10MicrosoftWindows是美國\t"/item/Microsoft%20Windows/_blank"微軟公司以\t"/item/Microsoft%20Windows/_blank"圖形用戶界面為基礎(chǔ)研發(fā)的\t"/item/Microsoft%20Windows/_blank"操作系統(tǒng)，主要運(yùn)用于計(jì)算機(jī)、\t"/item/Microsoft%20Windows/_blank"智能手機(jī)等設(shè)備。共有普通版本、服務(wù)器版本（\t"/item/Microsoft%20Windows/_blank"WindowsServer）、手機(jī)版本（\t"/item/Microsoft%20Windows/_blank"WindowsPhone等）、嵌入式版本（WindowsCE等）等子系列，是全球應(yīng)用最廣泛的\t"/item/Microsoft%20Windows/_blank"操作系統(tǒng)之一。此設(shè)計(jì)的開發(fā)語言主要為C++，使用到的開發(fā)軟件有Keil軟件和Proteus軟件。4.2小楊智能手表的軟件實(shí)現(xiàn)小楊智能手表的主要函數(shù)如圖4.1所示。圖4.1小楊智能手表的主函數(shù)小楊智能手表最主要的芯片為AT89C51芯片。AT89C51單片機(jī)片內(nèi)帶有4K的E2PROM程序存儲(chǔ)器，無須外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器。外接12MHz晶振電路和上電復(fù)路。小楊智能手表的具體完整仿真實(shí)現(xiàn)如圖4.2所示。圖4.2小楊智能手表完整仿真圖4.2.1時(shí)間顯示模塊小楊智能手表的設(shè)計(jì)在時(shí)間顯示部分的代碼主要是從時(shí)間顯示芯片DS1302中讀取各種需要的時(shí)間并顯示到顯示器上。其部分關(guān)鍵時(shí)間讀取代碼如圖4.3所示。圖4.3部分關(guān)鍵時(shí)間讀取代碼在小楊智能手表設(shè)計(jì)中時(shí)間顯示模塊主要涉及到的電路時(shí)間顯示芯片DS1302仿真電路。在時(shí)間顯示芯片DS1302仿真電路中X1為晶振，頻率為32.768khz。時(shí)間顯示芯片DS1302仿真電路分別如圖4.4所示。圖4.4時(shí)間顯示芯片DS1302仿真電路4.2.2溫度顯示模塊小楊智能手表設(shè)計(jì)中溫度顯示模塊中部分關(guān)鍵代碼如圖4.5所示。圖4.5溫度顯示模塊部分關(guān)鍵代碼小楊智能手表的設(shè)計(jì)利用DS18B20數(shù)字溫度傳感器將溫度傳出和顯示。DS18B20數(shù)字溫度傳感器主要包括4個(gè)部分：溫度傳感器、64位ROM、暫存寄存器和功能電路REF_Ref13614\r\h[7]。在設(shè)計(jì)中DS18B20數(shù)字溫度傳感器仿真電路圖如圖4.6所示。圖4.6DS18B20數(shù)字溫度傳感器仿真電路圖4.2.3倒計(jì)時(shí)模塊小楊智能手表中倒計(jì)時(shí)模塊部分關(guān)鍵代碼如圖4.7所示。圖4.7倒計(jì)時(shí)模塊關(guān)鍵代碼小楊智能手表設(shè)計(jì)中的倒計(jì)時(shí)功能為，當(dāng)需要倒計(jì)時(shí)時(shí)，可自定義設(shè)置倒計(jì)時(shí)的時(shí)長，還有時(shí)間調(diào)節(jié)增加鍵和減少鍵供使用者調(diào)節(jié)時(shí)間長短。當(dāng)設(shè)置好后按下開始鍵則設(shè)置的倒計(jì)時(shí)間開始倒計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)結(jié)束后，會(huì)通過蜂鳴器發(fā)出聲音提醒使用者時(shí)間已到。其中KEYI為開始鍵，KEY2為倒計(jì)時(shí)長增加10S鍵，KEY3為倒計(jì)時(shí)長減少10S鍵，KEY4為結(jié)束鍵。倒計(jì)時(shí)模塊電路仿真電路圖如圖4.8所示。圖4.8倒計(jì)時(shí)模塊仿真電路圖4.2.4心率檢測模塊小楊智能手表心率檢測功能的主要代碼如圖4.9所示。圖4.9心率檢測模塊關(guān)鍵代碼心率檢測模塊也是使用AT89C51為主控芯片。當(dāng)使用者將手放在傳感器上時(shí)可以快速的讀出使用者目前的心率狀況。心率主要仿真電路圖如圖4.10所示。圖4.10心率檢測模塊仿真電路圖4.2.5計(jì)步模塊小楊智能手表計(jì)步功能的主要代碼如圖4.11所示。圖4.11計(jì)步模塊關(guān)鍵代碼計(jì)步功能由ADX345模塊完成，ADX345通過計(jì)算X、Y、Z三軸的加速度來計(jì)算出使用者的位移，從而進(jìn)行步數(shù)的記錄，最終完成計(jì)步功能。4.3小楊智能手表的硬件實(shí)現(xiàn)如圖4.12所示，使用KeilμVision5將程序成功正確的寫出并調(diào)試好之后保存。圖4.12keilμVision5編譯環(huán)境最后再把編譯好的程序利用PZ-ISP將其從電腦上燒寫進(jìn)51單片機(jī)中使用USB線將開發(fā)板和電腦連接成功后（電腦能識(shí)別開發(fā)板上CH340驅(qū)動(dòng)串口），把編寫好的程序編譯后將編譯產(chǎn)生的.hex文件燒入到芯片內(nèi)。如圖4.13所示，此圖為小楊智能手表的硬件實(shí)現(xiàn)。圖中分別是為DS1302時(shí)間顯示芯片以及其自帶的一個(gè)備用電源，就算系統(tǒng)斷電后DS1302時(shí)間顯示芯片也能正常工作。以及DS18B20數(shù)字溫度傳感器，通過其將溫度輸出后最終在右側(cè)顯示器上準(zhǔn)確顯示?？梢妶D中所顯示的溫度為20.1℃。還有四個(gè)紅色按鍵從左到右以此為啟動(dòng)鍵、倒計(jì)時(shí)增加10S鍵、倒計(jì)時(shí)減少10S鍵、結(jié)束鍵?？赏ㄟ^倒計(jì)時(shí)增加10S鍵和倒計(jì)時(shí)減少10S鍵來設(shè)定自己想要設(shè)定的時(shí)間，第二排左側(cè)為檢測出的心率數(shù)據(jù)顯示，右側(cè)為記錄的步數(shù)顯示。圖4.13小楊智能手表的實(shí)物展示5系統(tǒng)測試5.1測試計(jì)劃此次測試的目的為找出硬件的鏈接是否正確和程序的編寫有無錯(cuò)誤。程序主要通過軟件Keil進(jìn)行測試并改正。5.1.1測試范圍與主要內(nèi)容此次測試的范圍為各模塊涉及的程序代碼，主要內(nèi)容為：輸入源程序?qū)υ闯绦蜻M(jìn)行編譯和糾錯(cuò)確定調(diào)試方案調(diào)試程序5.1.2測試方法此次測試的方法為使用Keil軟件的程序調(diào)試功能，和實(shí)物操作的方法。5.1.3測試環(huán)境此次測試環(huán)境為MicrosoftWindows10和KeilμVision5。5.2功能測試5.2.1軟件測試此次測試主要測試各部分程序代碼是否正確。對(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的程序，再在KeilμVision5中進(jìn)行編譯。我將程序分為主程序部分、DS1302時(shí)間顯示部分、DS18B20溫度顯示部分以及LCD1602顯示器部分。將系統(tǒng)啟動(dòng)后，檢查各模塊程序是否在主程序中體現(xiàn)。最后是成功各模塊都體現(xiàn)在主程序中。最后反復(fù)檢查之后精簡了部分多余的代碼和注釋。等這一切做完后最終才進(jìn)行編譯查錯(cuò)，確定一切無誤后，將其生成.HEX文件寫入單片機(jī)。如圖表5.1、5.2、5.3、5.4、5.5所示，為小楊智能手表各功能模塊的工作情況。其中包括時(shí)間顯示模塊、溫度顯示模塊、倒計(jì)時(shí)模塊、心率檢測模塊、計(jì)步模塊，一下測試分別對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行測試。表5.1時(shí)間顯示模塊工作情況編號(hào)測試項(xiàng)描述/輸入/操作期望結(jié)果實(shí)際結(jié)果1時(shí)間顯示連接電源準(zhǔn)確顯示當(dāng)前時(shí)間與期望一致表5.2溫度顯示模塊工作情況編號(hào)測試項(xiàng)描述/輸入/操作期望結(jié)果實(shí)際結(jié)果1溫度能否顯示連接電源溫度準(zhǔn)確穩(wěn)定顯示與期望一致2溫度差距過大溫度傳感器能否正常運(yùn)行將設(shè)計(jì)放置于幾個(gè)溫度差距過大的環(huán)境中溫度傳感器能準(zhǔn)確顯示各個(gè)環(huán)境的溫度與期望一致表5.3倒計(jì)時(shí)模塊工作情況編號(hào)測試項(xiàng)描述/輸入/操作期望結(jié)果實(shí)際結(jié)果1倒計(jì)時(shí)時(shí)間能否自定義增減10S按按鍵增加10S和減少10S能準(zhǔn)確增減10S的調(diào)節(jié)時(shí)與期望一致210S的倒計(jì)時(shí)按開始鍵成功完成倒計(jì)時(shí)與期望一致3倒計(jì)時(shí)結(jié)束后能否發(fā)出聲音提醒等待倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，聽是否發(fā)出聲音提醒當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)結(jié)束后，蜂鳴器發(fā)出聲音提醒與期望一致表5.4心率檢測工作情況編號(hào)測試項(xiàng)描述/輸入/操作期望結(jié)果實(shí)際結(jié)果1能否準(zhǔn)確檢測出心率將自己的手指放在傳感器上顯示器上準(zhǔn)確出現(xiàn)自己的心率與期望一致表5.5計(jì)步模塊工作情況編號(hào)測試項(xiàng)描述/輸入/操作期望結(jié)果實(shí)際結(jié)果1能否準(zhǔn)確計(jì)步帶著小楊智能手表隨機(jī)走一段距離成功計(jì)步并顯示與期望一致5.1.2硬件測試對(duì)小楊智能手表的硬件進(jìn)行測試如下：如圖5.1所示，時(shí)間成功顯示，再將手捂住溫度傳感器一會(huì)，可見顯示器上溫度持續(xù)升高，與期望的一樣，沒有出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。對(duì)小楊智能手表中倒計(jì)時(shí)模塊測試。因?yàn)槭菧y試，通過按下按鍵增加10S來設(shè)定倒計(jì)時(shí)為10S。按下開始鍵后，倒計(jì)時(shí)開始，倒計(jì)時(shí)結(jié)束后蜂鳴器發(fā)出聲音提醒成功。心率檢測模塊成功將我自己心率檢測出。在行走一段距離后計(jì)步功能也可以較準(zhǔn)確的記錄出我所行走的步數(shù)。所有現(xiàn)象與期望一直，沒有異?，F(xiàn)象。圖5.1小楊智能手表各模塊的工作情況5.3測試結(jié)論本系統(tǒng)經(jīng)過功能測試后，各個(gè)模塊的功能正常運(yùn)行，達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的預(yù)期結(jié)果，測試過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題并對(duì)問題及時(shí)做出修改，系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠、穩(wěn)定。最終得到了符合要求的高效率的智能手表系統(tǒng)。6總結(jié)與展望6.1總結(jié)在做小楊智能手表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中我收獲了很多，其中有知識(shí)、朋友、好的學(xué)習(xí)習(xí)慣等等，通過做此次設(shè)計(jì)了解到單片機(jī)以及智能手表的發(fā)展經(jīng)過以及發(fā)展歷程是如何的心酸，也了解到單片機(jī)其功能的強(qiáng)大，以及眾多的功能。在生活中單片機(jī)隨處可見，無時(shí)無刻都在為我們正常的生活發(fā)揮出其巨大的作用。也通過制作此設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)和結(jié)交了一些制作同類型的同學(xué)和朋友，這也為平時(shí)生活帶來很多方便的地方。也認(rèn)識(shí)到自己學(xué)習(xí)的決心還不夠也在平時(shí)生活中盡力改變，最終也成功養(yǎng)成每天學(xué)習(xí)的好習(xí)慣，讓自己每天都在各種各樣的學(xué)習(xí)中慢慢進(jìn)步。此次設(shè)計(jì)也遇到很多問題，比如：不知道從什么方便入手開始寫、不知道怎么制作、軟件下載之后無法正常運(yùn)行、代碼程序不知道怎么寫等等。盡管遇到的問題很多，但是我也逐一解決，最終才完成了此設(shè)計(jì)。在解決這些問題的過程中也用了很多方法，其中找同學(xué)幫忙解決是最頻繁的，也成功解決了很多問題。也找過老師，老師也成功幫忙解決了很多問題，負(fù)責(zé)我們的老師也是很熱情細(xì)心的幫我處理問題。其次就是去網(wǎng)上查詢資料和看一些相關(guān)的論文或期刊，這些論文和期刊也讓我從中領(lǐng)悟到很多有用的知識(shí)，也成功融入到此設(shè)計(jì)中。6.2展望此設(shè)計(jì)還是具有一些不夠完善的地方，此設(shè)計(jì)制作的是智能手表，既然為智能手表其肯定還需要簡潔攜帶，顯然此設(shè)計(jì)并不具備，既然使用單片機(jī)和許多硬件該設(shè)計(jì)也沒有散熱功能和模塊等等都是此設(shè)計(jì)的不足之處。再次設(shè)計(jì)完成之后也可以研究研究將這些不足之處逐一完善，讓此設(shè)計(jì)更上一層樓。

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