2 系统开发技术和需求分析
2.1 C语言和Keil
C语言作为一种高层次的编程语言，其文法简洁、易懂、易用；该系统可移植性好，适用于多种 MCU平台；还可以直接访问硬件资源，如寄存器、内存等，方便进行底层编程。C语言具有丰富的函数库和工具，可以快速开发复杂的应用程序；它的编译器和调试工具都比较成熟，使用方便，可以提高开发效率，是一种非常适合单片机编程的语言，成为单片机开发的主流语言，被广泛应用于嵌入式系统开发领域。
Keil MDK-ARM为用户提供了一个包含编译器、调试器、模拟器和IDE在内的集成开发环境。主要被应用在 ARM架构的嵌入式系统开发中，它支持多种 ARM处理器系列，包括Cortex-M和Cortex-A等。Keil MDK-ARM的编译程序使用了独有的编译技术，使其具有高效，优化的代码生成功能。该调试程序和模拟程序支持JTAG、SWD、ETM等各种调试接口，实现了实时调试，断点调试，单步调试等功能。Keil MDK-ARM的IDE提供了丰富的开发工具，包括代码编辑器、项目管理器、版本控制、自动化构建等功能，可以大大提高开发效率。同时，Keil MDK-ARM还提供了一系列的软件库和代码示例，方便开发者快速开发出高质量的嵌入式系统。总而言之，Keil MDK-ARM是一款功能强大的嵌入式软件开发工具，能帮助开发者更快地开发出高质量的嵌入式系统。
2.2需求分析
功能需求：以单片机为基础的智能手环系统，其核心目标是通过对分布在系统中的传感器模块进行相关数据采集，再利用被软件设计后的STM32单片机对其进行分析和处理，最后将结果呈现给用户，让用户对自身运动健康状况有一个全面的了解，并指导用户在日常生活中的运动健康生活。
在进行设计工作前，首先要确定其功能要求，并与其核心目标相联系。按照需要选择硬件器材，查询相关资料，进行模块设计，完成各个模块的统一操作，从而实现对相关数据的呈现和运动健康指导。
本系统设计的功能需求主要有：
1、时钟显示功能：智能手环需要实时显示日期、时间、星期，帮助用户更好地规划和安排自己的工作和生活，以达到更高效、更有成效的生活方式。
2、运动监测功能：智能手环需要实时监测用户的运动状态，包括步数、路程、卡路里，同时还需要提供相关的数据分析和运动建议，以便用户了解和控制自己的运动量，并可以根据自身需要调整运动量。
3、健康监测功能：智能手环需要对用户的体温、心率、血氧进行实时监控，并及时反馈给用户，让用户能够对自己的身体情况有一个准确地了解，并及时采取有效的措施。
非功能需求：
本系统设计的非功能需求主要有：
1、可靠性：智能手环作为一种可穿戴设备，需要具备较高的可靠性。本系统可以长期稳定地运行，确保用户在使用的时候不会出现数据丢失、设备故障等问题。
2、稳定性：智能手环需要稳定地连接到用户的手机或电脑等设备，以实现数据的传输和同步。该系统能在长期运行中维持稳定的性能，不会出现频繁的卡顿、死机等问题，快速响应用户的操作和指令，以提高用户的体验和满意度
3、易用性：用户仍然高度重视智能手环的易用性和操作性[13]。智能手环需要具备良好的易用性，操作简单、界面友好、功能齐全，能够让用户轻松上手使用。本系统能够提供清晰、简洁和易于理解的用户界面，并提供适当的反馈和指导，以便用户能够快速了解其功能和操作方式。
3系统硬件电路设计
3.1 STM32主控芯片
STM32F103C8T6是一款32位的ARM Cortex-M3单片机，该单片机由 ST公司开发。它具有高性能、低功耗、丰富的外设以及容易开发等优点，可以广泛地用于工业控制、智能穿戴、医疗设备、智能家居等多种应用领域。
该微控制器的主要特点包括：
1、CPU频率高达72MHz，运算速度快。
2、内置64KB闪存和20KB SRAM，存储容量大。
3、支持多种通信接口，如USART、SPI、I2C等。
4、支持多种中断源和DMA控制器，实现高效的数据传输。
5、具有多种定时器和计数器，可用于实现各种定时、计数和PWM控制。
6、支持多种电源管理模式，可有效降低功耗。
7、采用LQFP48封装，易于布局和焊接。
综上所述，STM32F103C8T6是一款功能强大，性能优异，还有低功耗的单片机，可以满足各种应用的需要，在智能电子产品研发市场上具有十分重要的价值。这款主控芯片可以为我提供非常丰富的接口，为本系统的各实验项目提供了充足的外部扩展电路，可以满足我对本系统各种功能的需要，是本系统设计开发的最好的选择。
STM32F103C8T6单片机核心板CPU电路图如图3-1所示：
图3.1 STM32最小系统电路原理图
3.2温度模块
在温度数据采集方面，选用了单列三个管脚的DS18B20数字温度传感器。该传感器采用单总线通信协议，连接方便，操作简单，拥有属于该传感器本身的数据帧格式，通过数据线DQ完成MCU微处理器和 DS18B20传感器的读或写数据操作。MCU管脚采用推挽输出，是为了访问传感器的时候能保证遵循单总线的数据帧。该单总线输出数据的高电平应该有上拉电阻提供，所以，需要在数据线上增加一个上拉式电阻器，使DS18B20传感器的DQ数据线与输入输出端口连接STM32F103C8T6。
DS18B20电路图如图3-2所示：
图3.2 稳压模块电路原理图
5 系统测试与总结
5.1系统实现和测试
将各功能模块与主控连接好线路，把运行程序烧录到主控。
系统实物图如图5-1所示：
图5.1 系统实物图
在系统上电和运行程序后，首先要实现的就是这个系统的主页面，这个主页面是用来显示时间的。时间显示功能图如图5-2所示：
图5.2 时间显示图
实现体温测量模块的功能，将手指对准传感器的测量区域，或将传感器握在手中，然后操作按键以运行体温测量功能。此时，传感器会进行采样，再以串口的形式输出并以 OLED显示的形式呈现出来。
体温显示功能图如图5-3所示：
图5.3 体温显示图
5.2总结
本设计旨在开发一款基于单片机的智能手环，实现运动计步、心率血氧检测、体温检测等功能。在此过程中，我深入了解了单片机的硬件结构和软件编程，并成功地利用单片机实现了智能手环的功能。通过这个项目，我不仅拓展了对单片机的知识，还掌握了智能手环的基本设计方法，为未来的工作打下了坚实的基础。
经过从零开始的学习、参考文献和网上资料的查阅，以及老师和同学的帮助，最后，我决定采用以STM32F103C8T6为核心的主控系统、DS18B20温度模块、OLED显示屏模块、MPU6050步数模块、MAX30102心率血氧模块的硬件设计。同时，我完成了C语言编程和预期功能的软件设计与实现。这款智能手环可以显示基本时间信息，并实时监测人体运动健康状况，提供准确数据，帮助人们更好地了解自身身体状况，制定出适合自己的运动健康方案。
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