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编号：

T4772405M

设计简介：

本设计是基于STM32的多功能智能骑行头盔，主要实现以下功能：

1.max30102获取心率，mlx90614获取体温
2.SR04超声波检测当前障碍物距离，当超声波检测距离小于设置距离蜂鸣器进行“嘀嘀嘀”提醒
3.OLED液晶显示经纬度，体温，心率
4.光敏传感器检测当前环境强弱，光线暗开启照明灯
5. MPU6050检测是否跌倒，跌倒GSM发短信报告经纬
6. GPS获取当前经纬

电源： 5V
传感器：红外测温传感器（mlx90614）、超声波传感器（HC-SR04）、心率血氧传感器（MAX30102T03）、光敏电阻（5528）、GPS模块（NEO-6M）、六轴传感器（MPU6050）
显示屏：OLED12864
单片机：STM32F103C8T6
执行器：有源蜂鸣器、USB灯
人机交互：独立按键
通信模块：4G模块（ML307R）

标签：STM32、OLED12864、mlx90614、HC-SR04、MAX30102T03、5528、NEO-6M、MPU6050、有源蜂鸣器、USB灯、独立按键、ML307R

题目扩展：智能血压计、健康检测系统

基于 STM32 的多功能智能骑行头盔系统设计与实现

一、主控部分

核心：STM32 单片机

功能：获取输入数据、内部处理、控制输出

二、输入部分

1. HC-SR04 超声波测距模块：检测与前方障碍物的距离值
2. GPS 模块：获取骑行者的经纬度位置信息
3. 三轴加速度传感器模块：检测骑行者是否发生摔倒
4. 光敏电阻模块：检测骑行环境的光照强度
5. 红外测温模块：获取骑行环境温度或骑行者体表温度
6. 心率血氧检测模块：检测骑行者的心率与血氧饱和度值
7. 独立按键：用于切换系统界面、切换运行模式、设置各项参数阈值等
8. 供电电路：为整个多功能智能骑行头盔系统供电

三、输出部分

1. OLED 显示模块：显示经纬度位置、障碍物距离、摔倒状态、光照强度等信息
2. 4G 模块：连接云平台上传检测数据，同时发送摔倒等紧急情况的报警短信
3. USB 灯模块：提供照明功能，同时提醒对向行人或车辆，避免撞击风险

第 5 章 实物调试

5.1 整体实物构成

该设计主要硬件包含主控芯片，作为核心处理单元负责协调各模块工作；显示屏，用于直观呈现各类信息，方便用户查看；传感器模块，可采集如运动状态、环境参数等数据；通信模块，实现数据的无线传输；电源模块，为整个系统提供稳定电力供应；还有按键模块，用于人机交互操作。

焊接流程上，先准备好电烙铁、焊锡丝、助焊剂等工具。从体积较小、耐热性好的元件开始焊接，像电阻、电容等，按照电路图准确放置元件并焊接固定。接着焊接芯片类元件，注意方向和引脚对齐，可采用拖焊等技巧确保引脚焊接牢固且无短路。之后依次焊接其他模块，焊接完成后仔细检查焊点，确保没有虚焊、连焊情况。

注意事项方面，焊接前务必仔细核对元件型号、规格和极性，避免用错元件。控制好电烙铁温度，一般在 300-350℃ ，温度过高易损坏元件，焊接时间不宜过长，每个焊点控制在 2-3 秒。对于芯片等精密元件，可使用专用的芯片焊接工具或采取散热措施。焊接完成后，进行外观检查和简单的电气性能测试，排查是否存在焊接问题。整体实物如图 5-1 所示：

图 5-1 整体实物图

5.2 参数获取功能测试

经纬度位置由 GPS 模块接收卫星信号，解析定位数据后获取；距离通过超声波测距模块，依据声波发射与反射的时间差，结合声波速度计算得出；跌倒情况依靠陀螺仪检测身体姿态变化，当加速度、角度等参数超出正常范围时，判定为跌倒；心率、血氧由对应的传感器，利用光电容积脉搏波原理，分析血液对特定波长光线的吸收差异来采集；体温通过温度传感器，基于热敏元件的阻值随温度变化特性，转换为电信号后测算；光强则由光强传感器，根据光线照射产生的光电效应，将光信号转化为电信号得到，这些参数经主控芯片处理后，在显示屏呈现，实现多维度健康与环境信息监测。参数获取测试图如下图 5-2 所示。

图 5-2 参数获取功能测试图

5.3 摔倒报警功能测试

智能手环内置的陀螺仪等传感器实时监测佩戴者的身体姿态数据，通过预设的算法持续分析加速度、角速度等参数。当检测到佩戴者的姿态变化符合摔倒特征，即身体姿态出现剧烈且异常的变动时，主控芯片会迅速做出判断，确认发生摔倒事件。

此时，主控芯片立即向 4G 通信模块发送指令，4G 模块根据预设的短信发送程序，将包含 “我已摔倒，请求帮助！” 等关键信息的报警短信，发送至预先设置好的联系人手机号码。同时，显示屏上会显示 “摔倒” 字样，直观地向周围人提示佩戴者的危险状况，以便及时获得帮助，从而快速高效地保障人在摔倒后的安全，尽可能缩短等待救援的时间。摔倒报警功能如下图 5-3 所示：

图 5-3 摔倒报警测试图

第 6 章 软件调试

6.1 软件介绍

Proteus 8.15 是一款由 Labcenter Electronics 开发的电子设计自动化（EDA）软件。它集电路仿真、PCB 设计和微控制器调试于一体，广泛应用于嵌入式系统开发等领域。该软件拥有丰富元件库，包含超 50000 种元器件，支持模拟 / 数字电路协同仿真，集成逻辑分析仪等虚拟仪器。它还内置 8051、ARM 等微控制器模型，支持与 Keil 等编译器联调。此外，Proteus 8.15 可实现从原理图到 PCB 的自动布局布线，并生成 3D 模型。其界面直观，支持工具栏和快捷键个性化定制，还提供电压探针等调试工具，方便用户分析电路行为。软件界面如图 6-1 所示：

图 6-1 软件界面图

6.2 阈值设置功能测试

该系统的阈值设置功能通过按键操作实现，按键 2 在界面 1 可使距离阈值 + 1、界面 2 可使光强阈值 + 1；按键 3 在界面 1 可使距离阈值 - 1、界面 2 可使光强阈值 - 1，以此完成距离和光强阈值的调整设置，且所有阈值参数可在 OLED 显示屏上直观呈现。阈值设置功能图如下图 6-2 所示。

图 6-2 阈值设置功能测试图

6.3 摔倒求助功能测试

智能手环通过陀螺仪等传感器监测佩戴者姿态，经算法分析加速度、角速度等参数，若姿态变化符合摔倒特征，主控芯片即判定摔倒。随后，主控芯片指令 4G 模块向预设联系人发送 “我已摔倒，请求帮助！” 的报警短信，同时显示屏显示 “摔倒” 字样，提示周围人提供帮助，保障佩戴者安全并缩短救援等待时间。摔倒求助功能如下图 6-3 所示：

图 6-3 摔倒求助测试图