基于APM32E030的智能手表方案（上）

宇岚发表于 2025-5-8 11:14

本帖最后由宇岚于 2025-5-14 19:21 编辑

#申请原创# #技术资源#

# **一、简介**

随着科技持续进步，人们对于健康的要求越来越高，智能可穿戴手表应运而生；本项目旨在使用常见不同模块实现简易的智能手表框架，主控选型上采用极海半导体推出的工业级基础拓展型MCU：APM32E030R8T6，这款MCU集成搭载 Arm®** Cortex**®-M0 + 内核，工作主频 72MHz，采用 12 寸 55nm 先进工艺，具有内置 64KB Flash、8KB SRAM、2 个 I2C、2 个 USART、2个位高精度 ADC 等丰富资源，符合本次项目要求；

# **二、系统框图**

本项目使用APM32E030R8T6作为主控，使用到的模块有：DS18B20、MAX30102、ATGM336H以及ADXL345等，可实现温度、血压、血氧的测量、GPS定位、计时功能以及步数感应功能；

!(data/attachment/forum/202505/08/102807lzhhg22ja9qwzgq2.png "image.png")

# **三、模块实现**

下面将从模块原理、硬件设计和程序设计三部分详细介绍各个模块的实现思路：

## **温度传感器**

温度获取功能使用的是DS18B20，其控制命令和数据都是以数字信号的方式输入输出，相比较于模拟温度传感器，具有功能强大、硬件简单、易扩展、抗干扰性强等特点.

### 模块工作原理

DS18B20作为单线半双工通信，共有6种信号类型：复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0和读1；

!(data/attachment/forum/202505/08/103913xunceoi23mxebuno.png "image.png")

复位脉冲：主机输出低电平保持至少480us，然后释放总线，电平拉高保持15~60us；

!(data/attachment/forum/202505/08/102100up9ivjipvgezi3im.png "image.png")

应答信号：DS18B20拉低电平保持60~240us；

!(data/attachment/forum/202505/08/102151cw7ztwtfu7tji7i0.png "image.png")

写时序：**写"0"** 输出低电平60us，释放总线延迟2us； **写"1"** 输出低电平2us，释放总线延迟60us；

!(data/attachment/forum/202505/08/103347xiifhk7ehue33tup.png "image.png")

读时序：输出电平延时2us，转输入模式延时12us，读取总线电平（15us以内），延时50us；

!(data/attachment/forum/202505/08/103631xjqxyc2hxekjksuc.png "image.png")

### 硬件设计

!(data/attachment/forum/202505/07/162522aefmabtvtirft7d3.jpg "DS18B20.jpg")

引脚描述：

| **引脚名称** | **描述**          |
| ------------------ | -------------------------- |
| **VCC**    | **供给电压**5V    |
| **GND**    | **地线**          |
| **I/O**    | **通信引脚，接PA12** |

### **程序设计**

第一步，模块初始化，初始化PA12引脚，配置其为上拉推挽模式；

```apache
u8 DS18B20_Init(void)
{
GPIO_Config_TGPIO_InitStructure;

RCM_EnableAHBPeriphClock(RCM_AHB_PERIPH_GPIOA); //使能PORTA口时钟

GPIO_InitStructure.pin = GPIO_Pin_12; //PORTA12 推挽输出
GPIO_InitStructure.mode = GPIO_Mode_Out_PP; //配置为输出
GPIO_InitStructure.speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Config(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_PIN_12); //输出12

DS18B20_Rst();
}
```

第二步，复位模块，先拉低PA12引脚5ms，再拉高PA12引脚保持5ms；

第三步，发送指令0xCC，跳过ROM是，再发送指令0x44，开启转换，最后发送0xBE，读取数据；

```apache
short DS18B20_Get_Temp(void)
{
u8 temp;
u8 TL,TH;
short tem;
DS18B20_Start ();                // ds1820 start convert
delay_ms(5); //延迟5ms
DS18B20_Rst(); //ds18b20 复位
delay_ms(5); //延迟5ms
DS18B20_Check();
DS18B20_Write_Byte(0xcc); // 发送0xCC
DS18B20_Write_Byte(0x44); // 发送0x44
DS18B20_Write_Byte(0xbe); // 发送0xBE
TL=DS18B20_Read_Byte(); // LSB
TH=DS18B20_Read_Byte(); // MSB

if(TH>7)
{
   TH=~TH;
   TL=~TL;
   temp=0;//温度为负
}else temp=1;//温度为正
tem=TH; //获得高八位
tem<<=8;
tem+=TL;//获得底八位
tem=(float)tem*0.625;//转换
if(temp)return tem; //返回温度值
else return -tem;
}
```

第四步，读取两个字节 TH 和 TL ；

第五步，根据DS18B20的温度运算法则进行数据处理；

至此，DS18B20模块读取温度功能实现；

## GPS定位模**块**

ATGM336H是一种高性能的GPS模块，可以在较低功耗下提供高精度、高可靠性的位置信息服务。它采用了SiRFstarIII技术，并支持多种导航卫星系统，包括GPS、GLONASS、Galileo、QZSS和SBAS。ATGM336H可以快速获取卫星信号，提供高达10Hz的位置刷新速率，并能在较弱的GPS信号环境下保持高精度。

### 模块工作原理

我们将模块的TX和RX通过串口通信串口助手，ATGM336H利用串口发送定位信息给主控芯片**，串口波特率为9600，**可以看到**，模块会通过串口不断打印****数据；**

!(data/attachment/forum/202505/08/093130exjdnd5jankyc5gk.png "image.png")

其中信息头的第一个是消息ID，通过查阅芯片手册，简单的含义如下：

| 缩写标识符 | 含义                |
| ---------- | ---------------------- |
| BD       | BDS，北斗二代卫星系统|
| GP       | GPS                |
| GL       | GLONASS             |
| GA       | Galileo             |
| GN       | GNSS，全球卫星导航系统 |

需要关注其中的**“GNRMC”**这条信息，将这条信息解析：

```
$GNRMC,015135.000,A,4159.65553,N,12136.79345,E,0.52,0.00,191123,,,A*7F
```

* 消息ID —— \$GNRMC
* 定位点的UTC时间 —— 015135.000
* 定位状态 —— A：定位；V：导航（我们进行定位时，如果该位为A表示数据有效，该位为V表示数据无效）
* 纬度 —— 4159.65553
* 纬度方向 —— N
* 经度 —— 12136.79345
* 经度方向 —— E

### 硬件设计

实物图如下

!(data/attachment/forum/202505/07/171923ps1tsx7bxs1fji7x.jpg "GPS 1.jpg")

引脚定义以及接线如下表所示

| **引脚名称** | **描述**             |
| ------------------ | ---------------------------- |
| **VCC**    | **电源（3.3V-5V）** |
| **GND**    | **地线**             |
| **TXD**    | **发送引脚，接PA9** |
| **RXD**    | **接收引脚，接PA10** |
| **PPS**    | **时钟脉冲引脚，PA11** |

### 软件设计

第一步，初始化模块，初始化USART1模块的两个引脚PA9和PA10，配置串口波特率为9600；

第二步，等待ATGM336H信号连接成功，当连接成功时，PPS引脚会拉低再拉高；

```apache
void ATGM336_Baisc_Init(void)//模块信号引脚初始化
{
   GPIO_Config_T GPIO_InitStructure; //定义一个设置GPIO功能的变量
   RCM_EnableAHBPeriphClock(RCM_AHB_PERIPH_GPIOA); //使能GPIOA时钟

   uart1_Init(9600);//串口初始化
   GPIO_InitStructure.pin = GPIO_Pin_11;          //准备设置PA11
   GPIO_InitStructure.speed = GPIO_Speed_50MHz;    //IO速率50M
   GPIO_InitStructure.mode = GPIO_Mode_IPD;       //下拉输入
   GPIO_Config(GPIOA, &GPIO_InitStructure);             //设置PA11
}

void ATGM336_Init(void)
{
int i;
uart1_Init(9600);//USART1初始化
bool Point_flag;
while(!GPIO_ReadInputBit(GPIOA,GPIO_Pin_11))//等待PPS引脚拉低
{
if(Point_flag == 0){//显示函数
for(i=0;i<11;i++)
{
for(i=0;i<11;i++)OLED_ShowChar(0+(i*4),7,' ',1,0);delay_ms(10);
Point_flag = 1;
}
}
else
{ //显示函数
for(i=0;i<11;i++){OLED_ShowChar(0+(i*4),7,' ',1,0);}
Point_flag = 0;
delay_ms(10);
}
if(setc == 0)
break;////如果拉低，跳出循环
}
if(GPIO_ReadInputBit(GPIOA,GPIO_Pin_11))//改变标志位
GPS_state = 1;
for(i=0;i<9;i++){OLED_ShowChar(0+(i*4),7,' ',1,0);}
}
```

第三步，USART模块接收信息并解析

```apache
void GetsGpsBuffer()
{
char *subString;
char *subStringNext;
char i = 0;
char usefullBuffer;
if (Save_Data.isGetData)
{
Save_Data.isGetData = false;
//截取数据帧前六部分 |对地航速对地航向日期
//$GNRMC,112536.000,A,2322.75023,N,11326.28605,E,|0.00, 0.00,100722,,,A*78
for (i = 0; i <= 6; i++)
{
if (i == 0)
{
if ((subString = strstr(Save_Data.GPS_Buffer, ",")) == NULL)
errorLog(1); // 解析错误
}
else
{
subString++;
if ((subStringNext = strstr(subString, ",")) != NULL)
{
switch (i)
{
                                    // 获取UTC时间
case 1:memcpy(Save_Data.UTCTime, subString, subStringNext - subString);break;
                                    // 获取UTC时间
case 2:memcpy(usefullBuffer, subString, subStringNext - subString);break;
                                    // 获取纬度信息
case 3:memcpy(Save_Data.latitude, subString, subStringNext - subString);break;
                                    // 获取N/S
case 4:memcpy(Save_Data.N_S, subString, subStringNext - subString);break;
                                    // 获取经度信息
case 5:memcpy(Save_Data.longitude, subString, subStringNext - subString);break;
                                    // 获取E/W
case 6:memcpy(Save_Data.E_W, subString, subStringNext - subString);break;
default:break;
}
subString = subStringNext;
Save_Data.isParseData = true;
if (usefullBuffer == 'A')
Save_Data.isUsefull = true;
else if (usefullBuffer == 'V')
Save_Data.isUsefull = false;
}
else
{
errorLog(2); // 解析错误
}
}
}
}
}
```

第四步，数据转换，获取的信息里，单位是**“度-分”，需要将其转换为常用单位“度”；

```apache
void Data_Transfor (void)
{
float latitude_temp1,latitude_temp2_min,latitude = 0, ; // 存储纬度信息
float longitude_temp1,longitude_temp2_min,longitude = 0; // 存储经度信息

latitude = strtod(receDataFrame.latitude,NULL);    // 字符串转换成浮点数
longitude = strtod(receDataFrame.longitude,NULL);    // 字符串转换成浮点数

// 纬度信息处理
latitude_temp1 = (uint16_t)latitude/100;                //提取度-分中度的不分
latitude_temp2_min = (latitude%100 )/60 //提取度-分中，分的部分并将其转为度
latitude = (float)latitude_temp1 + latitude_temp2_min;

// 经度信息处理
// 五位经度信息
longitude_temp1 = (uint16_t)longitude/100;                //提取度-分中度的不分
longitude_temp2_min = (longitude%100 )/60 //提取度-分中，分的部分并将其转为度
latitude = (float)longitude_temp1 + longitude_temp2_min;
}
```

至此，GPS模块功能实现完成

# 四、文献出处

1.本片所涉及软件代码基于APM32E030官方SDK库，可在官网直接下载使用；

https://www.geehy.com/design/document

2.本问所设计参考文章有：

https://blog.csdn.net/qq_44016222/article/details/141892460?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%252200602cae32b01e8caf708299723effe6%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334..%2522%257D&request_id=00602cae32b01e8caf708299723effe6&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~top_positive~default-2-141892460-null-null.142^v102^pc_search_result_base6&utm_term=max30102%E5%BF%83%E7%8E%87%E8%A1%80%E6%B0%A7%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8&spm=1018.2226.3001.4187 -----MAX30102心率血氧传感器（IIC协议 STM32）-CSDN博客

https://blog.csdn.net/qq_44016222/article/details/141891589?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%25225a1bfb03841971f12cfefecb83cbb8c1%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334..%2522%257D&request_id=5a1bfb03841971f12cfefecb83cbb8c1&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~top_positive~default-1-141891589-null-null.142^v102^pc_search_result_base6&utm_term=ADXL345&spm=1018.2226.3001.4187

```
-----【STM32外设系列】GPS定位模块（ATGM336H）-CSDN博
```

3.由于篇幅原因，该项目分为上下两章详细描述；

MrChen93 发表于 2025-5-21 11:40

穿戴设备对功耗要求蛮高的，这个功耗表现咋样？

幻影书记 发表于 2025-5-9 19:03

APM32E030系列都推出了。
这个要替代掉F030系列吗？直接Pk某品牌的G0系列吗？

wang1979 发表于 2025-5-9 15:42

不错的分享,APM32的单片机

宇岚发表于 2025-5-9 10:04

dffzh 发表于 2025-5-8 16:43
这款MCU的低功耗模式有几种？低功耗电流大概是多少uA？

APM32E030低功耗模式有SLEEP、STOP和STANDBY三种低功耗模式；
在常温、3.3V条件下SLEEP模式功耗低至3mA，STOP模式下低至12uA，STANDBY模式下低至1.12uA

zjk103 发表于 2025-5-9 09:31

这种血氧的监测准确么？

xionghaoyun 发表于 2025-5-9 09:10

兄弟贴上源码啊

dffzh 发表于 2025-5-8 16:43

这款MCU的低功耗模式有几种？低功耗电流大概是多少uA？

银河漫步 发表于 2025-5-8 15:53

E030系列采用55nm的工艺，其低功耗表现应该更好，对体积受限的电池应用案例应该更适合。

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