【N32G430开发板试用】智能手表功能演示样机

只看该作者 · 2022-7-26 08:59

概述

基于N32G430C8L7-STB开发板结合圆形TFT、Wi-Fi模块、RTC、心率模块、按键模块做一个简单功能的智能手表，具有显示时钟、心率、实时天气的功能。

软件功能

通过板载的按键实现智能手表不同功能界面的切换：待机界面、时间界面、日期界面、天气界面、心率监测界面；
通过SPI接口驱动SPI接口的圆形TFT，显示相应的功能界面
通过SPI接口驱动SPI FLASH；SPI FLASH中存放着字库、图片等信息（天气图片、心率波形图等）；
通过USART2与ESP8266 Wi-Fi模块进行通讯，连接远程的知心天气，获取本地数据，更新显示到显示屏上；
通过I2C驱动心率监测模块，读取当前的心率信息，结合官方的算法，在屏幕上进行显示；

系统框图

天气数据获取我们使用ESP8266 Wi-Fi模块与知心天气网进行连接，注册用户可以创建一个免费版的数据通道（访问频次有限制，只能固定获取一个地址的天气数据），我们向知心天气发送一个带有特定参数的GET请求，然后根据知心天气反馈的数据通过cJSON解析得到天气代码和温度信息，然后对应相应的天气图标显示的屏幕上。在使用cJSON解析数据时，是动态开辟的内存空间，在解析完成后切记一定要将刚刚开辟的内存空间释放掉，否则会产生内存溢出，导致程序程序运行异常的情况发生！！！

心率监测我们使用官方开放的算法库，这个算法库存在不稳定性，是不能商用的，但作为演示测试是可以的，官方或者第三方提供收费的算法库，可用于商用监测。

硬件准备

N32G430C8L7-STB开发板
N32G430C8L7-STB_EBK功能扩展板（ESP8266 Wi-Fi模块、心率监测模块、SPI FLASH模块、TFT显示屏）
相关数据连接线

N32G430C8L7-STB_EBK功能扩展板

原理图

PCB-2D正面图

代码实现

代码部分仅摘录了部分，完整的功能代码可以下载文末的软件工程源代码附件。

ESP8266 Wi-Fi模块相关部分

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void ATK_ESP01_StartProcess(void)

{

    uint8_t Result = 0;



    do

    {

        SysTick_DelayMS(10);



        Result = ATK_ESP01_AT_SendCommand("AT", "OK", 100);



    } while(Result == 0);



    /* 开回显 */

    ATK_ESP01_AT_SendCommand("ATE1",   "OK", 100);



    /* 查询版本信息 */

    ATK_ESP01_AT_SendCommand("AT+GMR", "OK", 100);



    /* 设置当前Wi-Fi模式: Station模式 */

    ATK_ESP01_AT_SendCommand("AT+CWMODE=1", "OK", 100);



    /* 连接WiFi */

    if(ATK_ESP01_AT_SendCommand("AT+CWJAP=\"********\",\"********\"", "OK", 8000) == 0)

    {

        if(ATK_ESP01_AT_SendCommand(NULL, "OK", 8000) == 0)

        {

            printf("\r\nWi-Fi Connect Error!");

            return;

        }

    }



    ESP01S_WiFiFlag = 1;



    /* 查询IP地址 */

    ATK_ESP01_AT_SendCommand("AT+CIFSR", "OK", 100);



    /* 设置单链接 */

    ATK_ESP01_AT_SendCommand("AT+CIPMUX=0", "OK", 100);





    /* 连接服务器 */

    if(ATK_ESP01_AT_SendCommand("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"api.seniverse.com\",80", "OK", 8000) == 0)

    {

        printf("\r\nServer Connect Error!");

        return;

    }



    ESP01S_ServerFlag = 1;



    /* 透明传输 */

    ATK_ESP01_AT_SendCommand("AT+CIPMODE=1", "OK", 100);



    /* 开始传输 */

    if(ATK_ESP01_AT_SendCommand("AT+CIPSEND", ">", 1000) == 0)

    {

        printf("\r\nTransfer Not Ready...");

        return;

    }



    ESP01S_InitFlag = 1;

}



void ATK_ESP01_Init(void)

{

    ATK_ESP01_InitRESET();



    ATK_ESP01_InitUSART();



    ATK_ESP01_StartProcess();



    TASK_Append(TASK_ID_ATK, ATK_ESP01_Handler, 5000);

}



void ATK_ESP01_Handler(void)

{

    if(ESP01S_InitFlag)

    {

        /* 每间隔5秒获取一次天气信息, 服务器限制每分钟最多20次!!! */

        ATK_ESP01_SendString("GET https://api.seniverse.com/v3/weather/now.json?key=*****************&location=shanghai&language=zh-Hans&unit=c\r\n");

    }

}

界面显示相关部分

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void SmartWatch_CreatePageIDLE(void)

{

    static uint8_t StartX = 120, StartY = 120;

    static uint8_t StepX  = 10,  StepY  = 10;

    static uint8_t DirX   = 0,   DirY   = 0;



    char *cText = "     ";

    char *dText = "你好!";



    uint8_t Height = 16;

    uint8_t Width  = strlen(dText) * 8;



    srand(SysTick_Tick);



    LCD_ShowLOG(StartX, StartY, cText);



    if(DirX == 0)

    {

        StartX -= StepX;



        if(StartX <= 36)

        {

            StartX = 36;

            DirX   = 1;



            StepX = rand() % 10 + 5;

            StepY = rand() % 10 + 5;

        }

    }

    else

    {

        StartX += StepX;



        if((StartX + Width) >= 204)

        {

            StartX = 204 - Width;

            DirX   = 0;



            StepX = rand() % 10 + 5;

            StepY = rand() % 10 + 5;

        }

    }



    if(DirY == 0)

    {

        StartY -= StepY;



        if(StartY <= 36)

        {

            StartY = 36;

            DirY   = 1;



            StepX = rand() % 10 + 5;

            StepY = rand() % 10 + 5;

        }

    }

    else

    {

        StartY += StepY;



        if((StartY + Height) >= 204)

        {

            StartY = 204 - Height;

            DirY   = 0;



            StepX = rand() % 10 + 5;

            StepY = rand() % 10 + 5;

        }

    }



    LCD_ShowLOG(StartX, StartY, dText);

}



void SmartWatch_CreatePageRTC(void)

{

    uint8_t YearNumber[4] = {0x02, 0x00, 0x00, 0x00};

    uint8_t DateNumber[5] = {0x00, 0x00, 0x0E, 0x00, 0x00};

    uint8_t TimeNumber[5] = {0x00, 0x00, 0x0B, 0x00, 0x00};

    uint8_t MiaoNumber[2] = {0x00, 0x00};



    if(SmartWatch_PageState == 0)

    {

        TimeNumber[0] = (RTC_Calendar.hour   / 10) % 10;

        TimeNumber[1] = (RTC_Calendar.hour   % 10);

        TimeNumber[3] = (RTC_Calendar.minute / 10) % 10;

        TimeNumber[4] = (RTC_Calendar.minute % 10);



        for(uint8_t i = 0; i < sizeof(TimeNumber); i++)

        {

            LCD_DrawFontLED(40+i*32,  80, TimeNumber[i]);

        }



        MiaoNumber[0] = (RTC_Calendar.second / 10) % 10;

        MiaoNumber[1] = (RTC_Calendar.second % 10);



        for(uint8_t i = 0; i < sizeof(MiaoNumber); i++)

        {

            LCD_DrawFontLED(88+i*32, 140, MiaoNumber[i]);

        }

    }

    else

    {

        YearNumber[2] = (RTC_Calendar.year / 10) % 10;

        YearNumber[3] = (RTC_Calendar.year % 10);



        for(uint8_t i = 0; i < sizeof(YearNumber); i++)

        {

            LCD_DrawFontLED(56+i*32,  80, YearNumber[i]);

        }



        DateNumber[0] = (RTC_Calendar.month / 10) % 10;

        DateNumber[1] = (RTC_Calendar.month % 10);

        DateNumber[3] = (RTC_Calendar.day   / 10) % 10;

        DateNumber[4] = (RTC_Calendar.day   % 10);



        for(uint8_t i = 0; i < sizeof(DateNumber); i++)

        {

            LCD_DrawFontLED(40+i*32, 140, DateNumber[i]);

        }

    }

}



void SmartWatch_CreatePageWeather(void)

{

    uint8_t TempNumber[3] = {0x00, 0x00, 0x0D};



    for(uint8_t i = 0; i < 40; i++)

    {

        if(Weather[i].Value == atoi(Weather_Code))

        {

            uint8_t StartX = (240 - strlen(Weather[i].Chinese) * 8) / 2;



            LCD_ShowLOG(StartX, 115, Weather[i].Chinese);



            LCD_DrawImage(0x100000, Weather[i].Offset, Weather[i].Length, 0);



            break;

        }

    }



    TempNumber[0] = (atoi(Weather_Temp) / 10) % 10;

    TempNumber[1] = (atoi(Weather_Temp) % 10);



    for(uint8_t i = 0; i < sizeof(TempNumber); i++)

    {

        LCD_DrawFontLED(72+i*32, 150, TempNumber[i]);

    }

}



extern int32_t  n_sp02;

extern int32_t  n_heart_rate;



void SmartWatch_CreatePageHeartRate(void)

{

    static uint8_t Index = 0, Heartrate = 0;

    static uint8_t OldWeiShu = 0;



    uint8_t HR_Number[3] = {0x00, 0x00, 0x00};

    uint8_t HR_WeiShu    = 0, StartX = 0;



    LCD_DrawImage(0x200000, HR_IMAGE[Index][0], HR_IMAGE[Index][1], 1);



    Index = (Index + 1) % 46;



    Heartrate = n_heart_rate;



    if(Heartrate < 10)

    {

        HR_WeiShu = 1;

        HR_Number[0] = Heartrate % 10;



        StartX = (240 - 32 * 1) / 2;

    }

    else if(Heartrate < 99)

    {

        HR_WeiShu = 2;

        HR_Number[0] = (Heartrate / 10) % 10;

        HR_Number[1] = (Heartrate % 10);



        StartX = (240 - 32 * 2) / 2;

    }

    else

    {

        HR_WeiShu = 3;

        HR_Number[0] = (Heartrate / 100);

        HR_Number[1] = (Heartrate / 10) % 10;

        HR_Number[2] = (Heartrate % 10);



        StartX = (240 - 32 * 3) / 2;

    }



    if(OldWeiShu > HR_WeiShu)

    {

        LCD_ShowLOG(72, 150, "            ");

        LCD_ShowLOG(72, 166, "            ");

    }



    OldWeiShu = HR_WeiShu;



    for(uint8_t i = 0; i < HR_WeiShu; i++)

    {

        LCD_DrawFontLED(StartX+i*32, 150, HR_Number[i]);

    }



    Heartrate++;



    LCD_ShowLOG(108, 190, "BPM");

}

心率监测相关部分

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void maxim_max30102_startup(void)

{

    uint8_t dummy = 0;



    /* resets the MAX30102 */

    maxim_max30102_reset();



    /* read and clear status register */

    maxim_max30102_read_reg(0, &dummy);



    /* initializes the MAX30102 */

    maxim_max30102_init();



    /* read the first 500 samples, and determine the signal range */

    for(uint16_t i = 0; i < 500; i++)

    {

        /* wait until the interrupt pin asserts */

        while(GPIO_Input_Pin_Data_Get(GPIOB, GPIO_PIN_2) == PIN_SET);



        /* read from MAX30102 FIFO */

        maxim_max30102_read_fifo((aun_red_buffer + i),  (aun_ir_buffer + i));



        printf("\r\nred = %i, ir = %i", aun_red_buffer[i], aun_ir_buffer[i]);

    }



    /* calculate heart rate and SpO2 after first 500 samples (first 5 seconds of samples) */

    maxim_heart_rate_and_oxygen_saturation(aun_ir_buffer, 500, aun_red_buffer, &n_sp02, &ch_spo2_valid, &n_heart_rate, &ch_hr_valid); 

}



void MAX30102_Handler(void)

{

    static uint8_t  maxim_max30102_staus = 0;

    static uint16_t maxim_max30102_index = 0;



    switch(maxim_max30102_staus)

    {

        case 0:

            for(uint16_t i = 100; i < 500; i++)

            {

                aun_red_buffer[i - 100] = aun_red_buffer[i];

                aun_ir_buffer [i - 100] = aun_ir_buffer [i];

            }



            maxim_max30102_staus = 1;

            maxim_max30102_index = 400;

            break;



        case 1:

            if(GPIO_Input_Pin_Data_Get(GPIOB, GPIO_PIN_2) != PIN_SET)

            {

                maxim_max30102_read_fifo((aun_red_buffer + maxim_max30102_index),

                                         (aun_ir_buffer  + maxim_max30102_index));



                if(maxim_max30102_index++ >= 500)

                {

                    maxim_max30102_staus = 2;

                }

            }

            break;



        case 2:

            maxim_heart_rate_and_oxygen_saturation(aun_ir_buffer, 500, aun_red_buffer, &n_sp02, &ch_spo2_valid, &n_heart_rate, &ch_hr_valid);

            maxim_max30102_staus = 0;



            if(ch_hr_valid   == 1 && n_heart_rate < 120)

            {

                printf("\r\nvalid heart rate : %d", n_heart_rate);

            }



            if(ch_spo2_valid == 1 && n_sp02      <= 100)

            {

                printf("\r\nvalid heart rate : %d", n_heart_rate);                    

                printf("\r\nvalid spO2       : %d", n_sp02);

            }

            break;



        default:

            break;

    }

}

KEY相关部分

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void KEY_Handler(char *Name, uint8_t State)

{

    if(strcmp(Name, "WAKEUP") == 0)

    {

        if(State == 0)

        {

            LCD_ClearScreen(BACKCOLOR);

            SmartWatch_PageIndex  =  0;

        }

    }



    if(strcmp(Name, "KEY1") == 0)

    {

        if(State == 0)

        {

            if(SmartWatch_PageIndex != 1)

            {

                SmartWatch_PageState = 0;

            }

            else

            {

                if(SmartWatch_PageState == 0)

                {

                    SmartWatch_PageState = 1;

                }

                else

                {

                    SmartWatch_PageState = 0;

                }

            }



            LCD_ClearScreen(BACKCOLOR);

            SmartWatch_PageIndex  =  1;

        }

    }



    if(strcmp(Name, "KEY2") == 0)

    {

        if(State == 0)

        {

            LCD_ClearScreen(BACKCOLOR);

            SmartWatch_PageIndex  =  2;

        }

    }



    if(strcmp(Name, "KEY3") == 0)

    {

        if(State == 0)

        {

            LCD_ClearScreen(BACKCOLOR);

            SmartWatch_PageIndex  =  3;

        }

    }

}

运行界面 & 演示视频

https://www.bilibili.com/video/BV1Ka411T7iG/

附件

软件工程源代码：

SmartWatch.zip (3.64 MB)

功能扩展板原理图：

Schematic_N32G430C8L7-STB_EBK_SmartWatch_2022-07-25.pdf (94.14 KB)

其它

当前智能手表的随着显示内容越来越丰富，功能越来越强大，显示分辨率也越来越高；之前240*240的分辨率使用SPI就可以满足刷屏需求；现在使用在智能手表上的高分辨率的320*320、480*480等等液晶显示屏，如果还使用SPI已经有明显的卡顿/迟钝的现象，所以现在很多这样高分辨率的显示屏使用了MIPI或者QSPI的接口来进行通讯控制，国民技术在N32G45X系列MCU上配备了QSPI接口，后面有机会可以申请一块板子来验证一下QSPI接口驱动显示屏的效果方案（模块已到位就差开发板来验证了）。