智能手表OV-Watch

OV-Watch

ver2.4.4

资料汇总

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简介

这是一个基于STM32F411CUE6和FreeRTOS和LVGL的低成本的超多功能的STM32智能手表~

系统组成

系统框图如下所示，主控使用STM32F411CEU6，操作系统使用FreeRTOS，图形库使用的LVGL。传感器部分：手势识别使用6轴MPU6050；心率血氧使用的是EM7028，EM7028的资料很少，之前自己写的局部寻峰算法来计算心率但是效果不好，现在改成了使用官方的库；海拔测量用的气压计SPL06-001；电子指南针使用LSM303DLHC；V2.4版本，蓝牙芯片换成了KT6368A，有SPP功能，可以无线升级。

软件架构

手表的软件架构如下所示，具体的细节详见仓库的代码。

V2.4版本以后的手表的代码分为Bootloader和APP了，为的是方便用户戴在手上进行不用拆解的升级，BOOT区后面划分了一个Flag区，用于记录是否是完整的APP，这个位置是APP传输完成后才记录的，为的是保证程序完整性。

功能说明

大致功能表如下图所示：

电源部分：手表使用的是3.7V锂电池，通过TPS63020提供3V3电源，V2.2版本之后，充电口留了两个焊盘，用来接触磁吸充电口。特别注意，V2.0版本使用的无线充电，使用了芯片T3168，但是用无线充电的话，加上线圈和多的器件，体积就非常大了，同时还有散热问题。
蓝牙部分：V2.2用的是HC-04（邮票孔封装），后面的V2.3版本改成了用国产芯片KT6328A，V2.4换成了KT6368A。
辅助功能部分：计算器：当时做带浮点数的计算器做得很烦，字符串处理很麻烦。现在这个计算器是通过一个数字栈和一个符号栈实现的，具体看代码。
NFC部分(现已删除)：V2.0版本的IC卡复制器模块介绍详见：https://oshwhub.com/no_chicken/ICka-fu-zhi-qi.
在V2.2版本中，为了精简减小体积，仅有UID卡，可以被外部读卡器读写。而在V2.0版本中，用的是RC522和一张UID卡组成的，可以自行复制外部IC卡，然后也可以被外部读卡器读写如下图所示：

版本更新的功能说明

V2.4.2增加的功能:

加入PageManager.c, 方便进行页面管理, 代码框架有较大改动.
加入HWDataAccess.c, 用于UI层访问BSP层, 当需要移植到仿真器时, 复制Func文件夹和GUI_App文件夹过去, 将HW_USE_HARDWARE定义为0即可.
同步更新了LVGL的Vscode仿真工程.

V2.4.1增加的功能:

睡眠时DeInit串口的IO口，设置为输入，修复休眠功耗很高的情况，现在休眠状态电流800多uA.
BootLoader和APP都加入长按KEY1关机功能.
APP中按键KEY的BSP改动，现在是按键按下松开才发生作用，避免了一些误触情况.

如何烧录

由于具体的步骤太多这里不放了, 详细见Firmware中的README文件: BootLoader和APP说明

如果你觉得带BootLoader可无线升级的V2.4.0版本比较麻烦, 可以自行下载ver2.3.2分支, 用以前的代码.

实物图

软件部分设计细节：

1.低功耗设计

手表的模式分为3个。第一个是正常的运行模式，手表正常运行；第二个是睡眠模式，MCU进入STOP模式，MPU6050仍在记步数；第三个是关机模式，TPS63020直接关闭使能，此时无3V3供电，只有Vbat有供电。

在最开始的时候，手表从睡眠到唤醒使用的是MPU6050的运动功能，打开中断，唤醒，但是这样尝试过，有个问题就是需要抖动幅度很大才能触发中断。所以最后还是用的RTC定时中断，然后定时检测当前手势状态，如果有抬腕动作则唤醒。

MPU6050不能直接使用DMP库，初始化后功耗很高，需要进行一些改动，才能让功耗下来，具体看工程代码。

如果蓝牙使用KT6328A，不建议关闭蓝牙使能，他的待机功耗很低。但后面2.4版本Back板改了，可以完全关闭蓝牙，所以直接使用KT6368A即可，不用的时候关掉蓝牙就行。

最后接3V3测试，运行模式70-80mA，待机模式1mA左右，关机模式基本不耗电只有RTC在工作。当然后面没有测试电源接到Vbat端经过DCDC供电的情况，这个功耗就完全看DCDC的效率的。

2.心率血氧

血氧部分暂时还没有写。心率计算本来使用的官方的库，但是计算太慢了，后面改为自己写的一个简易的峰值检测的算法。EM7028的PPG信号如下图所示

3.数据存储

目前使用的外部的EEPROM进行数据存储，主要用于存储设置等，详细可以看Datasave.c文件。

4.页面切换逻辑

为了实现页面切换，可以返回上次的界面，这里使用了一个栈来存储页面对应的，例如，使用user_Stack_Pop(&ScrRenewStack);弹出上一个界面，然后进入到新的界面再使用 user_Stack_Push(&ScrRenewStack,(long long int)&ui_HomePage);入栈一个界面的指针地址。注意不能直接在push操作使用类似ui_HomePage入栈，它是会动态变化的，这是个很大的坑。

//key1 pressed
if(keystr == 1)
{
    user_Stack_Pop(&amp;ScrRenewStack);
    if(user_Stack_isEmpty(&amp;ScrRenewStack))
    {
        ui_MenuPage_screen_init();
        lv_scr_load_anim(ui_MenuPage,LV_SCR_LOAD_ANIM_MOVE_RIGHT,0,0,true);
        user_Stack_Push(&amp;ScrRenewStack,(long long int)&amp;ui_HomePage);
        user_Stack_Push(&amp;ScrRenewStack,(long long int)&amp;ui_MenuPage);
    }
    else if(ScrRenewStack.Data[ScrRenewStack.Top_Point-1] == (long long int)&amp;ui_HomePage)
    {
        ui_HomePage_screen_init();
        lv_scr_load_anim(ui_HomePage,LV_SCR_LOAD_ANIM_MOVE_RIGHT,0,0,true);
    }
}

5.计算器逻辑

计算器的逻辑就是很经典的计算器问题，经典的就是开两个栈，一个存放符号，一个存数字，然后进行出栈计算等等操作，以1+2*6/3为例，具体的过程如下动图所示。但是会有一个问题就是小数点，这个动图展示的只是整数计算的逻辑，带小数点的详细见代码。

具体整数计算的过程是：

遍历表达式，当遇到操作数，将其压入操作数栈。
遇到运算符时，如果运算符栈为空，则直接将其压入运算符栈。
如果运算符栈不为空，那就与运算符栈顶元素进行比较：如果当前运算符优先级比栈顶运算符高，则继续将其压入运算符栈，如果当前运算符优先级比栈顶运算符低或者相等，则从操作数符栈顶取两个元素，从栈顶取出运算符进行运算，并将运算结果压入操作数栈。
继续将当前运算符与运算符栈顶元素比较。
继续按照以上步骤进行遍历，当遍历结束之后，则将当前两个栈内元素取出来进行运算即可得到最终结果。

6. LVGL在windows在vscode的仿真配置参考:

已经更改好的可以跑的代码放在了lv_sim_vscode_win这个文件夹中，应该可以直接使用vscode打开，注意，需要大家自行改一下Cmake和make等相关设置的路径！！！！仿真文件也放在了附件里了。配置环境可以参考的链接：
https://blog.csdn.net/weixin_49337111/article/details/136536375。