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STM32L476RG 开发板集成系统

2024 · 课程评分 94/100

一个可穿戴设备,在户外持续监测佩戴者的健康状况和位置,遇到紧急情况可发出求助信号。数据经 4G 上传到云服务器,后台实时查看。

装配完成的可穿戴设备实拍:3D 打印外壳内装有 OLED 屏、主控板与电池
传感器
5
GPS 偏差
<50m
层 PCB
2
位置历史
24h
课程评分
94/100

做这个的原因

户外活动的人越来越多,但传统装备有局限:对讲机受信号范围限制,看地图需要经验。真出事的时候要解决两件事——让外界知道情况不对,以及知道人在哪。

系统构成

设备通过 GPS 获取定位,采集到的数据经 4G 网络上传至云服务器,电脑和手机端都可以访问后台查看。

信号传输示意图:GPS 卫星定位,设备经 4G 基站上传到云服务器,电脑与手机端读取

后台系统

阿里云服务器,Nginx + PHP 环境。前端用 Leaflet.js 显示实时位置和历史轨迹,四个面板分别显示 GPS 坐标、心率血氧、步数卡路里、温湿度,每秒刷新一次。位置历史保留 24 小时后自动清理。

后台监测页面的正常状态:GPS 坐标、心率血氧、步数卡路里、温湿度四个面板,右侧为实时位置地图
正常监测状态
后台监测页面触发 SOS 后转为红色警示配色,右下角出现取消警报按钮
触发 SOS 后的警示状态

硬件

五个传感器模块:MAX30102 测心率血氧,AHT20 测温湿度,MPU6050 计步和姿态,ATGM336H 定位,e27v 负责 4G 传输。传感器走 I²C 总线,GPS 和 4G 走串口。上下两块 PCB 分层装配,所有数据统一成 JSON 格式输出。

标注了各传感器位置的模块布局照片:AHT20、MPU6050、ATGM336H、e27v 4G 模块与 OLED 屏
模块布局与接线
PCB 走线设计图,可见排针焊盘与信号走线
PCB 走线设计
成品 PCB 背面照片,标注出 MAX30102 心率血氧模块与 3.3V、5V 两个供电接口
成品板背面,MAX30102 与双电压接口

结构设计

外壳用 SolidWorks 建模,全边倒角,预留电池仓,3D 打印后装配。

外壳内部结构的 SolidWorks 线框视图
内部结构线框
外壳的 SolidWorks 实体模型渲染,可见全边倒角与屏幕开口
外壳实体模型
切片软件中的打印预览:外壳模型摆放在打印板上
切片预览

未来展望

无信号区域无法上传数据,SOS 会失效,未来可以接入卫星通信。整机偏大,缺少防水防尘。

改进方向:加入本地缓存,断网时暂存数据待恢复后上传;传感器模块共用 I²C 总线统一封装,改用 STM32 最小系统缩小体积。

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