STM32入门教程：智能床垫
智能床垫是一种整合了传感器技术和嵌入式系统的创新产品。借助嵌入式系统中的微控制器（例如基于STM32系列的芯片），该设备能够被实时监测睡眠状态、体温和心率等关键指标，并实现了对这些数据的采集与传输功能。本课程旨在引导学习者从零基础开始逐步掌握构建智能床垫的方法，并设计并制作一个基础型的智能家居床垫原型
- 硬件准备 在开始之前，我们需要准备一些硬件和工具。
硬件清单：
- 该系列开发平台（例如STM32F4DISCOVERY）
- 各类传感器组件（包括但不限于温度传感器、心率监测装置等）
- 蓝牙通信设备（用于实现设备间的数据交互）
- USB串口适配器（负责开发板与其他设备的通信连接）
- 杜邦线材及通用工程塑料组件
软件准备：
- CubeIDE开发套件（专为开发STM32系列微控制器而设计的集成开发环境（IDE）） *
- 嵌入式C开发环境（如Keil MDK或IAR Embedded Workbench） *
在开发环境中搭建的第一步是获取并安装STM32CubeIDE软件包。该软件由STMicroelectronics公司设计用于基于Eclipse平台的集成开发环境，并专为STM32系列芯片的应用程序开发提供支持。
完成安装后，请您依次操作以下步骤：首先打开STM32CubeIDE软件并启动初始化配置流程；接着根据你的开发板需求选择合适的工程模板，并完成必要的配置设置，包括但不限于设定芯片型号、编译器版本以及相关开发参数设置
- 传感器接口 在开始功能实现之前，在建立与传感器的连接端之前，在完成与设备的数据交互前，在启动相关软件前，在设置好硬件连接前，在配置通信参数前，在确保硬件正常工作前，在准备数据采集流程前，在完成前期准备工作前，在进行关键步骤之前.
第一步实现了对STM32开发板进行硬件连接；随后按照传感器模块提供的接口规范完成了电气连接工作。
随后启动 STM32CubeIDE 平台，并创建一个新的工程来管理传感器接口的功能。在新建的工程环境中进行配置时，请确保所有必要的 GPIO 引脚已经被正确设置为合适的输入或输出模式，并按照需求编写相应的 I/O 接口连接代码和数据采集逻辑。随后启动 STM32CubeIDE 平台，并创建一个新的工程来管理传感器接口的功能。在新建的工程环境中进行配置时，请确保所有必要的 GPIO 引脚已经被正确设置为合适的输入或输出模式，并按照需求编写相应的 I/O 接口连接代码和数据采集逻辑。
比如，在部署一个温度传感器时, 我们可以利用如下的代码片段来采集传感器的测量数据:
#include "stm32f4xx_hal.h"
#define TEMPERATURE_SENSOR_PIN GPIO_PIN_0
#define TEMPERATURE_SENSOR_PORT GPIOA
ADC_HandleTypeDef hadc;
void TemperatureSensor_Init(void)
{
// 初始化ADC
hadc.Instance = ADC1;
hadc.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV2;
hadc.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
hadc.Init.ScanConvMode = DISABLE;
hadc.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
hadc.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
hadc.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
hadc.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
hadc.Init.NbrOfConversion = 1;
hadc.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE;
hadc.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;
hadc.Init.LowPowerAutoWait = DISABLE;
hadc.Init.Overrun = ADC_OVR_DATA_OVERWRITTEN;
HAL_ADC_Init(&hadc);
// 初始化GPIO
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Pin = TEMPERATURE_SENSOR_PIN;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
HAL_GPIO_Init(TEMPERATURE_SENSOR_PORT, &GPIO_InitStruct);
}
float TemperatureSensor_ReadTemperature(void)
{
// 启动ADC转换
HAL_ADC_Start(&hadc);
// 等待转换完成
HAL_ADC_PollForConversion(&hadc, HAL_MAX_DELAY);
// 读取转换结果
uint16_t adcValue = HAL_ADC_GetValue(&hadc);
// 将ADC值转换为温度值
float temperature = ((float)adcValue / 4095.0) * 3.3; // 假设参考电压为3.3V
// 关闭ADC
HAL_ADC_Stop(&hadc);
return temperature;
}
代码解读在这个例子中，在采用STM32的ADC模块来采集温度传感器的数据时，在此过程中首先需要对ADC模块进行适当的配置以获取准确的数据值；随后应当将GPIO引脚设置为模拟输入状态以确保数据采集的准确性与可靠性。
接下来，在编写处理温度传感器数据的函数时，我们开始ADC转换过程，并一直等到转换完成为止。然后，我们获取ADC转化后的数据，并将这些数据转化为相应的温度数值。
根据你使用的不同类型的传感器模块编写相应的代码以实现传感器的数据采集功能。
数据传递方面
第一步操作是将蓝牙模块与开发板实现通信连接。具体连接方法由所选用蓝牙模块的标准接口决定
随后打开了STM32CubeIDE软件，并生成了一个新的源文件用于处理蓝牙模块的数据传输。在其中首先初始化了串口通信模块，并编写了发送数据的代码。
例如，在实际应用中, 我们可以采用一个UART蓝牙模块, 通过以下代码指令发送传感器数据:
#include "stm32f4xx_hal.h"
UART_HandleTypeDef huart;
void Bluetooth_Init(void)
{
huart.Instance = USART1;
huart.Init.BaudRate = 9600;
huart.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
huart.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
huart.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
huart.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
huart.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
huart.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
HAL_UART_Init(&huart);
}
void Bluetooth_SendData(uint8_t *data, uint16_t len)
{
HAL_UART_Transmit(&huart, data, len, HAL_MAX_DELAY);
}
代码解读在本例中，我们集成了一个STM32的UART模块以实现其与蓝牙模块的数据传输。为了更好地完成任务目标，在这一过程中我们首先要对UART模块进行适当的配置设置。包括但不限于设置其时钟频率、串口波特率以及中断优先级等关键配置参数。
接下来，在发送数据的函数中，我们使用HAL库提供的API函数来发送数据。
你可以依据所使用的蓝牙模块的不同情况，编写相应的代码块用于完成数据传输任务。
在编写并调试完传感器接口和数据传输代码之后，在完成这些任务的基础上我们现在就可以着手搭建该床垫的硬件框架了。
首先，在STM32开发板上安装传感器模块与蓝牙模块，并将其可靠地连接在一起。确保各组件间的连接准确无误且稳固可靠。
然后，将开发板连接到电脑，并通过STM32CubeIDE将代码烧录到开发板上。
最终将床垫放置在床面上，并将组装完成的开发板放在床垫下方。同时确保传感器能够接触到用户的身体。
启动测试与初步调试工作, 在完成全部硬件装配后, 下一步将是启动智能床垫装置的测试与初步调试工作.
首先，通过STM32CubeIDE启动调试会话，并在调试模式下运行代码。
随后启动蓝牙串口调试工具，并确保其与蓝牙模块之间成功实现通信连接。检测传感器数据是否可以通过蓝牙模块成功传输至手机或电脑。
最后阶段开展一系列实际测试：例如，在躺下时模拟 sleep 状态，并评估 sensor 数据变化能否准确反映 sleep 状态、体温和心跳等指标。