基于STM32U5的低功耗智能手表
本项目基于意法半导体STM32U595高性能低功耗微控制器设计并开发了一款多功能智能手表。该手表采用2.06英寸AMOLED显示屏，具备高亮度、高对比度和广视角等显示优势，同时通过合理的电源管理策略，兼顾了低功耗与视觉体验。系统功能覆盖运动监测、健康管理、智能交互、通信定位等多个应用场景，具备良好的实用性与可扩展性。
第一部分 作品概述
1.1 功能与特性
（1）环境温度与气压检测：通过BMP280气压计测量外界温度与气压，查看环境温度以及海拔估算。
（2）运动检测：通过LSM6DSLTR六轴姿态传感器，实现计步，同时支抬腕亮屏以及息屏功能。
（3）心率检测：使用EM7028心率/血氧传感器，通过PPG技术实现心率/血氧测量。
（4）库仑计电量管理：使用CW2015库仑计，采集锂电池电压，计算剩余电量。
（5）AMOLED显示：采用2.06英寸AMOLED屏幕，具有高对比度、广色域和更节能的特性，显示效果优于LCD。
（6）4G功能：内置4G模块，能够进行蜂窝上网。
（7）GNSS定位：支持GPS定位，提供速度、距离等运动数据。
1.2 应用领域
在日常佩戴方面，手表可实时显示时间、日期，同时支持抬腕亮屏、心率监测，提升日常生活便捷性。在健康管理领域，通过连续心率与血氧监测、步数记录、电量管理等功能，为用户提供完整的健康数据参考。在运动应用中，内置多种运动模式（如跑步、骑行等），结合GNSS高精度定位与速度、距离计算，实现轨迹记录与运动评估。在通信与出行场景下，内置4G通信模块支持独立通话与定位。
1.3 主要技术特点
（1）低功耗MCU：STM32U595具备多种低功耗运行模式，可以降低待机功耗；
（2）语音助手：通过I2S协议从麦克风读取出音频数据，将读取出来的数据上传到云端STT处理，再通过云端大语言模型，实现智能化功能。
（3）GNSS精准定位：可以提供高精度速度、距离信息。
（4）健康传感技术：集成PPG心率/血氧传感器，结合实时算法，提升数据准确性。
（5）抬腕亮屏算法：结合加速度信号和方向判断，识别自然手势，提升智能性与功耗效率。
1.4 主要性能指标
AMOLED和LCD对比
GNSS和以往的对比
1.5 主要创新点
（1）集成语音助手：通过I2S协议从麦克风读取出音频数据，将读取出来的数据上传到云端STT处理，再通过云端大语言模型，实现智能化功能。
（2）内置4G通话模块：可实现拨打电话、接收短信等功能。
（3）运动检测：可以实时监控运动数据。
1.6 设计流程
系统设计采用分层架构，包括硬件抽象层（HAL）、中间件/驱动层及应用层。底层通过 HAL 封装屏幕、传感器、通信模块等硬件资源，实现设备驱动与硬件接口统一管理。中间件层集成 RTOS、 GUI（ TouchGFX）框架，负责任务调度、界面显示与通信协议处理。应用层通过任务逻辑调用中间件接口，实现语音助手、心率检测、运动识别、GNSS 定位、4G 通话等功能。整体代码遵循事件驱动机制，主循环配合定时器中断、DMA 和低功耗控制策略，实现高响应与低功耗运行。
第二部分 系统组成及功能说明
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2.1 整体介绍
给出系统整体框图，各子模块标注清楚，并进行整体的文字说明，需要表达出各模块之间的关系。
2.2 硬件系统介绍
2.2.1 硬件整体介绍
本作品采用STM32U595RJT6作为主控芯片，具有丰富的低功耗外设资源，满足可穿戴设备对性能与能耗的双重要求。
（1）传感器设备：通过IIC总线连接多个传感器，例如，BMP280、LSM6DSL、EM7028、CW2015CHBD、QMC588L、触摸芯片FT3168传感器。
（2）通信模块：使用4G模块进行蜂窝通信，该模块内嵌GNSS定位功能。使用UART接口与MCU进行通信。
（3）显示与系统：采用2.06英寸AMOLED屏幕作为显示器，通过OCTOSPI接口（四线模式）与MCU高速通信，运行基于TouchGFX图形界面。
（4）外部存储：使用W25Q256JVEIQ Nor Flash 作为扩展存储器，通过 SPI 接口与MCU通信，存储字体、图像资源等。
（5）语音功能：INMP441数字麦克风，用过SAI接口传输语音数据。NS4168音频功能模块，驱动扬声器。
整体硬件系统围绕STM32U5构建，各模块通过IIC，SPI，OCTOSPI，SAI等总线。
2.2.2 机械设计介绍
2.2.3 电路各模块介绍
2.2.3.1 总体SCH原理图（1）
3.1可扩展之处
1、图形界面与用户交互优化
当前TouchGFX构建的UI已具备良好响应体验，未来可通过增加手势识别、动态表盘下载、语音交互等机制，增强用户参与感和可定制性。
2、电源管理与续航策略优化
低功耗是一个较为繁杂的功能，影响功耗的因素众多，如外设，采样策略、任务调度、PCB设计，后续结合现在测试结果，进行优化逐项优化，提高整机续航能力。
3、远程OTA功能
目前作品因为功能众多开发时间更长，后续会添加4G通过HTTP协议远程下载固件，进行OTA固件升级。
4、多任务协同优化
现有RTOS架构支持多线程调度，后续可引入消息队列和资源管理机制，实现更多任务之间的优雅并发与资源隔离，提升系统鲁棒性。
