根据STM32的智能笔筒规划

笔筒是书案上的重要文具之一，具有较高有用价值与艺术价值，在某种意义上讲也是文明的一种载体。传统笔筒多选用竹木制或瓷制，一旦制造完成果难以改动，且功用单一。现在，笔筒首要被用在作业场所，那种只具有观赏价值或只能放笔的笔筒不能满意作业需求。

针对上述情况，本文依据STM32F103VET6单片机规划了智能笔筒。该规划充分运用此单片机的FSMC，SDIO和SPI等片上资源，结合MP3解码技能、图画解码技能和蓝牙通讯技能等多种技能完成笔筒的智能化。此笔筒不只满意常用的功用，且还可在液晶屏上检查电子相册、听MP3歌曲、玩小游戏。此外还可显现周围环境的温湿度和光线强度，具有节假日和预设提示等功用。

1 智能笔筒硬件规划

1.1 硬件整体结构

体系硬件以STM32F103VET6为中心，硬件框图如图1所示。

传感器感知模块包含温湿度传感器、光敏传感器和人体感应传感器，用于获取当时环境的参数;声光模块包含7色LED灯和蜂鸣器，使笔筒愈加艳丽并具有提示功用;以接触屏为中心的人机交互模块，可实时显现当时温湿度、光强和时刻，各运用程序的切换，体系参数设置以及体系反常状况的报警提示，各个模块的自检和测验的操控。此外，支撑热插拔的设备有传感器感知模块、存储模块和蓝牙模块。

1.2 存储模块电路规划

该规划挑选SD卡作为存储模块。现在SD卡已经成为消费设备中技能最老练、运用最广泛的一种存储卡，具有低价格、大容量、高性能、安全、读写速度快等多种优势。SD卡支撑的总线形式为SD形式和SPI形式，而STM32VET6具有一个SDIO接口，故规划中选用SD形式，SD卡衔接在SDIO接口上。为了使SD卡支撑热插拔，SD卡的接口电路如图2所示。

此电路中，增加一条I/O口操控线SD_IRQ，用于发生中止，默许状况SD_IRQ为高电平，当刺进SD卡后，SD_IRQ变为低电平，且只需卡槽中有SD卡，此线就一向为低电平。经过增加这一条操控线，体系完成SD卡的热插拔，并可检测SD是否存在。

1.3 MP3解码模块电路规划

VS1003B作为本规划的MP3解码芯片，是一个单片MP3/WAM/MIDI音频解码器ADPCM解码器，具有一个高性能低功耗的DSP处理器核VSDSP，5kB数据缓冲区，0.5kB的数据RAM，支撑SPI总线传输数据，有一个高品质可变采样率的ADC和立体声DAC，还有一个耳机放大器和地线缓冲器。依据VS1003B数据手册规划的MP3解码电路，由STM32主控模块的接口SPI2操控，解码相应的音频文件并播映MP3音乐，其间Speak是耳机接口，MP3/LEFT控线衔接音频驱动电路。

1. 4 传感器模块热插拔电路规划

热插拔(Hot—Plugging或Hot Swap)即带电插拔，最早呈现在服务器范畴，是为了进步服务器易用性而提出的。热插拔底子意图：体系在答应不停机或很少需求操作人员参加的情况下拔出毛病模块及刺进备份模块，且不影响体系运转，以便修理毛病或从头配置体系，完成毛病康复和体系从头配置，供给高牢靠运用。本规划中传感器感知模块包含温湿度传感器、人体感应传感器和光线强度传感器，在体系电路规划时，为了便利检测各个传感器是否存在和是否正常作业，便利检修替换，故引入了热插拔技能，支撑热插拔的硬件电路如图3所示。在电路中各个传感器接口电路均有一个中止操控线，默许状况下中止线为高电平，当刺进相应的传感器模块后，此操控线由高电平变为低电平，引起中止，并合作相应的软件即可完成热插拔技能。

1.5 蓝牙通讯模块

TI公司的CC2540选用Bluetooth SpecificationV4.0 BLE协议，支撑AT指令，作业频率为2.4 GHz，具有AES-128硬体加密/解密功用。一起考虑到本规划的无线传输及其低功耗需求。因而挑选CC2540为主控芯片的蓝牙模块作为本规划的蓝牙通讯模块。该模块与STM32主控模块的接口为USART2，默许波特率设置为115 200 bit·s-1，8 bit数据位无校验位，无中止位，作业形式为从设备形式，也可经过人机交互模块设置其波特率等参数。笔筒首要经过蓝牙模块与智能设备进行交互，接纳智能设备发送的数据包，进行数据包校验和解码，并对主机做出答复，接纳的数据包格局为包ID+包长度+数据+校验位，校验方法为和校验。

2 体系软件规划

为使该规划成为“文娱+有用”的电子产品，软件包含文件体系、图片和MP3解码、蓝牙通讯、图形界面规划、传感器驱动、AD采样等。图4是该规划的软件流程。按体系规划要求，体系开机首要对各个模块自检，如呈现反常情况，跳转反常状况，并给用户做出相应的提示，不然将在正常开机一起初始化文件体系。接着读取接触屏的校对参数，若无，则从头校对接触屏并保存，终究进入主循环。

2.1 文件体系

FatFs是一个通用的文件体系模块，具有明晰的层次结构，如图5所示，用于在小的嵌入式体系上完成FAT文件体系。FatFs的编程恪守ANSI C格局语法，故FatFs独立于详细的硬件，可在不做修正或少数修正的情况下移植到常用的微操控器，如51、P%&&&&&%、AVR、ARM等中。最重要的是该文件体系经过修正配置文件可完成恣意裁剪，且支撑中文长文件名;选用别离缓冲FAT结构的技能，可快速拜访多个文件;支撑多个驱动器和分区;支撑FAT12、FAT16和FAT32文件体系。因而规划移植的文件体系为FatFs，支撑读写和中文长文件名，存储介质为SD卡，首要用于寄存体系配置文件，体系图标和MP3、图片等运用文件，移植过程见文献。

2.2 电子相册规划

电子相册与传统相册比较具有无法比拟的优越性，如图、文、声、像并茂的表现手法;随意修正修改的功用;具有赏识便利、挑选性强、易于保存、生动活泼、本钱低价、内简单换等长处。因而，在智能笔筒中也增加了电子相册功用，可让用户在空闲歇息时观看图片，也可将自己喜欢的图片设为布景。体系中电子相册是接触操作，向左或向右滑动彩屏完成翻页，具有主动播映等功用，程序流程图如图6所示。首要从文件体系中读取图片文件，判别文件的格局，然后解码，终究把读到的文件送到相应的解码算法中，解码后的图片可主动调整尺度显现在五颜六色液晶屏上。

2.3 MP3播映规划

在本规划中，STM32微处理器是播映器的“大脑”，用来承受用户挑选的播映操控，从文件体系中读取MP3文件，将当时播映的歌曲信息显现在液晶屏上。然后向MP3解码芯片VS1003B宣布指令，使其精确地处理音频信号，MP3播映器的软件框图如图7所示。此外MP3播映器的操控界面含有上一曲、下一曲、暂停、播映等控件，其程序的规划流程和电子相册的相似。

2.4 体系热插拔程序规划

按体系规划要求，热插拔的程序在中止函数里履行，这儿以传感器感知模块中的温湿度传感器SHT11程序为例。由硬件图可知，刺进设备时，中止线由低电平变为高电平，拔出时反之，且均可发生中止信号，然后履行中止函数。SHT11中止程序的流程如图8所示，首要进入中止函数，并经过延时来消除电平颤动的影响，然后判别引脚的凹凸电平，终究做出处理。

3 体系测验

运用STM32单片机资源丰富、功用强大的优势，终究规划出一款依据STM32单片机的智能笔筒，如图9所示，并对体系进行了测验，测验成果如表1和表2所示。

表1为体系的热插拔的测验成果，SD卡的失败率较高，驱动程序需求进一步改善。表2为体系的安稳性进行测验成果，开机未呈现反常，电子相册呈现死机达4%，MP3死机为2%，运用蓝牙操控游戏呈现死机高达8%，但复位后体系持续可正常运转。经调查和剖析原因或许呈现在软件上，JPG解码算法比较复杂，而蓝牙串口接纳的数据包简单阻塞，需求进一步优化代码。

4 结束语

依据测验的成果，本文规划的智能笔筒达到了规划要求，安稳牢靠，完成了实时显现温湿度和光强，播映MP3，电子相册显现等功用，并可经过蓝牙可传输文件，其它智能设备可经过蓝牙操控游戏的进行。此外，也可作为物联网的一个终端，取得数据并上传。