一、项目概述
以 STM32U575VGT6 低功耗主控为核心，搭载 FreeRTOS 实时操作系统，打造面向健康监护的可穿戴设备。深度融合边缘 AI 推理、多体征传感器采集、4G 无线通信、GPS 定位、远程 OTA 升级等技术，实现跌倒智能检测、心率血氧监测、紧急告警、定位上报、云端数据互联等功能。采用极致低功耗设计搭配触控界面，兼顾续航与人机体验。
二、硬件平台
- 主控芯片：STM32U575VGT6，Cortex-M33 内核，具备优异低功耗特性，满足边缘计算运行需求
- 姿态采集：SC7A20H 三轴加速度计，负责人体运动姿态原始数据采集
- 体征检测：MAX30102 心率血氧传感器，精准采集人体心率、血氧饱和度参数
- 定位模块：ATGM336H GPS 定位模组，实现户外精准位置获取
- 无线通信：Air780E 4G 模块，承担数据上传、短信告警、远程 OTA 通信任务
- 人机交互：电阻触摸屏 + 液晶显示屏，基于 LVGL 实现可视化界面操作
- 电源管控：NMOS 低端开关电路，按需通断外设供电；搭载电量检测电路
- 存储介质：片内 Flash，用于本地配置数据持久化保存
三、核心技术与运行机制
FreeRTOS 任务调度 — 互斥锁与消息队列解决资源竞态，稳定调度体征采集、AI 判别、网络上传、界面刷新等任务。
边缘 AI 跌倒检测 — SC7A20H 采集运动数据，提取统计特征与峰值特征，小型全连接神经网络联合差分尖峰阈值完成行为判别。
物联网数据交互 — ATGM336H + Air780E 通过 MQTT 上传数据至 OneNET 云平台；险情自动发送告警短信并同步位置信息。
LVGL 触控界面 — 多页面交互系统（主页、血氧、GPS、联系人、摔倒提醒、OTA），分散加载技术将核心渲染程序重定位至 SRAM 提升流畅度。
安全 OTA 升级 — HTTP 在线固件更新，MD5 完整性校验，规避固件损坏风险。
本地数据持久化 — 片内 Flash 存储紧急联系人号码，触屏编辑自动保存，断电不丢失。
低功耗与电量管理 — NMOS 低端开关切断闲置外设，一键息屏节能；实时电量检测，低电量自动报警。
四、核心功能
- 生命体征监测：MAX30102 实时采集心率血氧，本地显示并上传云端存档；
- 边缘 AI 跌倒检测：多算法联合判定跌倒，识别灵敏、误判率低；
- 定位与紧急告警：GPS 精准定位，险情后 4G 推送短信与位置信息；
- 云端数据互通：MQTT 对接 OneNET 云平台，支持远程查看历史数据；
- 触控人机交互：多场景功能页面自由切换，支持参数自定义配置；
- 安全 OTA 升级：远程固件更新，MD5 校验保障升级稳定；
- 智能功耗控制：外设智能断电、息屏节能，延长设备续航；
- 低功耗穿戴设计：STM32U5 主控 + 智能电源管控，适配日常穿戴场景；
- 端侧 AI 落地：轻量化神经网络本地识别跌倒，无需依赖云端。
五、关键难点与解决方案
设备功耗偏高 — NMOS 低端开关单独管控外设供电，闲置自动断电；增设息屏唤醒功能，降低待机损耗。
用户配置无法保存 — 读写片内 Flash 完成数据持久化，触屏编辑自动保存，断电重启不丢失。
多任务并发资源争夺 — FreeRTOS 互斥锁管控共享资源，消息队列完成任务间数据传递，规避竞态问题。
图形界面刷新缓慢 — 分散加载将高频渲染函数迁移至 SRAM 运行，大幅提升界面流畅度。
电量状态无法把控 — 增加电量检测电路，界面实时展示电量百分比，临界值主动报警。
六、应用场景
独居老人健康监护、儿童出行防护、慢性病日常监测、个人随身安全防护。