智能手环解决方案设计开发

2020-06-02 10:28:50分类:智能穿戴方案2665

  近年来,随着嵌入式的各种智能设备价值的逐步显现,我国智能化产业进入快速发展阶段。智能化的需求呈现出多样化的趋势,智能手环是一种代表性产品。它主要用于监测运动,监测睡眠和智能安排人们的生活方式。

  通过手环,用户可以通过数据记录运动,以及如平板电脑等的数据同步,以指导健康的生活。智能手环简约的设计风格适合佩戴首饰,其内置电池寿命可达10天以上,比其他智能服饰产品更实用,对自身的健康起到了重要作用。
 

智能手环解决方案设计开发
 

  一、智能手环现状

  在现代科技水平的飞速发展中,智能设备的需求对于人们来说在不断提高。现在,智能手环这个名词在社会的各个阶层都很热,无论是商业精英,还是充满活力的学生团体,或者注重养生的中老年人中,都会是智能手环的人群的拥护者。

  伴随经济的不断发展,社会竞争也越来越激烈,生存压力越来越大,越来越多的人开始注意自己的身体健康情况。因此有关健康知识也成为人们的焦点,在这种情况下,医疗水平也在不断的提高,但是由于人们对健康的关注依然停留在当身体不适或者已经发生了疾病才会引起注意,所以在这个时候就需要一个能够监测人们自身的身体状况的设备来督促并帮助人们,因此就出现了智能手环。在大数据时代的环境下,智能手环同样也是这个时代的产物,它更好的结合了个人的生活习惯,贴身实时的检测到个人的基本情况,并且给与相应的意见。智能手环不仅能够监控个人的健康情况,及时调解个人的生活习惯及其生活规律,还能够帮助用户监控身体情况,预控疾病。

  二、智能手环方案在医疗上的应用

  除了智能手环能够给公众带来更多的健康福利,也更是很多中老年人的福音。智能手环可以通过智能手机的应用,监控跟踪用户的睡眠状态、正常活动、心率和体温等信息,其功能可以简单描述为几个方面:现在,很多人身体都处于亚健康状态,尤其是上班族,由于长期久坐,缺乏锻炼,不规律的生活作息习惯,健康就需要更多的关注。智能手环能够根据用户的正常生理情况或一些活动情况进行跟踪,譬如血压、血糖、步行距离、心率、热量消耗等,来测试人体的健康状况。此外,智能手环还能够监控睡眠,并且帮助用户了解自己的睡眠状况,同时可以管理好自己的健康情况。许多人用拖延的态度来对待疾病,拖着不去医院,直接有时候将小病拖成疾病,不但要花费更多的金钱,身体也会因此下降。其实很多疾病都是在治疗初期容易控制的,如果不在疾病的早期阶段及时发现,也许需要付出更高的代价。所以,使用智能手环帮助自己在疾病的早期阶段,可以尽快发现。如今到医院看病会遇到各种看病困难,需要提前早起排队挂号,就医、取药、缴费等一系列工作,时间也很长。为了节省时间,智能手环可以帮助我们完成疾病的整个跟踪和管理过程,为我们节省时间,还降低了医疗费用的成本。智能手环还可以将监控信息发送到医院的医疗终端系统,健康信息实现实时更新。

  高速发展的科学技术,对智能手环的发展带来越来越快的更新速度。在市场上,出现很多包括层出不穷的智能手环的可穿戴设备,虽然这些设备功能性强大可以帮助用户监测自身的身体状况,但在医疗领域方面,它只能作为一个载体,给用户提供一些数据,帮助用户通过数据了解自己的健康状况,将信息提供给用户。它只能帮助用户减轻或改善身体状况,但无法治愈疾病。

  三、智能手环与体育运动的关系

  伴随时代迅速发展,科技的不断进步,智能手环的热潮也随之到来,并且能够将运动慢慢融合,这种融合是将运动与科技的相互融合,同时提高了运动质量。智能手环的发展将会使得运动朝网络,便携,现代,智能等方向发展,它们的结合也将引领人们朝着更健康的生活方向迈进。

  现在人们进行体育活动都是为了培养一种健康的生活方式,但很多人对于他们的运动有多少是一无所知的,但是不适量的运动反而会影响他们的健康。体育运动后,身体会出现消极状态,并且会使人逐渐远离运动,对于运动的持续发展造成影响。伴随智能手环的广泛应用,我们可以准确地了解他们在运动中的运动情况,同时做出相应的调整。这将改变人们对体育的负面影响,促进体育运动的发展。

  同时,在监测运动的时候,智能手环的陀螺仪,速度计,压力传感器和罗盘,通过监测手臂振动,振幅来确定用户的活动。相对于健康监测,智能手环运动监测技术已经相对成熟,监控结果也比较精准,智能手环可以将运动者运动时间和运动速率和她的体重推算出消耗的能量。检测用户的睡眠也可以用到智能手环,并且对使用者在睡眠时候的细微运动通过传感器监测,并且分析他们的睡眠状态。用户可以随时掌握自己的运动情况,智能手环还能监测到身体的内部和外部的各项运动。

  当用户运动时佩戴了智能手环,智能手环可以根据其身高,体重和其器官计算出用户的最佳运动量,并会因人推荐相应的体育运动的指导。并且在运动的过程中,很容易由于个人兴趣而忽略自己的身体对于运动量的需求,造成运动量过大,从而使得人体的系统免疫能力受到伤害,反而会弄巧成拙,影响身体健康。此时,智能手环就能起到监控作用,结合相关运动数据将运动建议明确的展示给运动员,使运动员能够基于参考数据,安排合理的运动项目。因此,纵观智能手环的各个方面,它在推动体育运动的过程中起到很重要的作用。

  伴随智能手环的功能的不断提高、宣传的力度和范围不断扩大,更多的人对智能手环的接纳,使得购买智能手环的人也越来越多。因为智能手环的主要作用是监控用户的身体状况和运动状态并且根据这些提出建议,现在的人在日常生活中存在很多恶习,在智能手环的监督和意见建议下,应该会有更多的人参与体育锻炼。前文谈到智能手环能够根据人体自身素质的不同的建议不同的体育运动,例如篮球、足球、羽毛球、跑步等各种体育运动,同时也将促进体育的各个方面的发展,智能手环和体育运动的发展是相互相存的。同时智能手环在游泳上也扮演着重要的角色。具有防水功能的智能手环,不用担心游泳时进水导致不准或者影响使用,因此它可以吸引很多游泳爱好者购买,为游泳者带来便利。
 

智能手环解决方案设计开发
 

  四、智能手环的移动支付功能开发

  移动支付的付款服务模式允许用户使用移动终端对消费产品或服务,通过互联网、移动设备或接近传感器直接或间接向银行金融机构发出支付指令生成支付或转让的资金来实现移动支付功能。例如,使用支付宝付款和微信支付,都被称为移动支付。N FC支付也是移动支付的另一种方式,是指消费者在购买产品或服务,通过手机、智能手环和其他手持设备利用N FC技术来完成支付,是一种新形式的移动支付。采用N FC广播频道的使用或自动售货机和P OS收银机和其他机械设备为通讯设备完成支付过程,而不在单独需要使用移动网络。

  随着时代的不断发展,移动支付已经成为一种趋势,我们要将其功能发挥的更好,将移动支付和智能手环的功能应用到最好。现在社会,选用公共交通工具出行的人们,就会将一卡通作为必备的,一卡通确实给大家带来了很多支付现金的方便,但是同时也存在一卡通遗漏、丢失、充值的不便等各种问题,此时,为了避免这些问题,智能手环成为了出行的必备之一,弥补了一卡通的不足。

  智能手环不仅可以随时进行充值和查询业务,还可以查到相关的支付记录,能够起到贴身小秘书的作用,记录好每个月的出行里程,支出清单。而且智能手环免除了对商家有关一卡通客户消费所需支出的手续费。因此智能手环也是大受商家追捧的,为了培养用户对智能手环的使用习惯,也可以通过商家的一些优惠打折手段,利用其自身的定位系统为商户提供更高效的信息,对于商家和用户都是双赢的,也能够很好的将用户和商家联系起来。随着智能手环用户的不断增多,资金流的不断建立,资金安全问题也成为大家需要重视的问题。现在也有很多银行也开通了相关业务,将信用卡和智能手环绑定,使得信用卡支付更加便捷,并且该手环除了能够监测睡眠情况和记录运动数据,还具有支付功能,并且智能手环里面也安装了银联标准的安全金融芯片,安全问题也受到相应的保障。智能手环用户只需要佩戴手环,就可以在任意具有闪付机器上消费。它的安全问题由信用卡相关银行从交易管理方面、财务管理保障方面和物理层方面对其用卡安全做保障。在大数据时代,银行会根据用户的移动支付情况形成大数据,每位用户的每一笔交易都会被记录下来,留存,形成大数据用于到各个方面。

  五、智能手环硬件设计方法

  1、智能手环主控芯片

  经过多年的发展,单片机发展出了多种类型,如51单片机、MSP430单片机、TMS单片机、STM32单片机等[5]。而选择使用STM32单片机的原因如下:极高的性能:主流Cortex内核;丰富合理的外设,合理地价格;简便的模块化设计;流畅极速的运算速度。

  2、心率检测

  光电传输测量原理,是指与皮肤和光电心率传感器在紧密接触的情况下,将一束光打在皮肤上来测量光的反射/透射。因为血液具有被特定波长的光吸收的特性,每次心脏向身体泵血时,特定波长就被血液所吸收从而减少,这样心跳就能被确定。但是心率检测的缺点是消耗能量较多,并且受到环境光的干扰。目前市场上智能手环或手表监测心率主要采用光电传输测量方法。其他传感器和测量方法存在较大误差。

  3、智能手环计步设计

  电子计步器的核心是振动传感器,3D计步器采用目前比较广泛使用的电子加速度传感器,它的检测结果更为精确且抗干扰能力强。3D计步器可随意佩戴,不受外在因素影响,使智能手环的的设计更为简便。

  当我们移动时,我们有相应的加速度,在某个点处有一个峰值。从脚的加速度检测出步数是最准确的。在行走时手的摆动和腰间的摆动所产生的加速度来计算,对加速度的波峰和波谷进行检测对比然后记录就可以得到行走的步数。

  4、智能手环传感器的选择

  加速度传感器基本款式是两轴、三轴,两轴只能测量平面;三轴传感器则可更好地检测设备在三维空间中X轴、Y轴、Z轴的位置,实现更精准的记录。光电心率传感器相对于测试心电信号法、振动式测量所采用的不同的传感器更加精准,速度更快,更能提高智能手环的总体性能和可靠性。

  5、闹钟设计

  在系统时间的基础上,打开智能智能闹钟唤醒,手环检测到用户处于浅睡眠状态,在设定闹钟时间半小时前会先振动3下;如果主人没有醒来,一分钟后手环就会再振动三次。如果还未醒来,3分钟后,手环会再震动3次,9次震动之后,如果你已经清醒过来手环停止震动,如果还未醒来手环会继续振动3下,振动的次数取决于你起床的时间。震动是由手环中的振动马达产生的。当到达设定的时间点时会触发振动马达,震动的时间由延时控制。

  6、人体消耗能量检测

  智能手环是按照一定的卡路里消耗算法来计算的,它可能包括你的正常行走,慢跑,跑步的步数运动,但是很难判断运动和力量的比例,所以只能通过你行走的步数来进行计算你消耗的能量,并不是十分准确,运动类型无法辨别。当你在正常走路时所消耗的卡路里是你准确消耗的能量;当你在慢跑时所检测到消耗的卡路里比你准确消耗的能量要少;当你在快跑时所检测到的消耗的卡路里比你准确消耗的能量要少的多。

  六、智能手环软件设计方案

  汇编语言程序效率高,占用内存小,但它是初级语言,需要了解相关的硬件结构,编程难度,便携性差。C语言具有高级语言和初级语言的一些特点,具有丰富的可调用函数库,省去了大量重复设计的麻烦。所以本系统采用C语言进行程序设计和开发,整个程序由主程序和各个子程序组成。

  1、智能手环主程序的设计

  主程序是整个程序主要部分,它将各个子程序整合在一起,完成系统初始化、数据显示、数据处理、参数传送、产生控制信号等功能[8]。当系统通电后,各个子系统开始工作,并且单片机对各子系统进行监控,当需要手动控制时按下相应的触摸键、产生相应的按键中断转向人工控制。当没有人工控制时,接受各检测系统检测到的信号,通过LCD显示相应的参数,当想要得知各项身体指标时只需触摸一下触摸键便会将结果显示在LCD屏上并保持亮屏3到4秒,以及实现各项指标之间的切换。

  2、智能手环各个子程序的设计

  系统采用C语言编写数据采集和处理算法模块。将系统基本信息、计步、心率、温湿度等各个子程序利用库函数进行模块化编写,最后插入到总程序中。

  (1)温湿度采集:在设计温度转换电路时采取温度传感器或者热敏电阻。在利用转换电路之后,利用单片机进行频率测量,来间接的得到测量温度的方法。温度检测的方法是利用热敏二极管、热敏电阻这些器件作为传感器去实现温度与电阻的动态改变。最终用单片机检测振荡器的输出频率,然后操纵温度和频率之间的函数关系间接来检测频率和速率。这种传感器通过半导体温度特性达到温度测量功能。

  (2)心率监测:光电传感器发出一定波长的光并打在皮肤上,身体内的血液对一定波长的光有吸收作用,心脏泵血时血液会吸收特定的波长,当传感器检测到返回的波长数量与发射的波长数量不同时会将差值转换为电压值,经模数转换器转换为16数字数据。

  (3)IIC总线数据传输:具体数据通信工作流程:需要发送数据的设备是主要设备,发送一个总线启动信号,启动总线,在往总线上发送数据接收方从器件的地址。主器件发送的地址信号所有器件都能从总线上接收到,将接收到的地址与设备中自己的地址进行比较。只有来自设备的可寻址是接收器,如果地址是一致的,则发送一个应答信号来建立连接、发送数据,将传感器所测得的数据显示在LCD屏,并进一步发送到手机或者电脑,直到数据传送结束。

  (4)按键设计:智能手环的按键设计主要是触摸屏设计,既增加了它的智能化,又增加了它的简洁化,使得体积更小,佩戴更加舒适。这样的设计更增加了它的可靠性和耐用性。

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