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基于嵌入式系统智能手环的设计开发

导读: 随着科技的进步,智能化成为了人们关注的焦点,同时也越来越贴近人们的生活。人们对于健康生活方式的需求催生出了智能可穿戴设备,智能手环就属于其中的一种代表性产物。其主要应用于监测运动,监测睡眠以及智能化的安排人的生活作息方式等。

  1.设计目的

  随着科技的进步,智能化成为了人们关注的焦点,同时也越来越贴近人们的生活。人们对于健康生活方式的需求催生出了智能可穿戴设备智能手环就属于其中的一种代表性产物。其主要应用于监测运动,监测睡眠以及智能化的安排人的生活作息方式等。是一款突出个性与人性的智能化产物。本文讲述一套初步的智能手环解决方案,对于智能手环的设计以及制造有可行性方案指导作用。

  2.用户需求

  智能手环是一种穿戴式智能设备。通过这款手环,用户可以记录日常生活中的锻炼、睡眠、部分还有饮食等实时数据,并将这些数据与手机、平板、ipod touch同步,起到通过数据指导健康生活的作用。

基于嵌入式系统智能手环的设计开发

  图一 智能手环样图 

基于嵌入式系统智能手环的设计开发

  表一  热门智能手环对比

  智能手环内置低功耗蓝牙4.0模块,可以与手机、平板、PC客户端进行连接,可以随时随地设置身高、体重、步幅等信息和上传运动数据。另外,智能手环还具备社交网络分享功能,比如用户可以将睡眠质量、饮食情况和锻炼情况以及心情记录等通过绑定微博等社交网络端进行分享。

  3.性能指标

  3.1MCU和蓝牙模块

  nRF51822是一款为超低功耗无线应用(ULP wirelessapplications)设计的的多协议单芯片解决方案。芯片支持BLE4.0和2.4GHZ协议栈,整合了射频发射电路,一个ARM Cortex M0核以及256KB的flash + 16KB的RAM。 

基于嵌入式系统智能手环的设计开发

  图二  nRF51822性能参数

  nRF51822性能优点:

  (1)内部RC振荡器的误差是2%(30分钟/天),即使校准后只能达到250ppm(22秒/天);

  (2)外部晶振,一般能达到40ppm(3秒/天),误差非常小;

  蓝牙BALUN可以使用分立器件,也可以使用ST定制的BAL-01D3。设计中我们使用了定制器件BAL-01D3,保证了信号的性能以及减小了的板卡尺寸。注意:如果更改nRF51822的封装,需要将定制器件型号改成BAL-02D3。

  BALUN电路输出端,需要一个π形电路(起到阻抗匹配的作用),需要根据实际情况在三个位置上增加电容或者电感。调整的依据是根据史密斯圆图(如下图所示),把阻抗调整到中心点,达到最大的功率输出效果。

  4.过程描述

  智能手环功能实现流程图: 

基于嵌入式系统智能手环的设计开发

  图三  智能手环功能实现流程图

  5.系统结构

  智能手环是由数据连接模块运动传感器

  三轴加速度传感器

  电池(可充电或纽扣电池)

  闪存芯片

  蓝牙通讯模块

  震动马达

  指示灯或显示屏幕(有些可能没有)

  NFC(目前只看见 Fitbit Flex有)

  核心部件是:蓝牙传感器,ActiGraph体动记录仪等组成。其结构组成图如下: 

基于嵌入式系统智能手环的设计开发

  图四   智能手环结构图

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