智能手環(huán)解決方案設計開(kāi)發(fā)

　　近年來(lái)，隨著(zhù)嵌入式的各種智能設備價(jià)值的逐步顯現，我國智能化產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展階段。智能化的需求呈現出多樣化的趨勢，智能手環(huán)是一種代表性產(chǎn)品。它主要用于監測運動(dòng)，監測睡眠和智能安排人們的生活方式。

　　通過(guò)手環(huán)，用戶(hù)可以通過(guò)數據記錄運動(dòng)，以及如平板電腦等的數據同步，以指導健康的生活。智能手環(huán)簡(jiǎn)約的設計風(fēng)格適合佩戴首飾，其內置電池壽命可達10天以上，比其他智能服飾產(chǎn)品更實(shí)用，對自身的健康起到了重要作用。
 

 

　　一、智能手環(huán)現狀

　　在現代科技水平的飛速發(fā)展中，智能設備的需求對于人們來(lái)說(shuō)在不斷提高?，F在，智能手環(huán)這個(gè)名詞在社會(huì )的各個(gè)階層都很熱，無(wú)論是商業(yè)精英，還是充滿(mǎn)活力的學(xué)生團體，或者注重養生的中老年人中，都會(huì )是智能手環(huán)的人群的擁護者。

　　伴隨經(jīng)濟的不斷發(fā)展，社會(huì )競爭也越來(lái)越激烈，生存壓力越來(lái)越大，越來(lái)越多的人開(kāi)始注意自己的身體健康情況。因此有關(guān)健康知識也成為人們的焦點(diǎn)，在這種情況下，醫療水平也在不斷的提高，但是由于人們對健康的關(guān)注依然停留在當身體不適或者已經(jīng)發(fā)生了疾病才會(huì )引起注意，所以在這個(gè)時(shí)候就需要一個(gè)能夠監測人們自身的身體狀況的設備來(lái)督促并幫助人們，因此就出現了智能手環(huán)。在大數據時(shí)代的環(huán)境下，智能手環(huán)同樣也是這個(gè)時(shí)代的產(chǎn)物，它更好的結合了個(gè)人的生活習慣，貼身實(shí)時(shí)的檢測到個(gè)人的基本情況，并且給與相應的意見(jiàn)。智能手環(huán)不僅能夠監控個(gè)人的健康情況，及時(shí)調解個(gè)人的生活習慣及其生活規律，還能夠幫助用戶(hù)監控身體情況，預控疾病。

　　二、智能手環(huán)方案在醫療上的應用

　　除了智能手環(huán)能夠給公眾帶來(lái)更多的健康福利，也更是很多中老年人的福音。智能手環(huán)可以通過(guò)智能手機的應用，監控跟蹤用戶(hù)的睡眠狀態(tài)、正?；顒?dòng)、心率和體溫等信息，其功能可以簡(jiǎn)單描述為幾個(gè)方面：現在，很多人身體都處于亞健康狀態(tài)，尤其是上班族，由于長(cháng)期久坐，缺乏鍛煉，不規律的生活作息習慣，健康就需要更多的關(guān)注。智能手環(huán)能夠根據用戶(hù)的正常生理情況或一些活動(dòng)情況進(jìn)行跟蹤，譬如血壓、血糖、步行距離、心率、熱量消耗等，來(lái)測試人體的健康狀況。此外，智能手環(huán)還能夠監控睡眠，并且幫助用戶(hù)了解自己的睡眠狀況，同時(shí)可以管理好自己的健康情況。許多人用拖延的態(tài)度來(lái)對待疾病，拖著(zhù)不去醫院，直接有時(shí)候將小病拖成疾病，不但要花費更多的金錢(qián)，身體也會(huì )因此下降。其實(shí)很多疾病都是在治療初期容易控制的，如果不在疾病的早期階段及時(shí)發(fā)現，也許需要付出更高的代價(jià)。所以，使用智能手環(huán)幫助自己在疾病的早期階段，可以盡快發(fā)現。如今到醫院看病會(huì )遇到各種看病困難，需要提前早起排隊掛號，就醫、取藥、繳費等一系列工作，時(shí)間也很長(cháng)。為了節省時(shí)間，智能手環(huán)可以幫助我們完成疾病的整個(gè)跟蹤和管理過(guò)程，為我們節省時(shí)間，還降低了醫療費用的成本。智能手環(huán)還可以將監控信息發(fā)送到醫院的醫療終端系統，健康信息實(shí)現實(shí)時(shí)更新。

　　高速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)，對智能手環(huán)的發(fā)展帶來(lái)越來(lái)越快的更新速度。在市場(chǎng)上，出現很多包括層出不窮的智能手環(huán)的可穿戴設備，雖然這些設備功能性強大可以幫助用戶(hù)監測自身的身體狀況，但在醫療領(lǐng)域方面，它只能作為一個(gè)載體，給用戶(hù)提供一些數據，幫助用戶(hù)通過(guò)數據了解自己的健康狀況，將信息提供給用戶(hù)。它只能幫助用戶(hù)減輕或改善身體狀況，但無(wú)法治愈疾病。

　　三、智能手環(huán)與體育運動(dòng)的關(guān)系

　　伴隨時(shí)代迅速發(fā)展，科技的不斷進(jìn)步，智能手環(huán)的熱潮也隨之到來(lái)，并且能夠將運動(dòng)慢慢融合，這種融合是將運動(dòng)與科技的相互融合，同時(shí)提高了運動(dòng)質(zhì)量。智能手環(huán)的發(fā)展將會(huì )使得運動(dòng)朝網(wǎng)絡(luò )，便攜，現代，智能等方向發(fā)展，它們的結合也將引領(lǐng)人們朝著(zhù)更健康的生活方向邁進(jìn)。

　　現在人們進(jìn)行體育活動(dòng)都是為了培養一種健康的生活方式，但很多人對于他們的運動(dòng)有多少是一無(wú)所知的，但是不適量的運動(dòng)反而會(huì )影響他們的健康。體育運動(dòng)后，身體會(huì )出現消極狀態(tài)，并且會(huì )使人逐漸遠離運動(dòng)，對于運動(dòng)的持續發(fā)展造成影響。伴隨智能手環(huán)的廣泛應用，我們可以準確地了解他們在運動(dòng)中的運動(dòng)情況，同時(shí)做出相應的調整。這將改變人們對體育的負面影響，促進(jìn)體育運動(dòng)的發(fā)展。

　　同時(shí)，在監測運動(dòng)的時(shí)候，智能手環(huán)的陀螺儀，速度計，壓力傳感器和羅盤(pán)，通過(guò)監測手臂振動(dòng)，振幅來(lái)確定用戶(hù)的活動(dòng)。相對于健康監測，智能手環(huán)運動(dòng)監測技術(shù)已經(jīng)相對成熟，監控結果也比較精準，智能手環(huán)可以將運動(dòng)者運動(dòng)時(shí)間和運動(dòng)速率和她的體重推算出消耗的能量。檢測用戶(hù)的睡眠也可以用到智能手環(huán)，并且對使用者在睡眠時(shí)候的細微運動(dòng)通過(guò)傳感器監測，并且分析他們的睡眠狀態(tài)。用戶(hù)可以隨時(shí)掌握自己的運動(dòng)情況，智能手環(huán)還能監測到身體的內部和外部的各項運動(dòng)。

　　當用戶(hù)運動(dòng)時(shí)佩戴了智能手環(huán)，智能手環(huán)可以根據其身高，體重和其器官計算出用戶(hù)的最佳運動(dòng)量，并會(huì )因人推薦相應的體育運動(dòng)的指導。并且在運動(dòng)的過(guò)程中，很容易由于個(gè)人興趣而忽略自己的身體對于運動(dòng)量的需求，造成運動(dòng)量過(guò)大，從而使得人體的系統免疫能力受到傷害，反而會(huì )弄巧成拙，影響身體健康。此時(shí)，智能手環(huán)就能起到監控作用，結合相關(guān)運動(dòng)數據將運動(dòng)建議明確的展示給運動(dòng)員，使運動(dòng)員能夠基于參考數據，安排合理的運動(dòng)項目。因此，縱觀(guān)智能手環(huán)的各個(gè)方面，它在推動(dòng)體育運動(dòng)的過(guò)程中起到很重要的作用。

　　伴隨智能手環(huán)的功能的不斷提高、宣傳的力度和范圍不斷擴大，更多的人對智能手環(huán)的接納，使得購買(mǎi)智能手環(huán)的人也越來(lái)越多。因為智能手環(huán)的主要作用是監控用戶(hù)的身體狀況和運動(dòng)狀態(tài)并且根據這些提出建議，現在的人在日常生活中存在很多惡習，在智能手環(huán)的監督和意見(jiàn)建議下，應該會(huì )有更多的人參與體育鍛煉。前文談到智能手環(huán)能夠根據人體自身素質(zhì)的不同的建議不同的體育運動(dòng)，例如籃球、足球、羽毛球、跑步等各種體育運動(dòng)，同時(shí)也將促進(jìn)體育的各個(gè)方面的發(fā)展，智能手環(huán)和體育運動(dòng)的發(fā)展是相互相存的。同時(shí)智能手環(huán)在游泳上也扮演著(zhù)重要的角色。具有防水功能的智能手環(huán)，不用擔心游泳時(shí)進(jìn)水導致不準或者影響使用，因此它可以吸引很多游泳愛(ài)好者購買(mǎi)，為游泳者帶來(lái)便利。
 

 

　　四、智能手環(huán)的移動(dòng)支付功能開(kāi)發(fā)

　　移動(dòng)支付的付款服務(wù)模式允許用戶(hù)使用移動(dòng)終端對消費產(chǎn)品或服務(wù)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)設備或接近傳感器直接或間接向銀行金融機構發(fā)出支付指令生成支付或轉讓的資金來(lái)實(shí)現移動(dòng)支付功能。例如，使用支付寶付款和微信支付，都被稱(chēng)為移動(dòng)支付。N FC支付也是移動(dòng)支付的另一種方式，是指消費者在購買(mǎi)產(chǎn)品或服務(wù)，通過(guò)手機、智能手環(huán)和其他手持設備利用N FC技術(shù)來(lái)完成支付，是一種新形式的移動(dòng)支付。采用N FC廣播頻道的使用或自動(dòng)售貨機和P OS收銀機和其他機械設備為通訊設備完成支付過(guò)程，而不在單獨需要使用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )。

　　隨著(zhù)時(shí)代的不斷發(fā)展，移動(dòng)支付已經(jīng)成為一種趨勢，我們要將其功能發(fā)揮的更好，將移動(dòng)支付和智能手環(huán)的功能應用到最好?，F在社會(huì )，選用公共交通工具出行的人們，就會(huì )將一卡通作為必備的，一卡通確實(shí)給大家帶來(lái)了很多支付現金的方便，但是同時(shí)也存在一卡通遺漏、丟失、充值的不便等各種問(wèn)題，此時(shí)，為了避免這些問(wèn)題，智能手環(huán)成為了出行的必備之一，彌補了一卡通的不足。

　　智能手環(huán)不僅可以隨時(shí)進(jìn)行充值和查詢(xún)業(yè)務(wù)，還可以查到相關(guān)的支付記錄，能夠起到貼身小秘書(shū)的作用，記錄好每個(gè)月的出行里程，支出清單。而且智能手環(huán)免除了對商家有關(guān)一卡通客戶(hù)消費所需支出的手續費。因此智能手環(huán)也是大受商家追捧的，為了培養用戶(hù)對智能手環(huán)的使用習慣，也可以通過(guò)商家的一些優(yōu)惠打折手段，利用其自身的定位系統為商戶(hù)提供更高效的信息，對于商家和用戶(hù)都是雙贏(yíng)的，也能夠很好的將用戶(hù)和商家聯(lián)系起來(lái)。隨著(zhù)智能手環(huán)用戶(hù)的不斷增多，資金流的不斷建立，資金安全問(wèn)題也成為大家需要重視的問(wèn)題?，F在也有很多銀行也開(kāi)通了相關(guān)業(yè)務(wù)，將信用卡和智能手環(huán)綁定，使得信用卡支付更加便捷，并且該手環(huán)除了能夠監測睡眠情況和記錄運動(dòng)數據，還具有支付功能，并且智能手環(huán)里面也安裝了銀聯(lián)標準的安全金融芯片，安全問(wèn)題也受到相應的保障。智能手環(huán)用戶(hù)只需要佩戴手環(huán)，就可以在任意具有閃付機器上消費。它的安全問(wèn)題由信用卡相關(guān)銀行從交易管理方面、財務(wù)管理保障方面和物理層方面對其用卡安全做保障。在大數據時(shí)代，銀行會(huì )根據用戶(hù)的移動(dòng)支付情況形成大數據，每位用戶(hù)的每一筆交易都會(huì )被記錄下來(lái)，留存，形成大數據用于到各個(gè)方面。

　　五、智能手環(huán)硬件設計方法

　　1、智能手環(huán)主控芯片

　　經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，單片機發(fā)展出了多種類(lèi)型，如51單片機、MSP430單片機、TMS單片機、STM32單片機等[5]。而選擇使用STM32單片機的原因如下：極高的性能：主流Cortex內核;豐富合理的外設，合理地價(jià)格;簡(jiǎn)便的模塊化設計;流暢極速的運算速度。

　　2、心率檢測

　　光電傳輸測量原理，是指與皮膚和光電心率傳感器在緊密接觸的情況下，將一束光打在皮膚上來(lái)測量光的反射/透射。因為血液具有被特定波長(cháng)的光吸收的特性，每次心臟向身體泵血時(shí)，特定波長(cháng)就被血液所吸收從而減少，這樣心跳就能被確定。但是心率檢測的缺點(diǎn)是消耗能量較多，并且受到環(huán)境光的干擾。目前市場(chǎng)上智能手環(huán)或手表監測心率主要采用光電傳輸測量方法。其他傳感器和測量方法存在較大誤差。

　　3、智能手環(huán)計步設計

　　電子計步器的核心是振動(dòng)傳感器，3D計步器采用目前比較廣泛使用的電子加速度傳感器，它的檢測結果更為精確且抗干擾能力強。3D計步器可隨意佩戴，不受外在因素影響，使智能手環(huán)的的設計更為簡(jiǎn)便。

　　當我們移動(dòng)時(shí)，我們有相應的加速度，在某個(gè)點(diǎn)處有一個(gè)峰值。從腳的加速度檢測出步數是最準確的。在行走時(shí)手的擺動(dòng)和腰間的擺動(dòng)所產(chǎn)生的加速度來(lái)計算，對加速度的波峰和波谷進(jìn)行檢測對比然后記錄就可以得到行走的步數。

　　4、智能手環(huán)傳感器的選擇

　　加速度傳感器基本款式是兩軸、三軸，兩軸只能測量平面;三軸傳感器則可更好地檢測設備在三維空間中X軸、Y軸、Z軸的位置，實(shí)現更精準的記錄。光電心率傳感器相對于測試心電信號法、振動(dòng)式測量所采用的不同的傳感器更加精準，速度更快，更能提高智能手環(huán)的總體性能和可靠性。

　　5、鬧鐘設計

　　在系統時(shí)間的基礎上，打開(kāi)智能智能鬧鐘喚醒，手環(huán)檢測到用戶(hù)處于淺睡眠狀態(tài)，在設定鬧鐘時(shí)間半小時(shí)前會(huì )先振動(dòng)3下;如果主人沒(méi)有醒來(lái)，一分鐘后手環(huán)就會(huì )再振動(dòng)三次。如果還未醒來(lái)，3分鐘后，手環(huán)會(huì )再震動(dòng)3次，9次震動(dòng)之后，如果你已經(jīng)清醒過(guò)來(lái)手環(huán)停止震動(dòng)，如果還未醒來(lái)手環(huán)會(huì )繼續振動(dòng)3下，振動(dòng)的次數取決于你起床的時(shí)間。震動(dòng)是由手環(huán)中的振動(dòng)馬達產(chǎn)生的。當到達設定的時(shí)間點(diǎn)時(shí)會(huì )觸發(fā)振動(dòng)馬達，震動(dòng)的時(shí)間由延時(shí)控制。

　　6、人體消耗能量檢測

　　智能手環(huán)是按照一定的卡路里消耗算法來(lái)計算的，它可能包括你的正常行走，慢跑，跑步的步數運動(dòng)，但是很難判斷運動(dòng)和力量的比例，所以只能通過(guò)你行走的步數來(lái)進(jìn)行計算你消耗的能量，并不是十分準確，運動(dòng)類(lèi)型無(wú)法辨別。當你在正常走路時(shí)所消耗的卡路里是你準確消耗的能量;當你在慢跑時(shí)所檢測到消耗的卡路里比你準確消耗的能量要少;當你在快跑時(shí)所檢測到的消耗的卡路里比你準確消耗的能量要少的多。

　　六、智能手環(huán)軟件設計方案

　　匯編語(yǔ)言程序效率高，占用內存小，但它是初級語(yǔ)言，需要了解相關(guān)的硬件結構，編程難度，便攜性差。C語(yǔ)言具有高級語(yǔ)言和初級語(yǔ)言的一些特點(diǎn)，具有豐富的可調用函數庫，省去了大量重復設計的麻煩。所以本系統采用C語(yǔ)言進(jìn)行程序設計和開(kāi)發(fā)，整個(gè)程序由主程序和各個(gè)子程序組成。

　　1、智能手環(huán)主程序的設計

　　主程序是整個(gè)程序主要部分，它將各個(gè)子程序整合在一起，完成系統初始化、數據顯示、數據處理、參數傳送、產(chǎn)生控制信號等功能[8]。當系統通電后，各個(gè)子系統開(kāi)始工作，并且單片機對各子系統進(jìn)行監控，當需要手動(dòng)控制時(shí)按下相應的觸摸鍵、產(chǎn)生相應的按鍵中斷轉向人工控制。當沒(méi)有人工控制時(shí)，接受各檢測系統檢測到的信號，通過(guò)LCD顯示相應的參數，當想要得知各項身體指標時(shí)只需觸摸一下觸摸鍵便會(huì )將結果顯示在LCD屏上并保持亮屏3到4秒，以及實(shí)現各項指標之間的切換。

　　2、智能手環(huán)各個(gè)子程序的設計

　　系統采用C語(yǔ)言編寫(xiě)數據采集和處理算法模塊。將系統基本信息、計步、心率、溫濕度等各個(gè)子程序利用庫函數進(jìn)行模塊化編寫(xiě)，最后插入到總程序中。

　　(1)溫濕度采集：在設計溫度轉換電路時(shí)采取溫度傳感器或者熱敏電阻。在利用轉換電路之后，利用單片機進(jìn)行頻率測量，來(lái)間接的得到測量溫度的方法。溫度檢測的方法是利用熱敏二極管、熱敏電阻這些器件作為傳感器去實(shí)現溫度與電阻的動(dòng)態(tài)改變。最終用單片機檢測振蕩器的輸出頻率，然后操縱溫度和頻率之間的函數關(guān)系間接來(lái)檢測頻率和速率。這種傳感器通過(guò)半導體溫度特性達到溫度測量功能。

　　(2)心率監測：光電傳感器發(fā)出一定波長(cháng)的光并打在皮膚上，身體內的血液對一定波長(cháng)的光有吸收作用，心臟泵血時(shí)血液會(huì )吸收特定的波長(cháng)，當傳感器檢測到返回的波長(cháng)數量與發(fā)射的波長(cháng)數量不同時(shí)會(huì )將差值轉換為電壓值，經(jīng)模數轉換器轉換為16數字數據。

　　(3)IIC總線(xiàn)數據傳輸：具體數據通信工作流程：需要發(fā)送數據的設備是主要設備，發(fā)送一個(gè)總線(xiàn)啟動(dòng)信號，啟動(dòng)總線(xiàn)，在往總線(xiàn)上發(fā)送數據接收方從器件的地址。主器件發(fā)送的地址信號所有器件都能從總線(xiàn)上接收到，將接收到的地址與設備中自己的地址進(jìn)行比較。只有來(lái)自設備的可尋址是接收器，如果地址是一致的，則發(fā)送一個(gè)應答信號來(lái)建立連接、發(fā)送數據，將傳感器所測得的數據顯示在LCD屏，并進(jìn)一步發(fā)送到手機或者電腦，直到數據傳送結束。

　　(4)按鍵設計：智能手環(huán)的按鍵設計主要是觸摸屏設計，既增加了它的智能化，又增加了它的簡(jiǎn)潔化，使得體積更小，佩戴更加舒適。這樣的設計更增加了它的可靠性和耐用性。