智能手環(huán)方案開發(fā)

近年來，隨著嵌入式的各種智能設(shè)備價值的逐步顯現(xiàn)，我國智能化產(chǎn)業(yè)進入快速發(fā)展階段。智能化的需求呈現(xiàn)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(jiān)測運動，監(jiān)測睡眠和智能安排人們的生活方式。

通過手環(huán)，用戶可以通過數(shù)據(jù)記錄運動，以及如平板電腦等的數(shù)據(jù)同步，以指導(dǎo)健康的生活。智能手環(huán)簡約的設(shè)計風格適合佩戴首飾，其內(nèi)置電池壽命可達10天以上，比其他智能服飾產(chǎn)品更實用，對自身的健康起到了重要作用。

一、智能手環(huán)現(xiàn)狀

在現(xiàn)代科技水平的飛速發(fā)展中，智能設(shè)備的需求對于人們來說在不斷提高。現(xiàn)在，智能手環(huán)這個名詞在社會的各個階層都很熱，無論是商業(yè)精英，還是充滿活力的學生團體，或者注重養(yǎng)生的中老年人中，都會是智能手環(huán)的人群的擁護者。

伴隨經(jīng)濟的不斷發(fā)展，社會競爭也越來越激烈，生存壓力越來越大，越來越多的人開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，在這種情況下，醫(yī)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)生了疾病才會引起注意，所以在這個時候就需要一個能夠監(jiān)測人們自身的身體狀況的設(shè)備來督促并幫助人們，因此就出現(xiàn)了智能手環(huán)。在大數(shù)據(jù)時代的環(huán)境下，智能手環(huán)同樣也是這個時代的產(chǎn)物，它更好的結(jié)合了個人的生活習慣，貼身實時的檢測到個人的基本情況，并且給與相應(yīng)的意見。智能手環(huán)不僅能夠監(jiān)控個人的健康情況，及時調(diào)解個人的生活習慣及其生活規(guī)律，還能夠幫助用戶監(jiān)控身體情況，預(yù)控疾病。

二、智能手環(huán)方案在醫(yī)療上的應(yīng)用

除了智能手環(huán)能夠給公眾帶來更多的健康福利，也更是很多中老年人的福音。智能手環(huán)可以通過智能手機的應(yīng)用，監(jiān)控跟蹤用戶的睡眠狀態(tài)、正常活動、心率和體溫等信息，其功能可以簡單描述為幾個方面：現(xiàn)在，很多人身體都處于亞健康狀態(tài)，尤其是上班族，由于長期久坐，缺乏鍛煉，不規(guī)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(jù)用戶的正常生理情況或一些活動情況進行跟蹤，譬如血壓、血糖、步行距離、心率、熱量消耗等，來測試人體的健康狀況。此外，智能手環(huán)還能夠監(jiān)控睡眠，并且?guī)椭脩袅私庾约旱乃郀顩r，同時可以管理好自己的健康情況。

許多人用拖延的態(tài)度來對待疾病，拖著不去醫(yī)院，直接有時候?qū)⑿〔⊥铣杉膊?，不但要花費更多的金錢，身體也會因此下降。其實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發(fā)現(xiàn)，也許需要付出更高的代價。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(xiàn)。如今到醫(yī)院看病會遇到各種看病困難，需要提前早起排隊掛號，就醫(yī)、取藥、繳費等一系列工作，時間也很長。為了節(jié)省時間，智能手環(huán)可以幫助我們完成疾病的整個跟蹤和管理過程，為我們節(jié)省時間，還降低了醫(yī)療費用的成本。智能手環(huán)還可以將監(jiān)控信息發(fā)送到醫(yī)院的醫(yī)療終端系統(tǒng)，健康信息實現(xiàn)實時更新。

高速發(fā)展的科學技術(shù)，對智能手環(huán)的發(fā)展帶來越來越快的更新速度。在市場上，出現(xiàn)很多包括層出不窮的智能手環(huán)的可穿戴設(shè)備，雖然這些設(shè)備功能性強大可以幫助用戶監(jiān)測自身的身體狀況，但在醫(yī)療領(lǐng)域方面，它只能作為一個載體，給用戶提供一些數(shù)據(jù)，幫助用戶通過數(shù)據(jù)了解自己的健康狀況，將信息提供給用戶。它只能幫助用戶減輕或改善身體狀況，但無法治愈疾病。

三、智能手環(huán)與體育運動的關(guān)系

伴隨時代迅速發(fā)展，科技的不斷進步，智能手環(huán)的熱潮也隨之到來，并且能夠?qū)⑦\動慢慢融合，這種融合是將運動與科技的相互融合，同時提高了運動質(zhì)量。智能手環(huán)的發(fā)展將會使得運動朝網(wǎng)絡(luò)，便攜，現(xiàn)代，智能等方向發(fā)展，它們的結(jié)合也將引領(lǐng)人們朝著更健康的生活方向邁進。

現(xiàn)在人們進行體育活動都是為了培養(yǎng)一種健康的生活方式，但很多人對于他們的運動有多少是一無所知的，但是不適量的運動反而會影響他們的健康。體育運動后，身體會出現(xiàn)消極狀態(tài)，并且會使人逐漸遠離運動，對于運動的持續(xù)發(fā)展造成影響。伴隨智能手環(huán)的廣泛應(yīng)用，我們可以準確地了解他們在運動中的運動情況，同時做出相應(yīng)的調(diào)整。這將改變?nèi)藗儗w育的負面影響，促進體育運動的發(fā)展。

同時，在監(jiān)測運動的時候，智能手環(huán)的陀螺儀，速度計，壓力傳感器和羅盤，通過監(jiān)測手臂振動，振幅來確定用戶的活動。相對于健康監(jiān)測，智能手環(huán)運動監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)相對成熟，監(jiān)控結(jié)果也比較精準，智能手環(huán)可以將運動者運動時間和運動速率和她的體重推算出消耗的能量。檢測用戶的睡眠也可以用到智能手環(huán)，并且對使用者在睡眠時候的細微運動通過傳感器監(jiān)測，并且分析他們的睡眠狀態(tài)。用戶可以隨時掌握自己的運動情況，智能手環(huán)還能監(jiān)測到身體的內(nèi)部和外部的各項運動。

當用戶運動時佩戴了智能手環(huán)，智能手環(huán)可以根據(jù)其身高，體重和其器官計算出用戶的最佳運動量，并會因人推薦相應(yīng)的體育運動的指導(dǎo)。并且在運動的過程中，很容易由于個人興趣而忽略自己的身體對于運動量的需求，造成運動量過大，從而使得人體的系統(tǒng)免疫能力受到傷害，反而會弄巧成拙，影響身體健康。此時，智能手環(huán)就能起到監(jiān)控作用，結(jié)合相關(guān)運動數(shù)據(jù)將運動建議明確的展示給運動員，使運動員能夠基于參考數(shù)據(jù)，安排合理的運動項目。因此，縱觀智能手環(huán)的各個方面，它在推動體育運動的過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，使得購買智能手環(huán)的人也越來越多。因為智能手環(huán)的主要作用是監(jiān)控用戶的身體狀況和運動狀態(tài)并且根據(jù)這些提出建議，現(xiàn)在的人在日常生活中存在很多惡習，在智能手環(huán)的監(jiān)督和意見建議下，應(yīng)該會有更多的人參與體育鍛煉。前文談到智能手環(huán)能夠根據(jù)人體自身素質(zhì)的不同的建議不同的體育運動，例如籃球、足球、羽毛球、跑步等各種體育運動，同時也將促進體育的各個方面的發(fā)展，智能手環(huán)和體育運動的發(fā)展是相互相存的。同時智能手環(huán)在游泳上也扮演著重要的角色。具有防水功能的智能手環(huán)，不用擔心游泳時進水導(dǎo)致不準或者影響使用，因此它可以吸引很多游泳愛好者購買，為游泳者帶來便利。

四、智能手環(huán)的移動支付功能開發(fā)

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

隨著時代的不斷發(fā)展，移動支付已經(jīng)成為一種趨勢，我們要將其功能發(fā)揮的更好，將移動支付和智能手環(huán)的功能應(yīng)用到最好?，F(xiàn)在社會，選用公共交通工具出行的人們，就會將一卡通作為必備的，一卡通確實給大家?guī)砹撕芏嘀Ц冬F(xiàn)金的方便，但是同時也存在一卡通遺漏、丟失、充值的不便等各種問題，此時，為了避免這些問題，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)不僅可以隨時進行充值和查詢業(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的作用，記錄好每個月的出行里程，支出清單。而且智能手環(huán)免除了對商家有關(guān)一卡通客戶消費所需支出的手續(xù)費。因此智能手環(huán)也是大受商家追捧的，為了培養(yǎng)用戶對智能手環(huán)的使用習慣，也可以通過商家的一些優(yōu)惠打折手段，利用其自身的定位系統(tǒng)為商戶提供更高效的信息，對于商家和用戶都是雙贏的，也能夠很好的將用戶和商家聯(lián)系起來。隨著智能手環(huán)用戶的不斷增多，資金流的不斷建立，資金安全問題也成為大家需要重視的問題?，F(xiàn)在也有很多銀行也開通了相關(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(jiān)測睡眠情況和記錄運動數(shù)據(jù)，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，安全問題也受到相應(yīng)的保障。智能手環(huán)用戶只需要佩戴手環(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(shù)據(jù)時代，銀行會根據(jù)用戶的移動支付情況形成大數(shù)據(jù)，每位用戶的每一筆交易都會被記錄下來，留存，形成大數(shù)據(jù)用于到各個方面。

五、智能手環(huán)硬件設(shè)計方法

1、智能手環(huán)主控芯片

經(jīng)過多年的發(fā)展，單片機發(fā)展出了多種類型，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(nèi)核；豐富合理的外設(shè)，合理地價格；簡便的模塊化設(shè)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測量光的反射/透射。因為血液具有被特定波長的光吸收的特性，每次心臟向身體泵血時，特定波長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是消耗能量較多，并且受到環(huán)境光的干擾。目前市場上智能手環(huán)或手表監(jiān)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(shè)計

電子計步器的核心是振動傳感器，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(jié)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(shè)計更為簡便。

當我們移動時，我們有相應(yīng)的加速度，在某個點處有一個峰值。從腳的加速度檢測出步數(shù)是最準確的。在行走時手的擺動和腰間的擺動所產(chǎn)生的加速度來計算，對加速度的波峰和波谷進行檢測對比然后記錄就可以得到行走的步數(shù)。

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(shè)備在三維空間中X軸、Y軸、Z軸的位置，實現(xiàn)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(shè)計

在系統(tǒng)時間的基礎(chǔ)上，打開智能智能鬧鐘喚醒，手環(huán)檢測到用戶處于淺睡眠狀態(tài)，在設(shè)定鬧鐘時間半小時前會先振動3下；如果主人沒有醒來，一分鐘后手環(huán)就會再振動三次。如果還未醒來，3分鐘后，手環(huán)會再震動3次，9次震動之后，如果你已經(jīng)清醒過來手環(huán)停止震動，如果還未醒來手環(huán)會繼續(xù)振動3下，振動的次數(shù)取決于你起床的時間。震動是由手環(huán)中的振動馬達產(chǎn)生的。當?shù)竭_設(shè)定的時間點時會觸發(fā)振動馬達，震動的時間由延時控制。

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計算的，它可能包括你的正常行走，慢跑，跑步的步數(shù)運動，但是很難判斷運動和力量的比例，所以只能通過你行走的步數(shù)來進行計算你消耗的能量，并不是十分準確，運動類型無法辨別。當你在正常走路時所消耗的卡路里是你準確消耗的能量；當你在慢跑時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(shè)計方案

匯編語言程序效率高，占用內(nèi)存小，但它是初級語言，需要了解相關(guān)的硬件結(jié)構(gòu)，編程難度，便攜性差。C語言具有高級語言和初級語言的一些特點，具有豐富的可調(diào)用函數(shù)庫，省去了大量重復(fù)設(shè)計的麻煩。所以本系統(tǒng)采用C語言進行程序設(shè)計和開發(fā)，整個程序由主程序和各個子程序組成。

1、智能手環(huán)主程序的設(shè)計

主程序是整個程序主要部分，它將各個子程序整合在一起，完成系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)處理、參數(shù)傳送、產(chǎn)生控制信號等功能[8]。當系統(tǒng)通電后，各個子系統(tǒng)開始工作，并且單片機對各子系統(tǒng)進行監(jiān)控，當需要手動控制時按下相應(yīng)的觸摸鍵、產(chǎn)生相應(yīng)的按鍵中斷轉(zhuǎn)向人工控制。當沒有人工控制時，接受各檢測系統(tǒng)檢測到的信號，通過LCD顯示相應(yīng)的參數(shù)，當想要得知各項身體指標時只需觸摸一下觸摸鍵便會將結(jié)果顯示在LCD屏上并保持亮屏3到4秒，以及實現(xiàn)各項指標之間的切換。

2、智能手環(huán)各個子程序的設(shè)計

系統(tǒng)采用C語言編寫數(shù)據(jù)采集和處理算法模塊。將系統(tǒng)基本信息、計步、心率、溫濕度等各個子程序利用庫函數(shù)進行模塊化編寫，最后插入到總程序中。

（1）溫濕度采集：在設(shè)計溫度轉(zhuǎn)換電路時采取溫度傳感器或者熱敏電阻。在利用轉(zhuǎn)換電路之后，利用單片機進行頻率測量，來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現(xiàn)溫度與電阻的動態(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(shù)關(guān)系間接來檢測頻率和速率。這種傳感器通過半導(dǎo)體溫度特性達到溫度測量功能。

（2）心率監(jiān)測：光電傳感器發(fā)出一定波長的光并打在皮膚上，身體內(nèi)的血液對一定波長的光有吸收作用，心臟泵血時血液會吸收特定的波長，當傳感器檢測到返回的波長數(shù)量與發(fā)射的波長數(shù)量不同時會將差值轉(zhuǎn)換為電壓值，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為16數(shù)字數(shù)據(jù)。

（3）IIC總線數(shù)據(jù)傳輸：具體數(shù)據(jù)通信工作流程：需要發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備是主要設(shè)備，發(fā)送一個總線啟動信號，啟動總線，在往總線上發(fā)送數(shù)據(jù)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上接收到，將接收到的地址與設(shè)備中自己的地址進行比較。只有來自設(shè)備的可尋址是接收器，如果地址是一致的，則發(fā)送一個應(yīng)答信號來建立連接、發(fā)送數(shù)據(jù)，將傳感器所測得的數(shù)據(jù)顯示在LCD屏，并進一步發(fā)送到手機或者電腦，直到數(shù)據(jù)傳送結(jié)束。

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

總結(jié)

隨著智能可穿戴設(shè)備的風潮來臨，可穿戴的相關(guān)科技產(chǎn)品會越來越多。因此，智能手環(huán)的發(fā)展也是十分有潛力的。智能手環(huán)和醫(yī)療健康、體育運動還有移動支付的結(jié)合也將更密切，未來這三者的結(jié)合也將使我們的生活得到更多的便捷和快速。

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