基于嵌入式系統(tǒng)智能手環(huán)的設(shè)計(jì)開發(fā)

　　1.設(shè)計(jì)目的

　　隨著科技的進(jìn)步，智能化成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)，同時(shí)也越來越貼近人們的生活。人們對于健康生活方式的需求催生出了智能可穿戴設(shè)備，智能手環(huán)就屬于其中的一種代表性產(chǎn)物。其主要應(yīng)用于監(jiān)測運(yùn)動(dòng)，監(jiān)測睡眠以及智能化的安排人的生活作息方式等。是一款突出個(gè)性與人性的智能化產(chǎn)物。本文講述一套初步的智能手環(huán)解決方案，對于智能手環(huán)的設(shè)計(jì)以及制造有可行性方案指導(dǎo)作用。

　　2.用戶需求

　　智能手環(huán)是一種穿戴式智能設(shè)備。通過這款手環(huán)，用戶可以記錄日常生活中的鍛煉、睡眠、部分還有飲食等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)與手機(jī)、平板、ipod touch同步，起到通過數(shù)據(jù)指導(dǎo)健康生活的作用。

　　圖一 智能手環(huán)樣圖

　　表一 熱門智能手環(huán)對比

　　智能手環(huán)內(nèi)置低功耗藍(lán)牙4.0模塊，可以與手機(jī)、平板、PC客戶端進(jìn)行連接，可以隨時(shí)隨地設(shè)置身高、體重、步幅等信息和上傳運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。另外，智能手環(huán)還具備社交網(wǎng)絡(luò)分享功能，比如用戶可以將睡眠質(zhì)量、飲食情況和鍛煉情況以及心情記錄等通過綁定微博等社交網(wǎng)絡(luò)端進(jìn)行分享。

　　3.性能指標(biāo)

　　3.1MCU和藍(lán)牙模塊

　　nRF51822是一款為超低功耗無線應(yīng)用(ULP wirelessapplications)設(shè)計(jì)的的多協(xié)議單芯片解決方案。芯片支持BLE4.0和2.4GHZ協(xié)議棧，整合了射頻發(fā)射電路，一個(gè)ARM Cortex M0核以及256KB的flash + 16KB的RAM。

　　圖二 nRF51822性能參數(shù)

　　nRF51822性能優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)內(nèi)部RC振蕩器的誤差是2%(30分鐘/天)，即使校準(zhǔn)后只能達(dá)到250ppm(22秒/天);

　　(2)外部晶振，一般能達(dá)到40ppm(3秒/天)，誤差非常小;

　　藍(lán)牙BALUN可以使用分立器件，也可以使用ST定制的BAL-01D3。設(shè)計(jì)中我們使用了定制器件BAL-01D3，保證了信號(hào)的性能以及減小了的板卡尺寸。注意：如果更改nRF51822的封裝，需要將定制器件型號(hào)改成BAL-02D3。

　　BALUN電路輸出端，需要一個(gè)π形電路(起到阻抗匹配的作用)，需要根據(jù)實(shí)際情況在三個(gè)位置上增加電容或者電感。調(diào)整的依據(jù)是根據(jù)史密斯圓圖(如下圖所示)，把阻抗調(diào)整到中心點(diǎn)，達(dá)到最大的功率輸出效果。

　　4.過程描述

　　智能手環(huán)功能實(shí)現(xiàn)流程圖：

　　圖三 智能手環(huán)功能實(shí)現(xiàn)流程圖

　　5.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　智能手環(huán)是由數(shù)據(jù)連接模塊運(yùn)動(dòng)傳感器

　　三軸加速度傳感器

　　電池(可充電或紐扣電池)

　　閃存芯片

　　藍(lán)牙通訊模塊

　　震動(dòng)馬達(dá)

　　指示燈或顯示屏幕(有些可能沒有)

　　NFC(目前只看見 Fitbit Flex有)

　　核心部件是：藍(lán)牙傳感器，ActiGraph體動(dòng)記錄儀等組成。其結(jié)構(gòu)組成圖如下：

　　圖四 智能手環(huán)結(jié)構(gòu)圖