健康电子手环(源码)
当今社会已经开始向智能化方向发展，越来越多的智能产品呈现在大众的视野中。由此可见，21世纪将是智能化的时代。目前电子设备市场上的产品，已经由单一的机械控制电子产品转向多元化的智能控制电子产品。例如从机械手表到电子手表，实现了机械器件与电子器件的转化；从电子手表到智能手表，实现电子器件和产品用途的转化。在社会生活中，智能化产品已经被应用到各行各业并已经占有一席之地，因此智能化生活将会是科技发展的重心。在科技智能化发展道路中，智能穿戴式手环成为智能化发展计划中的标志性产品。从唯一功能的运动检测计到目前功能强大的医疗检测器，从独立控制的单个产品到目前与智能移动设备相经合的智能器，智能穿戴式手环为当今社会智能化发展打下夯实的基础。智能穿戴式手环被设计出来的目的是给运动者提供一个可以记录运动后身体状况数据以及培养良好而又科学的运动习惯的功能。但随着社会的不断发展，人群的需求量不断的增长，智能穿戴手环经过重新升级并延伸设计方案后，增加现有的心率、脉博、血压等生物体征检测功能。智能化的发展道路是无止尽的，目前多数智能穿戴式手环制造商开始将智能手环和大数据结合到一起，实现智能穿戴式手环云端控制和数据共享功能。为了能让智能穿戴式手环持续发展，许多智能穿戴式手环的设计者们已经开始将目光投入到拥有强大吸金量的支付应用和智能家居应用上，结合两者强大的功能实现智能穿戴式手环支付和门禁功能。关键词 智能化，智能手环，运动检测，心率血压检测
目录
1 绪论 1
1.1 智能手环的发展 1
1.2 智能手环的未来趋势 1
1.3 智能手环的技术 2
2 硬件需求分析 3
2.1 硬件分析 3
2.2 电路原理分析 3
2.3 PCB设计 5
3 系统硬件设计 5
3.1 主控芯片接口设计 6
3.2 SPI通信设计 9
3.3 I2C通信设计 11
3.4 RTC实时设计 13
3.5 A/D模数转换设计 13
4 计步算法分析与设计 14
4.1 计步原理参数 14
4.2 算法分析 15
4.3 数据预处理 17
5 系 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
统软件设计 18
5.1 系统软件需求分析 18
5.2 双层联系 19
5.3 软件功能实现 19
6 系统测试 21
6.1 器件测试 21
6.2 硬件测试 21
6.3 应用测试 22
结论 24
致谢 25
参考文献 26
附录1 使用说明书 28
附录2 基本设计图 30
1 绪论
21世纪是全面迈入智能化的科技时代，无论是哪一种行业方向的科技产品都已经开始引入智能化终端技术。例如：智能家居控制系统、智能开关控制器、智能化汽车、智能扫地机器人等等智能化黑科技。但在智能化科技发展还未达到鼎盛时期时，智能化类的产品可以说是屈指可数，其中最具代表性的智能化产物应当是智能穿戴式手环（智能手环）。
1.1 智能手环的发展
智能手环的发展初期的初衷是为了给运动者提供一个记录运动后身体状况的功能产品，而且大部分产品只适用于青年运动者。对于非运动者而言，该产品没有实际意义上的用途，或者说是没有使用的意义[1]。
据调查，1982年日本精工公司曾经推出过一款可编程手环，可以算是智能手环发展史上的首款产品，但没有任何的智能效果。直到2011年Jawbone UP第一代产品问世，初步定型智能手环的基础功能和方向。UP智能手环第一代的功能并不多，只是作为简单记录运动情况并且以睡眠监测功能为该产品的亮点出售，但是Jawbone公司却以产品存在缺陷问题为回收该产品，直至一年后UP系列产品经过优化升级并重新上线[2]。2013年FIBIT发布了与Jawbone UP功能相近的FIBIT Flex智能手环，与Jawbone不同的是FIBIT一直是以计步器功能为亮点，通过其数据的准确度而占领大半个智能手环市场并迅速风靡全球，但FIBIT公司同样也是以产品存在质量问题而召回所有Flex产品，继续研发和优化[3]。
2014年是智能手环的高速发展起始年，国内外众多科技企业争先发布智能手环新品，因此形成百家争鸣的局势，导致智能手环市场品牌众多、功能方面大同小异、无人问津的后果。随后很多的厂商把重要的组成核心模块重新进行定义，重新为模块的形状外观和产品的造型进行设计，从而吸引购买者的购买欲。
1.2 智能手环的未来趋势
原先智能手环的价格是只高不低，低至数百元高至千元不等，所以它看上去只属于少数人群或是注重健康的小资人群的特定产品。在小米以79元的超低价位推出自主研发的智能手环之后，智能手环类产品才真正映入到大众人群眼球中。这样造成的结果将会影响智能手环未来出售的价格，它会不断地降低价格从而真正实现平民化、大众化[4]。
目前已有少部分智能手环内部，实现了获取用户的个人ID信息功能，这样用户可以在相应的区域范围内通过智能手环识别功能来识别自己的ID信息。例如：迪士尼的Magic Band手环可以让用户在迪士尼乐园的区域范围内，使用该产品完成检票、签到、购买商品等行为[1]。因此个人ID识别功能将会是未来智能手环必备的新热点。
未来智能手环将向三个差异化方向发展：
仅具备健康、ID识别等基本功能的智能手环。它将主打性价比，以大众市场为定位目标。但这类的智能手环功能同质化特别严重。
依旧主打健康功能并且进入深度挖掘，提高运动监测数据的可靠性和准确性。以专业为主要亮点的智能手环，将是运动健康市场的主流产品。
增加不同功能的器件、显示屏等硬件需求，打造性能全面，功能强大的智能手环，它将趋向于智能手表的形态，将会是智能手环和智能手环的混合体。
1.3 智能手环的技术
1.3.1 智能手环的功能
当下所有的智能手环都具有计步和睡眠监测两个最基本的功能，它们都是依靠智能手环中的智能传感器和闪存芯片来测试并记录数据的。而消耗的热量、行走的路程、睡眠的质量等其他数据均是以它们所获取的数据值为基础值，再加入用户的身高、体重、年龄等参数值通过软件算法计算得出结果数据[2]。但是以现如今的运动类传感器而言，在计步功能上或多或少出现一定数量的误差，因此智能手环内置动作传感器的稳定性是对动作检测和软件算法提升计步精准度的最大前提条件。
1.3.2 智能手环的特性
目前智能手环已经与智能移动设备建立起了连接，通过移动设备来控制智能手环并获取数据，从而实现算法数据计算处理的相关操作。因此产品内部将会内置一个版本为4.0的低功耗蓝牙模块，这样就可以与移动智能手机、平板电脑、计算机客户端进行互联，并能随时随地的设置用户的自身的身高、体重、步幅等相关参数信息数据。为了解决智能手环正常工作并能在正常工作的情况下实现长时间工作的问题，智能手环内部将会内置一枚锂聚合物电池，它可供给产品大约10天的续航能力[5]。对于医用类的健康状况检测智能手环而言，由于要保证其功能的强大和获取数据的准确性以及功能的实用性，该类的智能手环则需要大量的不同功能的传感器和硬件模块以及稳定的数据处理算法。
目录
1 绪论 1
1.1 智能手环的发展 1
1.2 智能手环的未来趋势 1
1.3 智能手环的技术 2
2 硬件需求分析 3
2.1 硬件分析 3
2.2 电路原理分析 3
2.3 PCB设计 5
3 系统硬件设计 5
3.1 主控芯片接口设计 6
3.2 SPI通信设计 9
3.3 I2C通信设计 11
3.4 RTC实时设计 13
3.5 A/D模数转换设计 13
4 计步算法分析与设计 14
4.1 计步原理参数 14
4.2 算法分析 15
4.3 数据预处理 17
5 系 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
统软件设计 18
5.1 系统软件需求分析 18
5.2 双层联系 19
5.3 软件功能实现 19
6 系统测试 21
6.1 器件测试 21
6.2 硬件测试 21
6.3 应用测试 22
结论 24
致谢 25
参考文献 26
附录1 使用说明书 28
附录2 基本设计图 30
1 绪论
21世纪是全面迈入智能化的科技时代，无论是哪一种行业方向的科技产品都已经开始引入智能化终端技术。例如：智能家居控制系统、智能开关控制器、智能化汽车、智能扫地机器人等等智能化黑科技。但在智能化科技发展还未达到鼎盛时期时，智能化类的产品可以说是屈指可数，其中最具代表性的智能化产物应当是智能穿戴式手环（智能手环）。
1.1 智能手环的发展
智能手环的发展初期的初衷是为了给运动者提供一个记录运动后身体状况的功能产品，而且大部分产品只适用于青年运动者。对于非运动者而言，该产品没有实际意义上的用途，或者说是没有使用的意义[1]。
据调查，1982年日本精工公司曾经推出过一款可编程手环，可以算是智能手环发展史上的首款产品，但没有任何的智能效果。直到2011年Jawbone UP第一代产品问世，初步定型智能手环的基础功能和方向。UP智能手环第一代的功能并不多，只是作为简单记录运动情况并且以睡眠监测功能为该产品的亮点出售，但是Jawbone公司却以产品存在缺陷问题为回收该产品，直至一年后UP系列产品经过优化升级并重新上线[2]。2013年FIBIT发布了与Jawbone UP功能相近的FIBIT Flex智能手环，与Jawbone不同的是FIBIT一直是以计步器功能为亮点，通过其数据的准确度而占领大半个智能手环市场并迅速风靡全球，但FIBIT公司同样也是以产品存在质量问题而召回所有Flex产品，继续研发和优化[3]。
2014年是智能手环的高速发展起始年，国内外众多科技企业争先发布智能手环新品，因此形成百家争鸣的局势，导致智能手环市场品牌众多、功能方面大同小异、无人问津的后果。随后很多的厂商把重要的组成核心模块重新进行定义，重新为模块的形状外观和产品的造型进行设计，从而吸引购买者的购买欲。
1.2 智能手环的未来趋势
原先智能手环的价格是只高不低，低至数百元高至千元不等，所以它看上去只属于少数人群或是注重健康的小资人群的特定产品。在小米以79元的超低价位推出自主研发的智能手环之后，智能手环类产品才真正映入到大众人群眼球中。这样造成的结果将会影响智能手环未来出售的价格，它会不断地降低价格从而真正实现平民化、大众化[4]。
目前已有少部分智能手环内部，实现了获取用户的个人ID信息功能，这样用户可以在相应的区域范围内通过智能手环识别功能来识别自己的ID信息。例如：迪士尼的Magic Band手环可以让用户在迪士尼乐园的区域范围内，使用该产品完成检票、签到、购买商品等行为[1]。因此个人ID识别功能将会是未来智能手环必备的新热点。
未来智能手环将向三个差异化方向发展：
仅具备健康、ID识别等基本功能的智能手环。它将主打性价比，以大众市场为定位目标。但这类的智能手环功能同质化特别严重。
依旧主打健康功能并且进入深度挖掘，提高运动监测数据的可靠性和准确性。以专业为主要亮点的智能手环，将是运动健康市场的主流产品。
增加不同功能的器件、显示屏等硬件需求，打造性能全面，功能强大的智能手环，它将趋向于智能手表的形态，将会是智能手环和智能手环的混合体。
1.3 智能手环的技术
1.3.1 智能手环的功能
当下所有的智能手环都具有计步和睡眠监测两个最基本的功能，它们都是依靠智能手环中的智能传感器和闪存芯片来测试并记录数据的。而消耗的热量、行走的路程、睡眠的质量等其他数据均是以它们所获取的数据值为基础值，再加入用户的身高、体重、年龄等参数值通过软件算法计算得出结果数据[2]。但是以现如今的运动类传感器而言，在计步功能上或多或少出现一定数量的误差，因此智能手环内置动作传感器的稳定性是对动作检测和软件算法提升计步精准度的最大前提条件。
1.3.2 智能手环的特性
目前智能手环已经与智能移动设备建立起了连接，通过移动设备来控制智能手环并获取数据，从而实现算法数据计算处理的相关操作。因此产品内部将会内置一个版本为4.0的低功耗蓝牙模块，这样就可以与移动智能手机、平板电脑、计算机客户端进行互联，并能随时随地的设置用户的自身的身高、体重、步幅等相关参数信息数据。为了解决智能手环正常工作并能在正常工作的情况下实现长时间工作的问题，智能手环内部将会内置一枚锂聚合物电池，它可供给产品大约10天的续航能力[5]。对于医用类的健康状况检测智能手环而言，由于要保证其功能的强大和获取数据的准确性以及功能的实用性，该类的智能手环则需要大量的不同功能的传感器和硬件模块以及稳定的数据处理算法。
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