基于嵌入式系統智能手環的設計開發

　　1.設計目的

　　隨著科技的進步，智能化成為了人們關注的焦點，同時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備，智能手環就屬于其中的一種代表性產物。其主要應用于監測運動，監測睡眠以及智能化的安排人的生活作息方式等。是一款突出個性與人性的智能化產物。本文講述一套初步的智能手環解決方案，對于智能手環的設計以及制造有可行性方案指導作用。

　　2.用戶需求

　　智能手環是一種穿戴式智能設備。通過這款手環，用戶可以記錄日常生活中的鍛煉、睡眠、部分還有飲食等實時數據，并將這些數據與手機、平板、ipod touch同步，起到通過數據指導健康生活的作用。

　　圖一 智能手環樣圖

　　表一 熱門智能手環對比

　　智能手環內置低功耗藍牙4.0模塊，可以與手機、平板、PC客戶端進行連接，可以隨時隨地設置身高、體重、步幅等信息和上傳運動數據。另外，智能手環還具備社交網絡分享功能，比如用戶可以將睡眠質量、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絡端進行分享。

　　3.性能指標

　　3.1MCU和藍牙模塊

　　nRF51822是一款為超低功耗無線應用(ULP wirelessapplications)設計的的多協議單芯片解決方案。芯片支持BLE4.0和2.4GHZ協議棧，整合了射頻發射電路，一個ARM Cortex M0核以及256KB的flash + 16KB的RAM。

　　圖二 nRF51822性能參數

　　nRF51822性能優點：

　　(1)內部RC振蕩器的誤差是2%(30分鐘/天)，即使校準后只能達到250ppm(22秒/天);

　　(2)外部晶振，一般能達到40ppm(3秒/天)，誤差非常小;

　　藍牙BALUN可以使用分立器件，也可以使用ST定制的BAL-01D3。設計中我們使用了定制器件BAL-01D3，保證了信號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改成BAL-02D3。

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

　　4.過程描述

　　智能手環功能實現流程圖：

　　圖三 智能手環功能實現流程圖

　　5.系統結構

　　智能手環是由數據連接模塊運動傳感器

　　三軸加速度傳感器

　　電池(可充電或紐扣電池)

　　閃存芯片

　　藍牙通訊模塊

　　震動馬達

　　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：藍牙傳感器，ActiGraph體動記錄儀等組成。其結構組成圖如下：

　　圖四 智能手環結構圖