基于嵌入式系統智能手環的設計開發

　　6.系統任務關聯

　　6.1 G-sensor工作原理

　　重力傳感器是將運動或重力轉換為電信號的傳感器，主要用于傾斜角、慣性力、沖擊及震動等參數的測量。在測量平臺傾斜角時，將重力傳感器垂直放置于在所測平臺上，重力傳感器的敏感軸應與傾斜平臺的軸向一致，在水平狀態下應與水平面平行，如圖五 所示，其 中α 為平臺沿某一方向的傾斜角。重力傳感器的質量塊由于受到重力加速度g 在傾斜方向上的分量α 的作用產生偏移，使重力傳感器的輸出電壓發生變化。若重力傳感器在水平狀態下的輸出為0 V ，傾角為α 時的輸出為α V ，且在1g 加速度作用下的輸出 為V ，則有：

　　V0 =V / g ×sinα ×1g +V α

　　即：

　　α = arcsin[(Vα ?V0 ) /V ]

　　圖五 G-sensor工作原理

　　系統任務關聯流程圖如下：

　　圖六 系統任務關聯流程圖

　　6.2跑步和運動速度監測

　　運動檢測主要采用三軸加速傳感器來實現，這也是手環的最核心的組件之一，這個組件的作用是計步測量。簡單來說，三軸加速器的工作原理是，當人在正常行走時其實會產生水平和垂直兩個加速度，當用戶邁步時，單腳著地重心上提，垂直方向呈向上加速度，而繼續往前走重心回落，加速度方向。而在水平方向，則是邁步時向前加速，收腳是減小。當用戶邁步時，單腳著地重心上提，垂直方向呈向上加速度，并向前加速。而手環中的三軸加速器，就是通過人體這樣不同的加速度變化可以繪制出一條正弦曲線。以垂直方向加速度正弦波為例，從波谷到波峰再到波谷就是正常人一個步伐的過程，如此就可以推算出用戶行進的步數。

　　圖七 運動檢測實現原理

　　6.3睡眠監測

　　使用體動記錄儀跟蹤您的睡眠，監視您的微小運動，以確定您是處于清醒、淺度睡眠還是深度睡眠中。

　　睡眠深度一般是以身體活動減少和感覺靈敏度降低作為衡量指標的，目前對于睡眠深度的精確測量還是比較困難的。

　　睡眠監測是通過傳感器監測人的動作，以系統的計算方式進行累計計算，每2分鐘記錄一次合計值，與此同時的姿勢數據得到記錄。通過計算來判斷睡眠狀態。

　　表二 睡眠質量判定

　　6.4 數據的同步

　　智能手環數據的同步主要有三種同步方式：藍牙，NFC，USB。對于三種同步方式有不同的優缺點和實現手段如下表：

　　表三 智能手環數據傳輸方式的對照

　　7.主程序結構

　　圖八 主程序結構流圖