CN105433920A - 一种智能穿戴设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能穿戴设备及其控制方法，该穿戴设备包括中央处理单元以及与所述中央处理单元连接的传感器模块、语音模块、NFC识别模块、显示模块、无线通信模块、GPS定位模块、支付模块、存储模块、按键模块和电源模块，其中中央处理单元，作为整个穿戴设备的核心，接收外界环境的各项传感器参数、语音参数以及各项指令；并向外输出并显示外界环境的各项传感器参数、语音信息、支付信息以及通过无线通信模块向外部终端发送信息。本发明的穿戴设备集人体生理参数、环境参数收集以及GPS定位导航和安全支付与一体，从而增加了设备的适应范围，且操作简便，提升了用户体验。

Description

一种智能穿戴设备及其控制方法

技术领域

本发明属于智能设备技术领域，具体涉及一种智能穿戴设备及其控制方法。

背景技术

“穿戴式智能设备”是应用穿戴式技术对日常穿戴进行智能化设计、开发出可以穿戴的设备的总称，如眼镜、手套、手表、服饰及鞋等。

而广义的穿戴式智能设备包括功能全、尺寸大、可不依赖智能手机实现完整或者部分的功能，例如智能手表或智能眼镜等，以及只专注于某一类应用功能，需要和其它设备如智能手机配合使用，如各类进行体征监测的智能手环、智能首饰等。随着技术的进步以及用户需求的变迁，可穿戴式智能设备的形态与应用热点也在不断的变化。

穿戴式技术在国际计算机学术界和工业界一直都备受关注，只不过由于造价成本高和技术复杂，很多相关设备仅仅停留在概念领域。随着移动互联网的发展、技术进步和高性能低功耗处理芯片的推出等，部分穿戴式设备已经从概念化走向商用化，新式穿戴式设备不断传出，谷歌、苹果、微软、索尼、奥林巴斯等诸多科技公司也都开始在这个全新的领域深入探索。

智能手环是新兴起的一个科技领域，它可以跟踪用户的日常活动、睡眠情况和饮食习惯等，并可将数据与iOS、Android设备同步，帮助用户了解和改善自己的健康状况。虽然智能手环的功能强大，但是对于某些特定群体来说(例如：佛教徒或伊斯兰教徒)，并没有专门针对该特定群体提供专业功能的智能手环，普通的智能手环也没有能根据穿戴者人体状况能自动播放相应的音频的功能。一般都智能手环的硬件都比较简单，单个处理器要处理多个模块的数据，工作不稳定，而且一般都是通过USB接头来进行数据的传输，也有使用蓝牙来进行传输的，不过蓝牙传输的速度比较慢，如果要通过wifi来进行传输，侧设备的发热量会升高，再有蓝牙成本比较贵而且芯片的大小和价格难以下调、抗干扰能力不强、信息安全得不到保障。

随着健康检测产品的发展，手环和穿戴设备的发展趋势越来越快。但是其发展普遍存在检测数据不够精确、使用粘度不够高等问题，所以其市场推广度并不高。普通的二代Key或者三代Key技术，主要作为一个单独的安全加密设备，在使用时通过PC的USB接口和线上的交易终端进行交易的安全加密和认证，从而保证交易的安全。普通的动态密码令牌和挑战应答形式动态密码令牌，也只能解决了线上交易的安全问题。现有的智能手环和智能穿戴产品最主要的健康功能,是通过设备自身的传感器结合一些算法计算运动量、心率、血压等等，然后通过蓝牙或者WiFi与移动或者终端进行连接，从而实现一些人体健康信息的实施检测或者监控。

Key和令牌的技术一直在线上，并且无法实现直接的交易，只能作为交易的安全和加密辅助工具。智能穿戴设备由于目前的穿戴产品局限性，只能提供一些的健康检测功能。特别是在国内，用户的认可度和使用粘性、频率都不高，推广效果也不好。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供一种集人体生理参数、环境参数收集以及GPS定位导航和安全支付与一体，从而增加了设备的适应范围，且操作简便，提升了用户体验的智能穿戴设备及其控制方法。

为了达到上述目的，本发明提供一种智能穿戴设备，包括：

中央处理单元，作为整个穿戴设备的核心，接收外界环境的各项传感器参数、语音参数以及各项指令；并向外输出并显示外界环境的各项传感器参数、语音信息、支付信息以及通过无线通信模块向外部终端发送信息；所述中央处理单元内设有本地时钟，所述中央处理单元通过收集GPS定位模块的时钟信号和本地时钟的时钟信号，以GPS定位模块的时钟信号为标准来控制所述本地时钟进行同步校正；所述本地时钟中储存有定时日历，当到达预定时间，所述本地时钟请求中央处理单元发送控制信号，该控制信号控制语音模块读取其中的相应的提示语音并播放；

传感器模块，与中央处理单元的输入端连接，用于检测外界环境的各项参数；

语音模块，包括语音采集模块和语音播放模块，语音采集模块与中央处理单元的输入端连接，接收外界的语音方式的控制指令；语音播放模块与中央处理单元的输出端连接，对用户进行语音方式的指令指引；

NFC识别模块，用于识别NFC的支付终端，并与NFC支付终端相互通讯；

显示模块，用于显示中央处理单元处理的各项外界环境信息、语音信息以及支付信息；

支付模块，用于加密数字密钥证书或生成动态口令；所述支付模块在接收到所述中央处理单元下发的指令时，通过无线通信模块将所述加密后的数字密钥证书或动态口令推送给所述外部终端；

无线通信模块，用于接收加密后的密钥证书或动态口令，推送给外部终端，以及将外部终端的指令传递给所述中央处理单元；

GPS定位模块，用于对设备进行位置定位或定位位置采集；

还包括按键模块和电源模块。

进一步的，所述传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、血压传感器和脉搏传感器，所述温度传感器、湿度传感器、血压传感器和脉搏传感器分别与所述中央处理单元电连接。

进一步的，所述中央处理单元中预设某地点的经纬度，所述GPS定位模块会一直与GPS卫星保持连线并实时将当前位置的经纬度数据传输给所述中央处理单元并与预设好的经纬度数据进行配对，当配对一致后，就会通过所述语音模块自动播放与该地点相对应的音频。

进一步的，所述中央处理单元包括单片机和I2C芯片，该单片机采用STC89C芯片；所述单片机的P36～P37与I2C芯片的SCL和SDA引脚电连接，所述单片机的P32～P35连接有四个控制按键，所述单片机的P10与RST引脚之间串接有LED灯和重置按键，所述单片机的PI4引脚与所述传感器模块电连接，所述单片机的引脚32～39与显示模块电连接,所述单片机的P15～P17与所述电源模块电连接。

进一步的，所述NFC识别模块采用TRF7970A芯片，所述无线通信模块还包括晶体振荡器和无线接收器。

进一步的，所述语音模块包括ISD1700芯片、LED灯、麦克风、扬声器和六个控制按键，所述LED灯、麦克风、扬声器和六个控制按键分别于ISD1700芯片电连接，所述麦克风与ISD1700芯片之间设有滤波电容；所述ISD1700芯片的引脚4～7分别与所述中央处理单元电连接。

进一步的，所述支付模块包括密钥管理单元和动态密码生成单元；

进一步的，所述密钥管理模块，用于加密数字密钥证书，并存储加密后的数字密钥证书；所述密钥管理模块在接收到所述处理模块下发的指令时，通过所述无线通信模块将所述加密后的数字密钥证书推送给所述外部终端；

进一步的，所述动态密码生成单元，用于生成动态口令；所述动态密码生成模块在接收到所述处理模块下发的指令时，通过所述无线通信模块将所述动态口令推送给所述外部终端。

进一步的，所述GPS定位模块包括GPS芯片，该GPS芯片与所述中央处理单元的RXD引脚和TXD引脚电连接。

本发明还公开了一种智能穿戴设备的控制方法，包括：

(1)支付控制：通过智能穿戴设备接收收款装置的信息以识别所述收款装置，其中，所述智能穿戴设备中设置有可拆卸存储卡，且所述可拆卸存储卡存储有一张或多张银行卡的信息；通过所述智能穿戴设备读取所述可拆卸存储卡中的所述银行卡的信息，将所述银行卡的信息传输至所述收款装置进行支付；

(2)人体生理参数监测控制：通过传感器模块实时监测人体的血压以及脉搏情况，并通过无线通信模块发送至医院监控中心；

(3)语音控制：通过用户语音输入目的地指令、控制指令并送中央处理单元处理后，经语音播放单元输出。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本发明的穿戴设备集人体生理参数、环境参数收集以及GPS定位导航和安全支付与一体，从而增加了设备的适应范围，且操作简便，提升了用户体验。

附图说明

图1是本发明设备的整体电路控制原理框图；

图2是本发明的中央处理单元的电路结构图；

图3是本发明语音模块的电路结构图；

图4是本发明NFC识别模块电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，一种智能穿戴设备，包括：

中央处理单元，作为整个穿戴设备的核心，接收外界环境的各项传感器参数、语音参数以及各项指令；并向外输出并显示外界环境的各项传感器参数、语音信息、支付信息以及通过无线通信模块向外部终端发送信息；所述中央处理单元内设有本地时钟，所述中央处理单元通过收集GPS定位模块的时钟信号和本地时钟的时钟信号，以GPS定位模块的时钟信号为标准来控制所述本地时钟进行同步校正；所述本地时钟中储存有定时日历，当到达预定时间，所述本地时钟请求中央处理单元发送控制信号，该控制信号控制语音模块读取其中的相应的提示语音并播放；

传感器模块，与中央处理单元的输入端连接，用于检测外界环境的各项参数；

语音模块，包括语音采集模块和语音播放模块，语音采集模块与中央处理单元的输入端连接，接收外界的语音方式的控制指令；语音播放模块与中央处理单元的输出端连接，对用户进行语音方式的指令指引；

NFC识别模块，用于识别NFC的支付终端，并与NFC支付终端相互通讯；

显示模块，用于显示中央处理单元处理的各项外界环境信息、语音信息以及支付信息；

支付模块，用于加密数字密钥证书或生成动态口令；所述支付模块在接收到所述中央处理单元下发的指令时，通过无线通信模块将所述加密后的数字密钥证书或动态口令推送给所述外部终端；

无线通信模块，用于接收加密后的密钥证书或动态口令，推送给外部终端，以及将外部终端的指令传递给所述中央处理单元；

GPS定位模块，用于对设备进行位置定位或定位位置采集；

还包括按键模块和电源模块。

如图2所示的中央处理单元结构图。其中，所述中央处理单元包括单片机和I2C芯片，该单片机采用STC89C芯片；所述单片机的P36～P37与I2C芯片的SCL和SDA引脚电连接，所述单片机的P32～P35连接有四个控制按键，所述单片机的P10与RST引脚串接有LED灯和重置按键S11，所述单片机的PI4引脚与所述传感器模块电连接，所述单片机的引脚32～39与显示模块电连接,所述单片机的P15～P17与所述电源模块电连接。该LED灯与重置按键之间串接有电阻R5，P32～P37分别通过电阻R7～R12串联于电阻R5与重置按键S11之间，引脚XTAL1～XTAL2分别连接晶体振荡器Y1的两端。其中该I2C芯片采用24LC16B芯片，引脚WP、A0～A2接地。该重置按键S11两端并联一电解电容。

如图3所示的语音模块电路图。其中，所述语音模块包括ISD1700芯片、LED灯、麦克风、扬声器和六个控制按键，所述LED灯、麦克风、扬声器和六个控制按键分别于ISD1700芯片电连接，所述麦克风与ISD1700芯片之间设有滤波电容；所述ISD1700芯片的引脚4～7分别与所述中央处理单元电连接。

如图4所示的NFC识别模块电路图。所述NFC芯片采用TRF7970A芯片，所述无线通信模块还包括晶体振荡器和无线接收器；所述NFC芯片的I/O0～I/O7引脚与所述MCU处理器电连接；所述晶体振荡器的两端分别与该NFC芯片的OSC_IN引脚和OSC_OUT引脚连接，所述NFC芯片的TX引脚依次通过带阻滤波器和陷波器与两无线接收器(M1、M2)连接。该带阻滤波器为由两并联的电容再串联一电感组成，该陷波器由一电感与一电容并联组成。在无线接收器与带阻滤波器之间还连接有多个接地的电容，用于将低频信号都滤掉。NFC芯片是接受和发送高频信号。上述的MCU处理器采用MSP430系列的F230X0芯片，其引脚26～33与NFC芯片的I/O0～I/O7连接，实现并行传输；该MCU处理器的P3.4和P3.5分别与中央处理单元的单片机的P30和P31连接。TRF7970A正电源输入VIN(引脚2)为3个内部稳压器提供输出电压VDD_RF，VDD_A和VDD_X。所有稳压器使用外部旁路电容器用于电源噪音过滤并必须如电路原理图中指示的那样进行连接。这些稳压器提供一个RFID读取器系统所需的高电源抑制比(PSRR)。通过VIN(引脚2)为所有稳压器供电。TRF7970A有2个接收器输入：RX_IN1(引脚8)和RX_IN2(引脚9)。每个输入被连接至一个外部电容电压分配器以确保2个输入中至少有1个输入上的来自标签的经调制信号可用。此架构消除了由标签到读取器的任何可能的通信漏洞。这2个输入(RX_IN1和RX_IN2)被复用成2个无线接收器包括主接收器和辅助接收器。只用主接收器用于接收，而辅助接收器用于信号质量监控。

该设备的支付模块包括：密钥管理模块和动态密码生成模块。

密钥管理模块用于加密数字密钥证书，并存储加密后的数字密钥证书；该密钥管理模块在接收到处理模块下发的指令时，通过无线通信模块将加密后的数字密钥证书推送给外部终端，该外部终端包括移动或PC的终端设备。

具体地，当密钥管理模块把存储的密钥证书通过无线通信模块传输给外部终端的时候，外部终端可以对本穿戴设备的持有人进行验证。

动态密码生成模块用于生成动态口令；动态密码生成模块在接收到处理模块下发的指令时，通过无线通信模块将动态口令推送给外部终端。

具体地，动态密码生成模块是预先写进单片机固有的算法经过单片机运算后，推送一个动态口令经过无线通信模块后，推送给外部终端进行网上的各种登录验证或者交易验证，与密钥管理模块的验证机制类似，但动态密码生成模块的动态验证产生的是一个运算的随机数，而外部终端后台对该随机数进行验证。

其中，处理模块用于通过无线通信模块接收外部终端的指令，并将该指令下发到密钥管理模块，密钥管理模块加密数字密钥证书并存储加密后的数字密钥证书后，通过无线通信模块将加密后的数字密钥证书推送给外部终端，该外部终端包括移动或PC的终端设备；或者将该指令下发到动态密码生成模块，动态密码生成模块生成动态口令后，通过无线通信模块将动态口令推送给外部终端，该外部终端包括移动或PC的终端设备；或者该指令同时下发到密钥管理模块和动态密码生成模块，密钥管理模块加密数字密钥证书和动态密码生成模块生成动态口令后，通过所述无线通信模块将所述加密后的数字密钥证书和动态口令推送给所述外部终端，该外部终端包括移动或PC的终端设备。

需要说明的是，支付模块包括密钥管理模块和动态密码生成模块，这使得本实施例能够支持两种支付安全方案，这两种支付安全方案在实际中可以是由穿戴设备或者服务器在实际支付过程中进行灵活选择采用哪种安全方案。

在使用本发明时，传感器模块中的温度传感器、血压传感器和脉搏传感器对穿戴者的身体进行温度值、血压值和脉搏值的测量，中央处理单元接受该三个数值后与其I2C芯片中储存的关于身体状况的数据进行对比后得出相应的提示语音控制信号，中央处理单元将该提示语音控制信号调用音频模块其中相应的提示语音输出，音频模块将该提示语音进行处理后经扬声器播放；中央处理单元中储存有日历，日历中的特定时间都会向中央处理单元发送控制信号，中央处理单元接受后发出每个日历的特定时间所对应的提醒语音和音频的控制信号去调用音频模块中的相应的提示语音和音频，该提示语音和音频经音频模块处理后再经扬声器播放。

本发明的一种智能穿戴设备的控制方法，包括：

(1)支付控制：通过智能穿戴设备接收收款装置的信息以识别所述收款装置，其中，所述智能穿戴设备中设置有可拆卸存储卡，且所述可拆卸存储卡存储有一张或多张银行卡的信息；通过所述智能穿戴设备读取所述可拆卸存储卡中的所述银行卡的信息，将所述银行卡的信息传输至所述收款装置进行支付；

(2)人体生理参数监测控制：通过传感器模块实时监测人体的血压以及脉搏情况，并通过无线通信模块发送至医院监控中心；

(3)语音控制：通过用户语音输入目的地指令、控制指令并送中央处理单元处理后，经语音播放单元输出。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未违背本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种智能穿戴设备，其特征在于：包括：

中央处理单元，作为整个穿戴设备的核心，接收外界环境的各项传感器参数、语音参数以及各项指令；并向外输出并显示外界环境的各项传感器参数、语音信息、支付信息以及通过无线通信模块向外部终端发送信息；所述中央处理单元内设有本地时钟，所述中央处理单元通过收集GPS定位模块的时钟信号和本地时钟的时钟信号，以GPS定位模块的时钟信号为标准来控制所述本地时钟进行同步校正；所述本地时钟中储存有定时日历，当到达预定时间，所述本地时钟请求中央处理单元发送控制信号，该控制信号控制语音模块读取其中的相应的提示语音并播放；

传感器模块，与中央处理单元的输入端连接，用于检测外界环境的各项参数；

语音模块，包括语音采集模块和语音播放模块，语音采集模块与中央处理单元的输入端连接，接收外界的语音方式的控制指令；语音播放模块与中央处理单元的输出端连接，对用户进行语音方式的指令指引；

NFC识别模块，用于识别NFC的支付终端，并与NFC支付终端相互通讯；

显示模块，用于显示中央处理单元处理的各项外界环境信息、语音信息以及支付信息；

支付模块，用于加密数字密钥证书或生成动态口令；所述支付模块在接收到所述中央处理单元下发的指令时，通过无线通信模块将所述加密后的数字密钥证书或动态口令推送给所述外部终端；

无线通信模块，用于接收加密后的密钥证书或动态口令，推送给外部终端，以及将外部终端的指令传递给所述中央处理单元；

GPS定位模块，用于对设备进行位置定位或定位位置采集；

还包括按键模块和电源模块。

2.根据权利要求1所述的一种智能穿戴设备，其特征在于：所述传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、血压传感器和脉搏传感器，所述温度传感器、湿度传感器、血压传感器和脉搏传感器分别与所述中央处理单元电连接。

3.根据权利要求1所述的一种智能穿戴设备，其特征在于：所述中央处理单元中预设某地点的经纬度，所述GPS定位模块会一直与GPS卫星保持连线并实时将当前位置的经纬度数据传输给所述中央处理单元并与预设好的经纬度数据进行配对，当配对一致后，就会通过所述语音模块自动播放与该地点相对应的音频。

4.根据权利要求1所述的一种智能穿戴设备，其特征在于：所述中央处理单元包括单片机和I²C芯片，该单片机采用STC89C芯片；所述单片机的P36～P37与I²C芯片的SCL和SDA引脚电连接，所述单片机的P32～P35连接有四个控制按键，所述单片机的P10与RST引脚之间串接有LED灯和重置按键，所述单片机的PI4引脚与所述传感器模块电连接，所述单片机的引脚32～39与显示模块电连接,所述单片机的P15～P17与所述电源模块电连接。

5.根据权利要求1所述的一种智能穿戴设备，其特征在于：所述NFC识别模块采用TRF7970A芯片，所述无线通信模块还包括晶体振荡器和无线接收器。

6.根据权利要求1所述的一种智能穿戴设备，其特征在于：所述语音模块包括ISD1700芯片、LED灯、麦克风、扬声器和六个控制按键，所述LED灯、麦克风、扬声器和六个控制按键分别于ISD1700芯片电连接，所述麦克风与ISD1700芯片之间设有滤波电容；所述ISD1700芯片的引脚4～7分别与所述中央处理单元电连接。

7.根据权利要求1所述的一种智能穿戴设备，其特征在于：所述支付模块包括密钥管理单元和动态密码生成单元；

所述密钥管理模块，用于加密数字密钥证书，并存储加密后的数字密钥证书；所述密钥管理模块在接收到所述处理模块下发的指令时，通过所述无线通信模块将所述加密后的数字密钥证书推送给所述外部终端；

所述动态密码生成单元，用于生成动态口令；所述动态密码生成模块在接收到所述处理模块下发的指令时，通过所述无线通信模块将所述动态口令推送给所述外部终端。

8.根据权利要求1所述的一种智能穿戴设备，其特征在于：所述GPS定位模块包括GPS芯片，该GPS芯片与所述中央处理单元的RXD引脚和TXD引脚电连接。

9.根据权利要求1-8任一一项所述的一种智能穿戴设备的控制方法，其特征在于：包括：

(1)支付控制：通过智能穿戴设备接收收款装置的信息以识别所述收款装置，其中，所述智能穿戴设备中设置有可拆卸存储卡，且所述可拆卸存储卡存储有一张或多张银行卡的信息；通过所述智能穿戴设备读取所述可拆卸存储卡中的所述银行卡的信息，将所述银行卡的信息传输至所述收款装置进行支付；

(2)人体生理参数监测控制：通过传感器模块实时监测人体的血压以及脉搏情况，并通过无线通信模块发送至医院监控中心；

(3)语音控制：通过用户语音输入目的地指令、控制指令并送中央处理单元处理后，经语音播放单元输出。