CN106108866A - 一种学校智能手环 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种学校智能手环，包括电子腕带以及内置于电子腕带的智能手环芯片系统，所述智能手环芯片系统包括微控制器，所述微控制器连接有三轴加速度传感器、心率传感器、体表温度传感器、实时时钟、OLED显示屏、蓝牙无线通信模块、存储模块、GPS定位模块、GPRS模块以及基于RFID技术的IC卡，所述三轴加速度传感器通过比较X、Y、Z轴任意轴上的加速度与用户设置的阈值来检测有无运动发生；所述的基于RFID技术的IC卡与阅读器配合进行各项交易，学生通过佩戴智能手环，可以对自身的健康有一个全面的了解，并规划适合自己的将康饮食以及锻炼，也可以通过智能手环进行多项社会活动及生活管理，给学生带来极大的方便。

Description

一种学校智能手环
技术领域
本发明涉及学生健康管理技术领域，具体涉及一种学校智能手环。
背景技术
现今的智能穿戴设备是指可直接穿戴或和衣物、鞋帽等合为一体的，并可以通过内置软件和云端数据进行交互，同时对使用者产生一定影响的小型电子器件。目前市场上的智能穿戴设备可谓琳琅满目，不论是令人向往的头戴式虚拟现实设备，还是多种多样的智能手表和手环，抑或是直接穿在脚上的智能跑鞋，它们都将智能化带到一个新的高度，为智能化开拓了一个新的领域。
智能化和小巧化是智能设备的发展趋势，对于本文将要介绍的手环来说，它具备了便携而不简单，小巧实用且功耗较低的特点，除了一般手表都具有的时钟功能，它还能够监测佩戴者的心率，并在适当的时候给予提醒；另外，考虑到目前一人持有数张磁卡的不便性，我们将IC卡扩展到该手环上，让其成为一种消费方式，不仅方便美观，也起到了为人们“减负”的作用。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种学校智能手环，学生通过佩戴智能手环，可以对自身的健康有一个全面的了解，并规划适合自己的将康饮食以及锻炼，也可以通过智能手环进行多项社会活动及生活管理，给学生带来极大的方便，可以有效解决背景技术中的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种学校智能手环，包括电子腕带以及内置于电子腕带的智能手环芯片系统，所述智能手环芯片系统包括微控制器，所述微控制器连接有三轴加速度传感器、心率传感器、体表温度传感器、实时时钟、OLED显示屏、蓝牙无线通信模块、存储模块、GPS定位模块、GPRS模块以及基于RFID技术的IC卡，所述三轴加速度传感器通过比较X、Y、Z轴任意轴上的加速度与用户设置的阈值来检测有无运动发生；所述心率传感器用于测量人体心脏每分钟跳动的次数；所述体表温度传感器用于测量人体手腕处体表温度；所述OLED显示屏用于显示所述的三轴加速度传感器、心率传感器以及体表温度传感器测量的信息；所述蓝牙无线通信模块通过微控制器控制，并实现数据实时传输到手机APP软件进行处理及显示；所述存储模块用于存储检测信息；所述GPS定位模块用于获取学生当前地理位置并通过GPRS模块连接网络地图，把位置信息以短信形式发送到固定的移动通讯设备上；所述的基于RFID技术的IC卡与阅读器配合进行各项交易。
作为本发明一种优选的技术方案，所述微控制器采用IAP15F2K61S2单片机芯片，其集成两组全双工一步串行通信口。
作为本发明一种优选的技术方案，所述三轴加速度传感器采用基于MEMS技术的加速度传感器ADXL345，其ADXL345芯片的CS引脚接高电平时芯片通过I2C接口与微控制器进行通信传输，并通过串行数据SDA和串行时钟SCL实现数据的访问，通过敲击检测任意方向的单振和双振运动，进而推断人体运动量的大小。
作为本发明一种优选的技术方案，所述体表温度传感器采用DS18B20，并通过单总线技术及接口与微控制器相连，由绿光LED、光感受器采集人体组织的信息，并通过滤波电路和放大电路传输至微控制器，通过微控制器自带A/D转换器进行信号转换。
作为本发明一种优选的技术方案，所述时钟模块选用DS1337芯片，采用BCD码的实时时钟日历芯片，带有2个可编程的闹钟，另有2个引脚可用于方波输出或作为闹钟中断引脚，支持I2C通信。
作为本发明一种优选的技术方案，所述微控制还连接有用于在所述体温传感器、心电监测传感器采集的信息大于设定值时发出报警信号的报警模块。
作为本发明一种优选的技术方案，所述IC卡进行的各项交易包括：酒店房间电子钥匙、快速通关票证、让服务人员快速追踪腕带用户的公园园区内位置，可以与存储大量个人信息和偏好的数据库相连，以及存储信用卡信息。
作为本发明一种优选的技术方案，所述IC卡配合手机APP软件使用，具有预定餐位及网吧位置的功能，也用于学校酒店公司上班打卡。
本发明的有益效果：
本发明学生通过佩戴智能手环，可以对自身的健康有一个全面的了解，并规划适合自己的将康饮食以及锻炼，也可以通过智能手环进行多项社会活动及生活管理，给学生带来极大的方便。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明心率传感器检测结构示意图。
图3为本发明心率检测电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：
参照图1至图3所示，本发明提供一种为学生生活及降康管理提供方便的技术方案，一种学校智能手环，包括电子腕带以及内置于电子腕带的智能手环芯片系统，所述智能手环芯片系统包括微控制器，所述微控制器连接有三轴加速度传感器、心率传感器、体表温度传感器、实时时钟、OLED显示屏、蓝牙无线通信模块、存储模块、GPS定位模块、GPRS模块以及基于RFID技术的IC卡，所述三轴加速度传感器通过比较X、Y、Z轴任意轴上的加速度与用户设置的阈值来检测有无运动发生；所述心率传感器用于测量人体心脏每分钟跳动的次数；所述体表温度传感器用于测量人体手腕处体表温度；所述OLED显示屏用于显示所述的三轴加速度传感器、心率传感器以及体表温度传感器测量的信息；所述蓝牙无线通信模块通过微控制器控制，并实现数据实时传输到手机APP软件进行处理及显示；所述存储模块用于存储检测信息；所述GPS定位模块用于获取学生当前地理位置并通过GPRS模块连接网络地图，把位置信息以短信形式发送到固定的移动通讯设备上；所述的基于RFID技术的IC卡与阅读器配合进行各项交易。
所述微控制器采用IAP15F2K61S2单片机芯片，其集成两组全双工一步串行通信口。
所述三轴加速度传感器采用基于MEMS技术的加速度传感器ADXL345，其ADXL345芯片的CS引脚接高电平时芯片通过I2C接口与微控制器进行通信传输，并通过串行数据SDA和串行时钟SCL实现数据的访问，通过敲击检测任意方向的单振和双振运动，进而推断人体运动量的大小。
所述体表温度传感器采用DS18B20，并通过单总线技术及接口与微控制器相连，由绿光LED、光感受器采集人体组织的信息，并通过滤波电路和放大电路传输至微控制器，通过微控制器自带A/D转换器进行信号转换。
所述时钟模块选用DS1337芯片，采用BCD码的实时时钟日历芯片，带有2个可编程的闹钟，另有2个引脚可用于方波输出或作为闹钟中断引脚，支持I2C通信。
所述微控制还连接有用于在所述体温传感器、心电监测传感器采集的信息大于设定值时发出报警信号的报警模块。
所述IC卡进行的各项交易包括：酒店房间电子钥匙、快速通关票证、让服务人员快速追踪腕带用户的公园园区内位置，可以与存储大量个人信息和偏好的数据库相连，以及存储信用卡信息；所述IC卡配合手机APP软件使用，具有预定餐位及网吧位置的功能，也用于学校酒店公司上班打卡。
具体的
本发明心率监测的原理及实现：
传统的心率测量方法主要有三种：一是从心电信号中提取；二是从测量血压时压力传感器测到的波动来计算；三是光电容积法。前两种方法提取信号时都会限制使用者的活动，如果长时间使用会增加其生理和心理上的不舒适感。而光电容积法作为监护测量中最普遍的方法之一，其具有使用简单、佩戴方便和可靠性高等特点。
光电容积法的基本原理是利用人体组织在血管搏动时造成透光率不同来进行心率测量的。当光束透过人体外周血管，由于动脉搏动充血容积变化，导致这束光的透光率发生改变，此时由光电变换器接收经人体组织反射的光线，转变为电信号并将其放大和输出。由于脉搏是随心脏的搏动而呈周期变化的信号，动脉血管的容积也周期性变化，因此光电变换器的电信号变化周期就是脉搏率。
参照图3所示，此系统使用了光电式心率传感器，该传感器采用了AM2520绿光LED，峰值波长为515nm；而光接收器为APDS-9008环境光感受器，感受峰值波长为565nm；两者的峰值波长相近，灵敏度较高。此外，由于脉搏信号的频带一般在0.05～200Hz之间，信号幅值小，在毫伏级水平，容易受到干扰。因此，在信号采集之后，还需要通过滤波电路、放大电路来滤除干扰，获取较为准确的脉搏信号。
本发明通过GPS定位模块和GPRS模块组成预警机制，该系统的通信部分使用的是SIMCOM公司的sim908集成芯片，它是一款集成GPS导航技术完整的四频GSM/GPRS芯片，将GPRS和GPS整合在SMT封装里，为客户实现内嵌GPS的应用显著节省了开发时间和费用。整块芯片的工作电压为3.2～4.5V，低功耗，能够实现短信、语音、GPRS数据和CSD数据的传输。
GPS是英文GlobalPositioningSystem(全球定位系统)的简称，以全球24颗人造卫星为基础，是指利用定位卫星在全球范围内实时进行定位的系统，最早由美国国防部研制，具有全方位和高精度的特点，综合定位的精度可达厘米级别，目前民用领域则只开放了10米左右的定位精度。
GPRS是通用分组无线服务技术(GeneralPacketRadioService)的简称，是全球移动通信系统(GSM)的延续和发展，不同于以往占用整个频道来传输数据的方式，GPRS是封包式传输，使得信道资源得以共享，提高了资源的利用率。它能同时兼容电容型数据和分组交换数据，连接因特网。
其实现方式，环可使用该系统的通信部分与外界联系而实现预警功能。当心率监测部分发现人体脉搏不稳定，处于异常状态时，就向处理器发出异常信号；处理器接收到信号之后，驱动GPS部分获取当前经纬度坐标；系统的软件设计部分已经添加了高德地图的API，可以把经纬度坐标转换为地图上的地点标识，给出网址链接。由于采用的是集成GPS/GSM的SIM908芯片，手环就能够把网址链接以短消息的形式发送到手机上，起到了预警作用。
本发明采用IC卡进行刷卡等功能的实现，该系统中的刷卡功能就是采用了RFID技术，使用的是Philips电子公司生产的Mifare1S50，该卡的RFID芯片所具有的独特的非接触式接口标准已被制定为国际ISO/IEC14443TYPEA标准，Mifare1S50卡的电气部分由天线和RFID芯片组成，天线为几组绕线线圈，封装到ISO卡片中。卡与读写器之间的通讯采用国际通用的DES和RES保密交叉算法，保密性能较高。该卡的工作频率为13.56MHz，可在100mm范围内在同一时间处理多张卡。
本发明学生通过佩戴智能手环，可以对自身的健康有一个全面的了解，并规划适合自己的将康饮食以及锻炼，也可以通过智能手环进行多项社会活动及生活管理，给学生带来极大的方便。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种学校智能手环，其特征在于，包括电子腕带以及内置于电子腕带的智能手环芯片系统，所述智能手环芯片系统包括微控制器，所述微控制器连接有三轴加速度传感器、心率传感器、体表温度传感器、实时时钟、OLED显示屏、蓝牙无线通信模块、存储模块、GPS定位模块、GPRS模块以及基于RFID技术的IC卡，所述三轴加速度传感器通过比较X、Y、Z轴任意轴上的加速度与用户设置的阈值来检测有无运动发生；所述心率传感器用于测量人体心脏每分钟跳动的次数；所述体表温度传感器用于测量人体手腕处体表温度；所述OLED显示屏用于显示所述的三轴加速度传感器、心率传感器以及体表温度传感器测量的信息；所述蓝牙无线通信模块通过微控制器控制，并实现数据实时传输到手机APP软件进行处理及显示；所述存储模块用于存储检测信息；所述GPS定位模块用于获取学生当前地理位置并通过GPRS模块连接网络地图，把位置信息以短信形式发送到固定的移动通讯设备上；所述的基于RFID技术的IC卡与阅读器配合进行各项交易。
2.根据权利要求1所述的一种学校智能手环，其特征在于，所述微控制器采用IAP15F2K61S2单片机芯片，其集成两组全双工一步串行通信口。
3.根据权利要求1所述的一种学校智能手环，其特征在于，所述三轴加速度传感器采用基于MEMS技术的加速度传感器ADXL345，其ADXL345芯片的CS引脚接高电平时芯片通过I2C接口与微控制器进行通信传输，并通过串行数据SDA和串行时钟SCL实现数据的访问，通过敲击检测任意方向的单振和双振运动，进而推断人体运动量的大小。
4.根据权利要求1所述的一种学校智能手环，其特征在于，所述体表温度传感器采用DS18B20，并通过单总线技术及接口与微控制器相连，由绿光LED、光感受器采集人体组织的信息，并通过滤波电路和放大电路传输至微控制器，通过微控制器自带A/D转换器进行信号转换。
5.根据权利要求1所述的一种学校智能手环，其特征在于，所述时钟模块选用DS1337芯片，采用BCD码的实时时钟日历芯片，带有2个可编程的闹钟，另有2个引脚可用于方波输出或作为闹钟中断引脚，支持I2C通信。
6.根据权利要求1所述的一种学校智能手环，其特征在于，所述微控制还连接有用于在所述体温传感器、心电监测传感器采集的信息大于设定值时发出报警信号的报警模块。
7.根据权利要求1所述的一种学校智能手环，其特征在于，所述IC卡进行的各项交易包括：酒店房间电子钥匙、快速通关票证、让服务人员快速追踪腕带用户的公园园区内位置，可以与存储大量个人信息和偏好的数据库相连，以及存储信用卡信息。
8.根据权利要求1所述的一种学校智能手环，其特征在于，所述IC卡配合手机APP软件使用，具有预定餐位及网吧位置的功能，也用于学校酒店公司上班打卡。
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