CN109730689A - 一种智能手环 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种智能手环。所述手环包括主控制器以及与主控制器相连的加速度传感器、心率传感器、LCD显示屏、NB‑IoT+GPS模块、蓝牙模块和e‑SIM卡。主控制器用于生成条形码和二维码图形并由LCD显示屏进行显示，利用蓝牙模块的无线通信功能实现扫码支付操作；根据加速度传感器的输出信号计算步数并进行运动量分析；根据心率传感器的输出信号，结合个人信息进行运动分析生成CPM信号，并利用蓝牙模块进行周期性广播。本发明能够自动测量手环佩戴者的运动数据和心率数据；能够生成条形码和二维码图形，利用蓝牙模块的无线通信功能实现扫码支付操作；能够实现窄带物联网通信与GPS定位功能，还能实现手机短信服务。
Description
技术领域
本发明属于智能穿戴设备技术领域，具体涉及一种智能手环。
背景技术
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、手环，抑或是直接穿在脚上的智能跑鞋以及智能鞋垫，它们都将智能化带到一个新的高度，为智能化开拓一个新的领域。
目前，智能手环风靡全球，很多世界知名企业都在研发此类产品。智能手环主要用于监测佩戴者的活动情况或健康情况。智能手环存在的问题是功能较少、功耗较大。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种智能手环。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种智能手环，包括主控制器以及与主控制器相连的加速度传感器、心率传感器、LCD显示屏、NB-IoT+GPS模块、蓝牙模块和e-SIM卡。主控制器用于生成条形码和二维码图形并由LCD显示屏进行显示，利用蓝牙模块的无线通信功能实现扫码支付操作；根据加速度传感器的输出信号计算步数并进行运动量分析；根据心率传感器的输出信号，结合个人信息进行运动分析生成CPM(count per minute，每分钟运动量)信号，并利用蓝牙模块进行周期性广播。NB-IoT+GPS模块用于实现窄带物联网通信与GPS定位功能。e-SIM卡用于实现手机短信服务。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过设置主控制器以及与主控制器相连的加速度传感器、心率传感器、LCD显示屏、NB-IoT+GPS模块、蓝牙模块和e-SIM卡，能够自动测量手环佩戴者的运动数据和心率数据；能够生成条形码和二维码图形并通过LCD显示屏进行显示，利用蓝牙模块的无线通信功能实现扫码支付操作；能够实现窄带物联网通信与GPS定位功能，还能实现手机短信服务。
附图说明
图1为本发明实施例一种智能手环的组成框图。
图中，1-主控制器，2-加速度传感器，3-心率传感器，4-LCD显示屏，5-NB-IoT+GPS模块，6-蓝牙模块，7-e-SIM卡。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例一种智能手环的组成框图如图1所示，所述手环包括主控制器1以及与主控制器1相连的加速度传感器2、心率传感器3、LCD显示屏4、NB-IoT+GPS模块5、蓝牙模块6和e-SIM卡7。主控制器1用于生成条形码和二维码图形并由LCD显示屏4进行显示，利用蓝牙模块6的无线通信功能实现扫码支付操作；根据加速度传感器2的输出信号计算步数并进行运动量分析；根据心率传感器3的输出信号，结合个人信息进行运动分析生成CPM(count per minute，每分钟运动量)信号，并利用蓝牙模块6进行周期性广播。NB-IoT+GPS模块5用于实现窄带物联网通信与GPS定位功能。e-SIM卡7用于实现手机短信服务。
在本实施例中，所述手环主要由主控制器1以及与主控制器1相连的加速度传感器2、心率传感器3、LCD显示屏4、NB-IoT+GPS模块5、蓝牙模块6和e-SIM卡7组成。加速度传感器2主要用于采集手环佩戴者的加速度数据，并送到主控制器1进行数据处理，计算手环佩戴者运动的步数及速度等运动数据。心率传感器3主要用于采集手环佩戴者的心率信号(脉动信号)，并送到主控制器1进行数据处理，主控制器1结合手环佩戴者的个人信息，如身高、年龄和体重等信息，采用科学有效的运动分析模型计算CPM信号，并利用蓝牙模块6进行周期性(如周期为1秒)广播。广播信号补充安装了app(教师版app)移动设备(如ipad，如果手环由学生佩戴，ipad则由教师或教练拥有)实时接收，并生成对应的强度等级，采用由浅到深的颜色值标识。LCD显示屏4主要用于显示各种数据、信息和图形等。NB-IoT+GPS模块5用于实现窄带物联网通信与GPS定位功能。蓝牙模块6主要用于实现扫码支付时手环与移动设备(手机或ipad)，或考勤操作时手环与考勤机的无线通信。e-SIM卡7可唯一标识一个客户，e-SIM卡应用在GSM系统中，可使卡和手机分离，实现手机短信服务。主控制器1是所述手环的数据处理与控制中心，输出控制各模块协调工作的控制信号，并对传感器输入的信号进行信号数据处理。除了上面提到各种数据处理功能，还可生成用于实现支付功能的条形码和二维码图形。
作为一种可选实施例，所述主控制器1主要由STM32L4R9型单片机组成。
在本实施例中，主控制器1主要由STM32L4R9型单片机及外围电路组成。STM32L4R9是ST公司的高性能超低功耗MCU系列产品，基于Arm Cortex-M432位RISC核，工作频率高达120MHz，支持所有ARM单精度数据处理指令和所有数据类型，并能实现全套的DSP指令和存储器保护单元(MPU)，使得应用更加安全。
作为一种可选实施例，所述加速度传感器2为LIS3DH型MEMS三轴加速度计。
本实施例给出了加速度传感器2的一种技术方案，加速度传感器2采用LIS3DH型MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微电机系统)三轴加速度计。LIS3DH有两种工作方式：一种是利用内置算法处理常见的应用场景，如静止检测、运动检测、屏幕翻转、失重、单击和双击等等；另一种是由主控制器1通过SPI/I2C来读取底层加速度数据，并自行通过特有算法来做进一步复杂的处理，实现计步、运动量分析等等。
作为一种可选实施例，所述心率传感器3主要由SFH7060芯片和AFE4404芯片组成。
本实施例给出了心率传感器3的一种技术方案，在本实施例中，心率传感器3主要由SFH7060芯片和AFE4404芯片组成。SFH7060主要用于获得心率模拟信号，AFE4404主要用于将心率模拟信号转换成数字信号。SFH7060由三颗绿光LED、一颗红光LED、一颗红外LED和一颗大型光电二极管组成，通过不透明的光学挡板将其与发射器之间进行光学隔离。其工作原理是用光照射到皮肤内，血液和周围组织将分别吸收不同量的光，未被吸收的光则被反射回检测器。使用在不同波长下测得的吸收量测量值，即可确定脉率和血氧饱和度。绿光是测量手腕处脉搏的最佳选择。SFH7060配备三颗波长为530nm的绿光LED，这些LED均采用欧司朗光电半导体最新的高效UX：3芯片技术。在电流为20mA的最佳运行点，它们尤为高效。同时，在3.2V电压下每颗芯片的典型光输出达到3.4mW。这样的光输出意味着能够实现更出色的信号质量和更稳定的脉搏测量。此外，低功耗还意味着设备的电池使用寿命更长。AFE4404是一款面向光生物传感应用的模拟前端，该器件支持三个开关发光二极管和一个光电二极管。光电二极管的电流通过互阻抗放大器转换为电压，并使用模数转换器ADC进行数字化。ADC代码可使用I2C接口读出。AFE4404还配有带6位电流控制的全集成LED驱动器。该器件具有宽动态范围的发送和接收电路，有助于感测超小信号电平。
作为一种可选实施例，所述蓝牙模块6主要由nRF52832型蓝牙通信芯片组成。
本实施例给出了蓝牙模块6的一种技术方案。nRF52832是一款功能强大、高度灵活的超低功耗多协议SoC蓝牙单芯片，嵌入式2.4GHz收发器，非常适合蓝牙低功耗和2.4GHz超低功耗的无线应用。nRF52832芯片内置512KB的Flash+64KB的RAM，采用32位ARMCortex-M4FCPU，内核主频高达64Mhz，拥有强大的运算能力以及浮点运算的技术，用于计算复杂操作的高能效处理的硬件划分，在穿戴设备和工业化设备需要内置非常复杂的算法的环境中可以很好的应用。与此同时，nRF52832芯片支持NFC-A，可以作为“标签”(Tag)来使用。
作为一种可选实施例，所述NB-IoT+GPS模块5主要由nRF9160芯片组成。
在本实施例中，NB-IoT+GPS模块5采用nRF9160芯片。nRF9160模块的尺寸仅为10mm×16mm×1mm，是目前体积最小的NB-IoT模块，适用于非常紧凑的可穿戴消费产品，如手环。nRF9160利用Qorvo经过验证的最先进RF前端、先进封装技术和MicroShield技术，提供了结合高性能与低功耗的独特超紧凑解决方案。由于结合了Nordic的多模LTE-M/NB-IoT调制解调器、无SAW收发器和Qorvo的定制RF前端解决方案。同时，nRF9160是首款采用Arm最新ArmCortex M-33CPU内核的蜂窝IoT模块，并且具有1MB Flash和256kB RAM板载内存以提供支持，将ARM TrustZone和ARM CryptoCell安全功能融入互联网级加密和应用保护。nRF9160面向蜂窝IoT模块市场的另一项独特功能是集成了GPS，允许GPS和蜂窝数据两者结合使用，实现比单独使用其中一种技术更精确的定位。
作为一种可选实施例，所述手环还包括至少一个与主控制器1相连的按键。
在本实施例中，所述手环还包括用于人机交互操作的按键(图1中未画出)。为了减小按键数量，可通过识别按键时间长短实现不同的操作，比如长按进入运动模式(心率测量)，短按返回上级菜单。还可设置触屏操作功能。
作为一种可选实施例，所述手环还包括与主控制器1相连的Flash存储器。
在本实施例中，所述手环还设置了与主控制器1相连的Flash存储器(图1中未画出)。虽然主控制器1中也设有一定的存储空间，但当需要存储的数据量较大时，需要设置外部存储单元，如存储条形码和二维码图形。
上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所做出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种智能手环，其特征在于，包括主控制器以及与主控制器相连的加速度传感器、心率传感器、LCD显示屏、NB-IoT+GPS模块、蓝牙模块和e-SIM卡；主控制器用于生成条形码和二维码图形并由LCD显示屏进行显示，利用蓝牙模块的无线通信功能实现扫码支付操作；根据加速度传感器的输出信号计算步数并进行运动量分析；根据心率传感器的输出信号，结合个人信息进行运动分析生成CPM信号，并利用蓝牙模块进行周期性广播；NB-IoT+GPS模块用于实现窄带物联网通信与GPS定位功能；e-SIM卡用于实现手机短信服务。
2.根据权利要求1所述的智能手环，其特征在于，所述主控制器主要由STM32L4R9型单片机组成。
3.根据权利要求1所述的智能手环，其特征在于，所述加速度传感器为LIS3DH型MEMS三轴加速度计。
4.根据权利要求1所述的智能手环，其特征在于，所述心率传感器主要由SFH7060芯片和AFE4404芯片组成。
5.根据权利要求1所述的智能手环，其特征在于，所述蓝牙模块主要由nRF52832型蓝牙通信芯片组成。
6.根据权利要求1所述的智能手环，其特征在于，所述NB-IoT+GPS模块主要由nRF9160芯片组成。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的智能手环，其特征在于，所述手环还包括至少一个与主控制器相连的按键。
8.根据权利要求7所述的智能手环，其特征在于，所述手环还包括与主控制器相连的Flash存储器。
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| CN201910144682.6A CN109730689A (zh) | 2019-02-27 | 2019-02-27 | 一种智能手环 |
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