近年來，隨著嵌入式的各種智能設(shè)備價(jià)值的逐步顯現(xiàn)，我國智能化產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展階段。智能化的需求呈現(xiàn)出多樣化的趨勢，智能手環(huán)是一種代表性產(chǎn)品。它主要用于監(jiān)測運(yùn)動(dòng)，監(jiān)測睡眠和智能安排人們的生活方式。

　　通過手環(huán)，用戶可以通過數(shù)據(jù)記錄運(yùn)動(dòng)，以及如平板電腦等的數(shù)據(jù)同步，以指導(dǎo)健康的生活。智能手環(huán)簡約的設(shè)計(jì)風(fēng)格適合佩戴首飾，其內(nèi)置電池壽命可達(dá)10天以上，比其他智能服飾產(chǎn)品更實(shí)用，對(duì)自身的健康起到了重要作用。
 

 

　　一、智能手環(huán)現(xiàn)狀

　　在現(xiàn)代科技水平的飛速發(fā)展中，智能設(shè)備的需求對(duì)于人們來說在不斷提高?，F(xiàn)在，智能手環(huán)這個(gè)名詞在社會(huì)的各個(gè)階層都很熱，無論是商業(yè)精英，還是充滿活力的學(xué)生團(tuán)體，或者注重養(yǎng)生的中老年人中，都會(huì)是智能手環(huán)的人群的擁護(hù)者。

　　伴隨經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，社會(huì)競爭也越來越激烈，生存壓力越來越大，越來越多的人開始注意自己的身體健康情況。因此有關(guān)健康知識(shí)也成為人們的焦點(diǎn)，在這種情況下，醫(yī)療水平也在不斷的提高，但是由于人們對(duì)健康的關(guān)注依然停留在當(dāng)身體不適或者已經(jīng)發(fā)生了疾病才會(huì)引起注意，所以在這個(gè)時(shí)候就需要一個(gè)能夠監(jiān)測人們自身的身體狀況的設(shè)備來督促并幫助人們，因此就出現(xiàn)了智能手環(huán)。在大數(shù)據(jù)時(shí)代的環(huán)境下，智能手環(huán)同樣也是這個(gè)時(shí)代的產(chǎn)物，它更好的結(jié)合了個(gè)人的生活習(xí)慣，貼身實(shí)時(shí)的檢測到個(gè)人的基本情況，并且給與相應(yīng)的意見。智能手環(huán)不僅能夠監(jiān)控個(gè)人的健康情況，及時(shí)調(diào)解個(gè)人的生活習(xí)慣及其生活規(guī)律，還能夠幫助用戶監(jiān)控身體情況，預(yù)控疾病。

　　二、智能手環(huán)方案在醫(yī)療上的應(yīng)用

　　除了智能手環(huán)能夠給公眾帶來更多的健康福利，也更是很多中老年人的福音。智能手環(huán)可以通過智能手機(jī)的應(yīng)用，監(jiān)控跟蹤用戶的睡眠狀態(tài)、正?；顒?dòng)、心率和體溫等信息，其功能可以簡單描述為幾個(gè)方面：現(xiàn)在，很多人身體都處于亞健康狀態(tài)，尤其是上班族，由于長期久坐，缺乏鍛煉，不規(guī)律的生活作息習(xí)慣，健康就需要更多的關(guān)注。智能手環(huán)能夠根據(jù)用戶的正常生理情況或一些活動(dòng)情況進(jìn)行跟蹤，譬如血壓、血糖、步行距離、心率、熱量消耗等，來測試人體的健康狀況。此外，智能手環(huán)還能夠監(jiān)控睡眠，并且?guī)椭脩袅私庾约旱乃郀顩r，同時(shí)可以管理好自己的健康情況。許多人用拖延的態(tài)度來對(duì)待疾病，拖著不去醫(yī)院，直接有時(shí)候?qū)⑿〔⊥铣杉膊?，不但要花費(fèi)更多的金錢，身體也會(huì)因此下降。其實(shí)很多疾病都是在治療初期容易控制的，如果不在疾病的早期階段及時(shí)發(fā)現(xiàn)，也許需要付出更高的代價(jià)。所以，使用智能手環(huán)幫助自己在疾病的早期階段，可以盡快發(fā)現(xiàn)。如今到醫(yī)院看病會(huì)遇到各種看病困難，需要提前早起排隊(duì)掛號(hào)，就醫(yī)、取藥、繳費(fèi)等一系列工作，時(shí)間也很長。為了節(jié)省時(shí)間，智能手環(huán)可以幫助我們完成疾病的整個(gè)跟蹤和管理過程，為我們節(jié)省時(shí)間，還降低了醫(yī)療費(fèi)用的成本。智能手環(huán)還可以將監(jiān)控信息發(fā)送到醫(yī)院的醫(yī)療終端系統(tǒng)，健康信息實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)更新。

　　高速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)，對(duì)智能手環(huán)的發(fā)展帶來越來越快的更新速度。在市場上，出現(xiàn)很多包括層出不窮的智能手環(huán)的可穿戴設(shè)備，雖然這些設(shè)備功能性強(qiáng)大可以幫助用戶監(jiān)測自身的身體狀況，但在醫(yī)療領(lǐng)域方面，它只能作為一個(gè)載體，給用戶提供一些數(shù)據(jù)，幫助用戶通過數(shù)據(jù)了解自己的健康狀況，將信息提供給用戶。它只能幫助用戶減輕或改善身體狀況，但無法治愈疾病。

　　三、智能手環(huán)與體育運(yùn)動(dòng)的關(guān)系

　　伴隨時(shí)代迅速發(fā)展，科技的不斷進(jìn)步，智能手環(huán)的熱潮也隨之到來，并且能夠?qū)⑦\(yùn)動(dòng)慢慢融合，這種融合是將運(yùn)動(dòng)與科技的相互融合，同時(shí)提高了運(yùn)動(dòng)質(zhì)量。智能手環(huán)的發(fā)展將會(huì)使得運(yùn)動(dòng)朝網(wǎng)絡(luò)，便攜，現(xiàn)代，智能等方向發(fā)展，它們的結(jié)合也將引領(lǐng)人們朝著更健康的生活方向邁進(jìn)。

　　現(xiàn)在人們進(jìn)行體育活動(dòng)都是為了培養(yǎng)一種健康的生活方式，但很多人對(duì)于他們的運(yùn)動(dòng)有多少是一無所知的，但是不適量的運(yùn)動(dòng)反而會(huì)影響他們的健康。體育運(yùn)動(dòng)后，身體會(huì)出現(xiàn)消極狀態(tài)，并且會(huì)使人逐漸遠(yuǎn)離運(yùn)動(dòng)，對(duì)于運(yùn)動(dòng)的持續(xù)發(fā)展造成影響。伴隨智能手環(huán)的廣泛應(yīng)用，我們可以準(zhǔn)確地了解他們?cè)谶\(yùn)動(dòng)中的運(yùn)動(dòng)情況，同時(shí)做出相應(yīng)的調(diào)整。這將改變?nèi)藗儗?duì)體育的負(fù)面影響，促進(jìn)體育運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。

　　同時(shí)，在監(jiān)測運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，智能手環(huán)的陀螺儀，速度計(jì)，壓力傳感器和羅盤，通過監(jiān)測手臂振動(dòng)，振幅來確定用戶的活動(dòng)。相對(duì)于健康監(jiān)測，智能手環(huán)運(yùn)動(dòng)監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，監(jiān)控結(jié)果也比較精準(zhǔn)，智能手環(huán)可以將運(yùn)動(dòng)者運(yùn)動(dòng)時(shí)間和運(yùn)動(dòng)速率和她的體重推算出消耗的能量。檢測用戶的睡眠也可以用到智能手環(huán)，并且對(duì)使用者在睡眠時(shí)候的細(xì)微運(yùn)動(dòng)通過傳感器監(jiān)測，并且分析他們的睡眠狀態(tài)。用戶可以隨時(shí)掌握自己的運(yùn)動(dòng)情況，智能手環(huán)還能監(jiān)測到身體的內(nèi)部和外部的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)。

　　當(dāng)用戶運(yùn)動(dòng)時(shí)佩戴了智能手環(huán)，智能手環(huán)可以根據(jù)其身高，體重和其器官計(jì)算出用戶的最佳運(yùn)動(dòng)量，并會(huì)因人推薦相應(yīng)的體育運(yùn)動(dòng)的指導(dǎo)。并且在運(yùn)動(dòng)的過程中，很容易由于個(gè)人興趣而忽略自己的身體對(duì)于運(yùn)動(dòng)量的需求，造成運(yùn)動(dòng)量過大，從而使得人體的系統(tǒng)免疫能力受到傷害，反而會(huì)弄巧成拙，影響身體健康。此時(shí)，智能手環(huán)就能起到監(jiān)控作用，結(jié)合相關(guān)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)將運(yùn)動(dòng)建議明確的展示給運(yùn)動(dòng)員，使運(yùn)動(dòng)員能夠基于參考數(shù)據(jù)，安排合理的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。因此，縱觀智能手環(huán)的各個(gè)方面，它在推動(dòng)體育運(yùn)動(dòng)的過程中起到很重要的作用。

　　伴隨智能手環(huán)的功能的不斷提高、宣傳的力度和范圍不斷擴(kuò)大，更多的人對(duì)智能手環(huán)的接納，使得購買智能手環(huán)的人也越來越多。因?yàn)橹悄苁汁h(huán)的主要作用是監(jiān)控用戶的身體狀況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并且根據(jù)這些提出建議，現(xiàn)在的人在日常生活中存在很多惡習(xí)，在智能手環(huán)的監(jiān)督和意見建議下，應(yīng)該會(huì)有更多的人參與體育鍛煉。前文談到智能手環(huán)能夠根據(jù)人體自身素質(zhì)的不同的建議不同的體育運(yùn)動(dòng)，例如籃球、足球、羽毛球、跑步等各種體育運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也將促進(jìn)體育的各個(gè)方面的發(fā)展，智能手環(huán)和體育運(yùn)動(dòng)的發(fā)展是相互相存的。同時(shí)智能手環(huán)在游泳上也扮演著重要的角色。具有防水功能的智能手環(huán)，不用擔(dān)心游泳時(shí)進(jìn)水導(dǎo)致不準(zhǔn)或者影響使用，因此它可以吸引很多游泳愛好者購買，為游泳者帶來便利。
 

 

　　四、智能手環(huán)的移動(dòng)支付功能開發(fā)

　　移動(dòng)支付的付款服務(wù)模式允許用戶使用移動(dòng)終端對(duì)消費(fèi)產(chǎn)品或服務(wù)，通過互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)設(shè)備或接近傳感器直接或間接向銀行金融機(jī)構(gòu)發(fā)出支付指令生成支付或轉(zhuǎn)讓的資金來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)支付功能。例如，使用支付寶付款和微信支付，都被稱為移動(dòng)支付。N FC支付也是移動(dòng)支付的另一種方式，是指消費(fèi)者在購買產(chǎn)品或服務(wù)，通過手機(jī)、智能手環(huán)和其他手持設(shè)備利用N FC技術(shù)來完成支付，是一種新形式的移動(dòng)支付。采用N FC廣播頻道的使用或自動(dòng)售貨機(jī)和P OS收銀機(jī)和其他機(jī)械設(shè)備為通訊設(shè)備完成支付過程，而不在單獨(dú)需要使用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。

　　隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，移動(dòng)支付已經(jīng)成為一種趨勢，我們要將其功能發(fā)揮的更好，將移動(dòng)支付和智能手環(huán)的功能應(yīng)用到最好?，F(xiàn)在社會(huì)，選用公共交通工具出行的人們，就會(huì)將一卡通作為必備的，一卡通確實(shí)給大家?guī)砹撕芏嘀Ц冬F(xiàn)金的方便，但是同時(shí)也存在一卡通遺漏、丟失、充值的不便等各種問題，此時(shí)，為了避免這些問題，智能手環(huán)成為了出行的必備之一，彌補(bǔ)了一卡通的不足。

　　智能手環(huán)不僅可以隨時(shí)進(jìn)行充值和查詢業(yè)務(wù)，還可以查到相關(guān)的支付記錄，能夠起到貼身小秘書的作用，記錄好每個(gè)月的出行里程，支出清單。而且智能手環(huán)免除了對(duì)商家有關(guān)一卡通客戶消費(fèi)所需支出的手續(xù)費(fèi)。因此智能手環(huán)也是大受商家追捧的，為了培養(yǎng)用戶對(duì)智能手環(huán)的使用習(xí)慣，也可以通過商家的一些優(yōu)惠打折手段，利用其自身的定位系統(tǒng)為商戶提供更高效的信息，對(duì)于商家和用戶都是雙贏的，也能夠很好的將用戶和商家聯(lián)系起來。隨著智能手環(huán)用戶的不斷增多，資金流的不斷建立，資金安全問題也成為大家需要重視的問題?，F(xiàn)在也有很多銀行也開通了相關(guān)業(yè)務(wù)，將信用卡和智能手環(huán)綁定，使得信用卡支付更加便捷，并且該手環(huán)除了能夠監(jiān)測睡眠情況和記錄運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，還具有支付功能，并且智能手環(huán)里面也安裝了銀聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)的安全金融芯片，安全問題也受到相應(yīng)的保障。智能手環(huán)用戶只需要佩戴手環(huán)，就可以在任意具有閃付機(jī)器上消費(fèi)。它的安全問題由信用卡相關(guān)銀行從交易管理方面、財(cái)務(wù)管理保障方面和物理層方面對(duì)其用卡安全做保障。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，銀行會(huì)根據(jù)用戶的移動(dòng)支付情況形成大數(shù)據(jù)，每位用戶的每一筆交易都會(huì)被記錄下來，留存，形成大數(shù)據(jù)用于到各個(gè)方面。

　　五、智能手環(huán)硬件設(shè)計(jì)方法

　　1、智能手環(huán)主控芯片

　　經(jīng)過多年的發(fā)展，單片機(jī)發(fā)展出了多種類型，如51單片機(jī)、MSP430單片機(jī)、TMS單片機(jī)、STM32單片機(jī)等[5]。而選擇使用STM32單片機(jī)的原因如下：極高的性能：主流Cortex內(nèi)核;豐富合理的外設(shè)，合理地價(jià)格;簡便的模塊化設(shè)計(jì);流暢極速的運(yùn)算速度。

　　2、心率檢測

　　光電傳輸測量原理，是指與皮膚和光電心率傳感器在緊密接觸的情況下，將一束光打在皮膚上來測量光的反射/透射。因?yàn)檠壕哂斜惶囟úㄩL的光吸收的特性，每次心臟向身體泵血時(shí)，特定波長就被血液所吸收從而減少，這樣心跳就能被確定。但是心率檢測的缺點(diǎn)是消耗能量較多，并且受到環(huán)境光的干擾。目前市場上智能手環(huán)或手表監(jiān)測心率主要采用光電傳輸測量方法。其他傳感器和測量方法存在較大誤差。

　　3、智能手環(huán)計(jì)步設(shè)計(jì)

　　電子計(jì)步器的核心是振動(dòng)傳感器，3D計(jì)步器采用目前比較廣泛使用的電子加速度傳感器，它的檢測結(jié)果更為精確且抗干擾能力強(qiáng)。3D計(jì)步器可隨意佩戴，不受外在因素影響，使智能手環(huán)的的設(shè)計(jì)更為簡便。

　　當(dāng)我們移動(dòng)時(shí)，我們有相應(yīng)的加速度，在某個(gè)點(diǎn)處有一個(gè)峰值。從腳的加速度檢測出步數(shù)是最準(zhǔn)確的。在行走時(shí)手的擺動(dòng)和腰間的擺動(dòng)所產(chǎn)生的加速度來計(jì)算，對(duì)加速度的波峰和波谷進(jìn)行檢測對(duì)比然后記錄就可以得到行走的步數(shù)。

　　4、智能手環(huán)傳感器的選擇

　　加速度傳感器基本款式是兩軸、三軸，兩軸只能測量平面;三軸傳感器則可更好地檢測設(shè)備在三維空間中X軸、Y軸、Z軸的位置，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的記錄。光電心率傳感器相對(duì)于測試心電信號(hào)法、振動(dòng)式測量所采用的不同的傳感器更加精準(zhǔn)，速度更快，更能提高智能手環(huán)的總體性能和可靠性。

　　5、鬧鐘設(shè)計(jì)

　　在系統(tǒng)時(shí)間的基礎(chǔ)上，打開智能智能鬧鐘喚醒，手環(huán)檢測到用戶處于淺睡眠狀態(tài)，在設(shè)定鬧鐘時(shí)間半小時(shí)前會(huì)先振動(dòng)3下;如果主人沒有醒來，一分鐘后手環(huán)就會(huì)再振動(dòng)三次。如果還未醒來，3分鐘后，手環(huán)會(huì)再震動(dòng)3次，9次震動(dòng)之后，如果你已經(jīng)清醒過來手環(huán)停止震動(dòng)，如果還未醒來手環(huán)會(huì)繼續(xù)振動(dòng)3下，振動(dòng)的次數(shù)取決于你起床的時(shí)間。震動(dòng)是由手環(huán)中的振動(dòng)馬達(dá)產(chǎn)生的。當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)時(shí)會(huì)觸發(fā)振動(dòng)馬達(dá)，震動(dòng)的時(shí)間由延時(shí)控制。

　　6、人體消耗能量檢測

　　智能手環(huán)是按照一定的卡路里消耗算法來計(jì)算的，它可能包括你的正常行走，慢跑，跑步的步數(shù)運(yùn)動(dòng)，但是很難判斷運(yùn)動(dòng)和力量的比例，所以只能通過你行走的步數(shù)來進(jìn)行計(jì)算你消耗的能量，并不是十分準(zhǔn)確，運(yùn)動(dòng)類型無法辨別。當(dāng)你在正常走路時(shí)所消耗的卡路里是你準(zhǔn)確消耗的能量;當(dāng)你在慢跑時(shí)所檢測到消耗的卡路里比你準(zhǔn)確消耗的能量要少;當(dāng)你在快跑時(shí)所檢測到的消耗的卡路里比你準(zhǔn)確消耗的能量要少的多。

　　六、智能手環(huán)軟件設(shè)計(jì)方案

　　匯編語言程序效率高，占用內(nèi)存小，但它是初級(jí)語言，需要了解相關(guān)的硬件結(jié)構(gòu)，編程難度，便攜性差。C語言具有高級(jí)語言和初級(jí)語言的一些特點(diǎn)，具有豐富的可調(diào)用函數(shù)庫，省去了大量重復(fù)設(shè)計(jì)的麻煩。所以本系統(tǒng)采用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和開發(fā)，整個(gè)程序由主程序和各個(gè)子程序組成。

　　1、智能手環(huán)主程序的設(shè)計(jì)

　　主程序是整個(gè)程序主要部分，它將各個(gè)子程序整合在一起，完成系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)處理、參數(shù)傳送、產(chǎn)生控制信號(hào)等功能[8]。當(dāng)系統(tǒng)通電后，各個(gè)子系統(tǒng)開始工作，并且單片機(jī)對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)需要手動(dòng)控制時(shí)按下相應(yīng)的觸摸鍵、產(chǎn)生相應(yīng)的按鍵中斷轉(zhuǎn)向人工控制。當(dāng)沒有人工控制時(shí)，接受各檢測系統(tǒng)檢測到的信號(hào)，通過LCD顯示相應(yīng)的參數(shù)，當(dāng)想要得知各項(xiàng)身體指標(biāo)時(shí)只需觸摸一下觸摸鍵便會(huì)將結(jié)果顯示在LCD屏上并保持亮屏3到4秒，以及實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)指標(biāo)之間的切換。

　　2、智能手環(huán)各個(gè)子程序的設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)采用C語言編寫數(shù)據(jù)采集和處理算法模塊。將系統(tǒng)基本信息、計(jì)步、心率、溫濕度等各個(gè)子程序利用庫函數(shù)進(jìn)行模塊化編寫，最后插入到總程序中。

　　(1)溫濕度采集：在設(shè)計(jì)溫度轉(zhuǎn)換電路時(shí)采取溫度傳感器或者熱敏電阻。在利用轉(zhuǎn)換電路之后，利用單片機(jī)進(jìn)行頻率測量，來間接的得到測量溫度的方法。溫度檢測的方法是利用熱敏二極管、熱敏電阻這些器件作為傳感器去實(shí)現(xiàn)溫度與電阻的動(dòng)態(tài)改變。最終用單片機(jī)檢測振蕩器的輸出頻率，然后操縱溫度和頻率之間的函數(shù)關(guān)系間接來檢測頻率和速率。這種傳感器通過半導(dǎo)體溫度特性達(dá)到溫度測量功能。

　　(2)心率監(jiān)測：光電傳感器發(fā)出一定波長的光并打在皮膚上，身體內(nèi)的血液對(duì)一定波長的光有吸收作用，心臟泵血時(shí)血液會(huì)吸收特定的波長，當(dāng)傳感器檢測到返回的波長數(shù)量與發(fā)射的波長數(shù)量不同時(shí)會(huì)將差值轉(zhuǎn)換為電壓值，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為16數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

　　(3)IIC總線數(shù)據(jù)傳輸：具體數(shù)據(jù)通信工作流程：需要發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備是主要設(shè)備，發(fā)送一個(gè)總線啟動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng)總線，在往總線上發(fā)送數(shù)據(jù)接收方從器件的地址。主器件發(fā)送的地址信號(hào)所有器件都能從總線上接收到，將接收到的地址與設(shè)備中自己的地址進(jìn)行比較。只有來自設(shè)備的可尋址是接收器，如果地址是一致的，則發(fā)送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)來建立連接、發(fā)送數(shù)據(jù)，將傳感器所測得的數(shù)據(jù)顯示在LCD屏，并進(jìn)一步發(fā)送到手機(jī)或者電腦，直到數(shù)據(jù)傳送結(jié)束。

　　(4)按鍵設(shè)計(jì)：智能手環(huán)的按鍵設(shè)計(jì)主要是觸摸屏設(shè)計(jì)，既增加了它的智能化，又增加了它的簡潔化，使得體積更小，佩戴更加舒適。這樣的設(shè)計(jì)更增加了它的可靠性和耐用性。