基于嵌入式系統(tǒng)智能手環(huán)的設(shè)計(jì)開發(fā)

　　6.系統(tǒng)任務(wù)關(guān)聯(lián)

　　6.1 G-sensor工作原理

　　重力傳感器是將運(yùn)動(dòng)或重力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器，主要用于傾斜角、慣性力、沖擊及震動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量。在測(cè)量平臺(tái)傾斜角時(shí)，將重力傳感器垂直放置于在所測(cè)平臺(tái)上，重力傳感器的敏感軸應(yīng)與傾斜平臺(tái)的軸向一致，在水平狀態(tài)下應(yīng)與水平面平行，如圖五 所示，其 中α 為平臺(tái)沿某一方向的傾斜角。重力傳感器的質(zhì)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(chǎn)生偏移，使重力傳感器的輸出電壓發(fā)生變化。若重力傳感器在水平狀態(tài)下的輸出為0 V ，傾角為α 時(shí)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(tǒng)任務(wù)關(guān)聯(lián)流程圖如下：

　　圖六 系統(tǒng)任務(wù)關(guān)聯(lián)流程圖

　　6.2跑步和運(yùn)動(dòng)速度監(jiān)測(cè)

　　運(yùn)動(dòng)檢測(cè)主要采用三軸加速傳感器來實(shí)現(xiàn)，這也是手環(huán)的最核心的組件之一，這個(gè)組件的作用是計(jì)步測(cè)量。簡(jiǎn)單來說，三軸加速器的工作原理是，當(dāng)人在正常行走時(shí)其實(shí)會(huì)產(chǎn)生水平和垂直兩個(gè)加速度，當(dāng)用戶邁步時(shí)，單腳著地重心上提，垂直方向呈向上加速度，而繼續(xù)往前走重心回落，加速度方向。而在水平方向，則是邁步時(shí)向前加速，收腳是減小。當(dāng)用戶邁步時(shí)，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(huán)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(gè)步伐的過程，如此就可以推算出用戶行進(jìn)的步數(shù)。

　　圖七 運(yùn)動(dòng)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)原理

　　6.3睡眠監(jiān)測(cè)

　　使用體動(dòng)記錄儀跟蹤您的睡眠，監(jiān)視您的微小運(yùn)動(dòng)，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(dòng)減少和感覺靈敏度降低作為衡量指標(biāo)的，目前對(duì)于睡眠深度的精確測(cè)量還是比較困難的。

　　睡眠監(jiān)測(cè)是通過傳感器監(jiān)測(cè)人的動(dòng)作，以系統(tǒng)的計(jì)算方式進(jìn)行累計(jì)計(jì)算，每2分鐘記錄一次合計(jì)值，與此同時(shí)的姿勢(shì)數(shù)據(jù)得到記錄。通過計(jì)算來判斷睡眠狀態(tài)。

　　表二 睡眠質(zhì)量判定

　　6.4 數(shù)據(jù)的同步

　　智能手環(huán)數(shù)據(jù)的同步主要有三種同步方式：藍(lán)牙，NFC，USB。對(duì)于三種同步方式有不同的優(yōu)缺點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)手段如下表：

　　表三 智能手環(huán)數(shù)據(jù)傳輸方式的對(duì)照

　　7.主程序結(jié)構(gòu)

　　圖八 主程序結(jié)構(gòu)流圖