基于單片機的智能手環設計

李阿會，孫 彪，童翠艷，嚴雅娜

（安徽三聯學院，安徽 合肥 230601）

0 引言

隨著人口的增加和經濟的快速發展,人們不再局限于小范圍的工作。 這使得各個家庭在面對如何能及時了解父母身體健康與個人工作之間找到一個平衡點的問題越來越突出。 基于此現狀,文章提出智能手環這一想法,幫助每個家庭解決棘手的問題。 “老年化”形勢不可阻擋,“智能”的提升越來越符合當前社會發展的趨勢。 例如,電腦、智能手機等智能產品可以幫助人們更好地實現實時工作。 通過智能化設備的應用與移動互聯,整個社區、醫院以及贍養老人和子女等之間能進行共同交流,以便更好地照顧和幫助家庭里的老年人,讓他們都可以享受更加幸福的晚年生活［1］。

1 智能手環的研究意義

現代社會老人因為社會精神和物質生活需要得不到充分滿足,同時由于社會交往和文化活動的欠缺以及對子女的關愛缺失,這部分群體更容易產生各種精神障礙和疾病。 為了解決這些問題,子女應在保障老人基礎生活的前提下加強對老人的“精神贍養”。 因此文章旨在保障空巢老人的生活,開發了Wait 手環。 通過此手環來實現幫助子女照看老人、陪伴老人和關愛老人的功能。 對于身處異地的子女,他們將更好地為老人帶來心理慰藉,從而降低老人患上心理疾病的概率。

Wait 手環是一種可穿戴智能化的裝置,是將各類傳統的硬件、新型交互式信息技術(其中主要包括語音、手勢識別、眼球識別、骨骼信息傳導等）與云計算應用服務有機融合而形成的一種綜合化裝置。 可穿戴智能化的裝置因為它具有的方便性、安全性、可隨身攜帶、體積輕巧且操作簡單的優點,被廣泛地應用于許多行業,在國內外都得到了較廣泛的實際應用。 相比其他可穿戴設備,它具有低成本、高續航性等優勢,也更容易被普通人群所接受,發展前景一片光明［2-4］。

2 功能分析

Wait 手環系統整體包括其中所測量的身體(血壓、血糖、心跳）模塊、記錄身體的心情(音頻）模塊、控制(視頻）投影模塊、采集聲音(圖像）模塊、信號收集器(視頻）模塊、傳遞數據(圖像）模塊、感應器(圖像）模塊及加速計(聲音）模塊。 Wait 手環上配備了心跳監聽系統和聲音信息收集系統,搜集一些表示自己心情的感嘆詞,配合心跳監聽的功能用來判斷人的心理情緒波動。 這些數據的傳輸模塊首先是通過一個內存卡把所有的實時信息儲存起來,接著借助一個微型SIM 卡,把所接收到的資料上傳到云端,最終讓這些監控設備中的數據可以實時地同步到監控設備中的終端,即子女的手機App 中。

Wait 手環具有以下特點。

(1）家庭親情鍵:圖標為電話。 想念自己的孩子時,老年人可以按下這個圖標的按鈕,直接與自己的子女進行通話。

(2）緊急呼救鍵:圖標是紅色的醫療盒,按鍵并經過語音確認之后就能直接撥打110 或120,并自動將家中老人的動態位置信息發送到附近的醫院或民政部門警局系統,便于對家里的老人及時采取措施進行幫助。

(3）人體睡眠監控模式:該圖標為一個人的睡眠狀況。 能實時對佩戴此Wait 手環的用戶進行睡眠時間監測,記錄其睡眠狀態,還可以實現對使用者睡覺和起床時間的提醒功能。

(4）體育運動模型:象形畫像表示為一個運動中的男性。 可以實時監控使用者在運動中的距離與熱量的消耗,及時為使用者提供一些運動意見。

(5）保持健康模式:圖案為心形。 能夠實時監測父母的血壓、血脂、血糖、心率、脈搏、體溫及身高和健康指標的評分、智能建議等［5］。

另外,這個Wait 手環還具備了許多被動的功能:GPS 定位,身體異常自動呼救,疲勞時的語音提醒和備忘錄時的語音提示等。

3 Wait 手環的電路設計

3.1 使用材料

Wait 手環的外殼和表帶所采用的材料均為一種記憶性橡膠的原料。 防水、無毒、抗靜電性能優良等都是這種記憶性橡膠所必須具備的優勢。 這種材料的表面柔和光滑,不容易沾上灰塵。 Wait 手環中心部分采用的是一種新型納米材料,與其他傳統的復合材料相比,納米材料制作出來的這款手表相比其他傳統手表重量更輕、硬度更強、使用壽命更長、維護成本也更低、設計也更方便。

3.2 硬件電路設計

(1）電源系統。

Wait 手環采用的是非接觸式充電技術。 當Wait手環中的電用到一定區間范圍內時,Wait 手環會發出提示聲,直到電耗完。 之所以沒有采用市面上已有的接觸式充電技術,使用電池作為電源供電,是因為電池環保效益較低。 為保證老人的使用時間,Wait 手環中會設置超節電模式,充一次電基本上能使用一年。

(2）外觀設計。

由于Wait 手環的目標人群為“空巢老人”,Wait 手環的整體顏色分為夕陽紅和軍綠色兩種。 Wait 手環的顯示點則設計成紅點,寓意著兒女一直在遠方牽掛著老人,有著暖暖的親情聯系,代表著兒女的真心。

(3）具體電路。

人們在日常的行走過程中,身體可能會產生一些振動,數字加速度計便可以識別這些振動,在接收到這些振動后對其進行處理并將其數字化,經過低通濾波器處理的數據再次轉換成一個數字,傳輸給一個主控模塊內部進行信號處理,最后把已經完全處理好的信號和數據顯示在液晶顯示屏上,對佩戴者的步數進行相應地測量和計算。 數字加速度計所需要使用的控制芯片一般是 ADXL345,主控模塊所需要使用的是STC89C52,液晶顯示模塊一般是LCD1602(見圖1）。

圖1 硬件電路模塊

此Wait 手環內置系統一級的節能功能主要是通過設定一種閾值,進而設置自動調節的靜止休眠或運動叫醒模式來實現的,能夠自動做到無限度的中斷和通電處理,不需要任何微控制器干預。 系統其他部件都能完全對其進行不通電的處理,高深度的嵌入式模型可以在超負荷時盡量減輕其他部件的處理器所面臨的問題。 在被喚醒狀態下可以選擇自己進行有關運動和激活啟停開關。

4 結語

文章基于對老年人群體這一特定用戶對象的研究和分析,為滿足老人身心健康需求,設計了一款Wait 手環產品。

第一,Wait 手環的設計理念是滿足老年人的基本健康需求。 Wait 手環設計融入了當下流行的父母端+子女端相結合的模式,不僅創新了老年人可穿戴產品的設計,而且體現出了社會對老年人的關心與愛護。Wait 手環的設計理念是在直接加強子女和老人交流的同時,還可以在生活中間接地為老年人提供各種各樣的產品和服務。

第二,Wait 手環設計的方案對老年人的心理特性進行了適當分析,滿足了老年人的需求。 針對軟件的使用、應用信息的架構、頁面流程和接口的設計等方面進行人性化地設計。

Wait 手環便于老年人適應使用,操作簡單,能夠減輕老年人在使用手環過程中產生的受挫感。 另外,在外觀造型的設計以及頁面視覺效果上盡量與當前流行的產品風格有所區別,避免與同類產品在設計上“老年化”特征相同。