德州學院機電工程學院鄭培東王志坤

一種智能手表的設計研究

德州學院機電工程學院鄭培東王志坤

跨入二十一世紀以來，人們的生活水平和物質需求在飛速增長。在科技高速發(fā)展的今天，任何東西都在變得智能化、小型化、簡單化，基于人們現在生活中所需要的科技技術，研究設計了一款適合于多種人群的智能手表，該手表輕重適中，功能齊全，是運動人群和高端科技愛好者的一個不錯選擇。

指紋解鎖；計步；測量心率

手表是人們生活中不可缺少的一個日常用品，是人們掌握時間的利器，從古代的日冕計時到現在的電子/機械手表，物品發(fā)生了變化，但是時間的重要性一樣未變。近來，智能手表作為“可穿戴計算機”成為各大科技公司爭相開發(fā)的一大產品，是一塊不可估量的“蛋糕”。據有關公司預計，到2026年，全世界的“可穿戴計算機”的出售總額將會達到1500億美元[1]，由此可知，“可穿戴計算機”將會在未來普及到每家每戶。我們將GPS模塊、指紋識別模塊、定位導航系統(tǒng)等植入手表中，研究設計出了一款智能手表，基本滿足現在大眾人群的所有使用需求。

1 產品功能及組成

（1）導航及GPS定位：使用者可以利用手表內的GPS全球定位模塊，精確定位自己所在的位置。在迷路時，可以用智能手表的導航功能來查找自己要去的地方。

（2）計步及測量心率：酷愛運動的人們，十分關注自己的運動量和身體健康情況，本手表利用光電技術精確記錄運動人員的心率，利用陀螺儀記錄運動人員的跑步或散步步數。

（3）錄音及撥打電話、播放音樂：使用者可以利用設置在手表內部的聲卡芯片進行錄音。也可以在運動時將手機卡插入手表中，進行必要的辦公，當需要音樂的時候，可以手動觸摸手表顯示屏進行音樂播放。

2 工作流程圖

3 功能實現

指紋識別：本產品采用天誠盛業(yè)公司生產的OME指紋識別模塊，該模塊集指紋采集、圖像處理為一體，對數據進行存儲和加密，其加密算法符合國家的標準算法，適應手指的多種“干濕”情況，算法還支持手指的360度角度識別，特別適用于電子精密儀器的使用。

計步：計步所用的陀螺儀MPU-6050是全球第一個整合性6軸運動處理組件，其工作正常狀態(tài)可適應多種不同的電壓，相比于其他型號，具有精度高、體型小、耗能低等特點。

測心率：該手表采用的是由可穿戴生物識別數據傳感器技術的創(chuàng)新者Valencell創(chuàng)建的光學心率檢測技術，其原理是使用安裝在手表下面的LED將光線照射到手腕上，并測量由血管反射的光量，隨著血流的動力學變化，進入身體的光將以可預測的方式散射，將這些數據代入提前設置的公式中就會算出心率。

定位及導航：定位采用的是全球3D定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)由4顆衛(wèi)星共同參與計算，通過運算使用者與每個衛(wèi)星的距離，采用距離交會法得到接收機的經度、緯度、高度和時間修正量這四個參數，然后進行計算，最終的精準程度能達到2m。導航采用的是面包屑式導航，使用者提前到本產品的官網下載需要的離線地圖，當遇到陌生的地方或者迷路時，就可以用手表進行導航。

撥打電話：手表側面設置有放手機卡的空位，可支持三網4G。

4 硬件設計

硬件的主控部分采用的是STM32F103ZET6的STM32最小的系統(tǒng)[2]，將其與MPU-6050陀螺儀、OME指紋識別模塊、光學心率模塊和定位導航系統(tǒng)連接在一起，就構成了我們研究設計的新型智能手表，其硬件框架圖如下圖所示。

硬件框架圖

5 應用前景

當今世界，科技飛速發(fā)展，現在人機交互成為主流發(fā)展對象，誰的產品最新穎、最智能就會占領最大的市場份額，作為物聯(lián)網消費最大的“可穿戴計算機”，是二十一世紀最時尚的代名詞，智能手表作為“可穿戴計算機”的一種，也在飛速地發(fā)展著，各種功能也在不斷地增加，本產品結合市場的需求，將多種智能功能應用于其中，符合大多數人群的使用需求，是未來人們不可或缺的一項日常用品。

[1]新浪手機.規(guī)模達到1500億美元10年后智能穿戴市場的規(guī)模將擴大5倍[EB/OL]可穿戴設備網[2016-07-12].

[2]錢玉斐,宋宇飛.基于嵌入式的智能手表設計[J].智能處理與應用,2016.

鄭培東，男，1995年出生，山東省濟寧市人，本科，研究方向：智能家居。