#第一届立创大赛#老人智能手表 - 立创电子设计大赛

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第一届立创电子设计大赛

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<h2> </h2> <h2>1研究背景</h2> 随着移动技术的发展，许多传统的电子产品也开始增加移动方面的功能，比如过去只能用来看时间的手表，现今也可以通过智能手机或家庭网络与互联网相连，显示来电信息、Twitter和新闻feeds、天气信息等内容。 早在2013年8月份，谷歌收购了智能手表厂商WIMM，后者的业务主要是生产采用谷歌Android操作系统的<a href="https://www.baidu.com/s?wd=%E6%99%BA%E8%83%BD%E6%89%8B%E8%A1%A8&tn=44039180_cpr&fenlei=mv6quAkxTZn0IZRqIHcvrjTdrH00T1Y3mW6vnynvPj9bnW04uWbY0ZwV5Hcvrjm3rH6sPfKWUMw85HfYnjn4nH6sgvPsT6KdThsqpZwYTjCEQLGCpyw9Uz4Bmy-bIi4WUvYETgN-TLwGUv3EnHRLP16kPjb3P1nvnWc4n1n3n0" target="_blank">智能手表</a>，同时还支持Wi-Fi和蓝牙技术。WIMM<a href="https://www.baidu.com/s?wd=%E6%99%BA%E8%83%BD%E6%89%8B%E8%A1%A8&tn=44039180_cpr&fenlei=mv6quAkxTZn0IZRqIHcvrjTdrH00T1Y3mW6vnynvPj9bnW04uWbY0ZwV5Hcvrjm3rH6sPfKWUMw85HfYnjn4nH6sgvPsT6KdThsqpZwYTjCEQLGCpyw9Uz4Bmy-bIi4WUvYETgN-TLwGUv3EnHRLP16kPjb3P1nvnWc4n1n3n0" target="_blank">智能手表</a>能与<a href="https://www.baidu.com/s?wd=%E6%99%BA%E8%83%BD%E6%89%8B%E6%9C%BA&tn=44039180_cpr&fenlei=mv6quAkxTZn0IZRqIHcvrjTdrH00T1Y3mW6vnynvPj9bnW04uWbY0ZwV5Hcvrjm3rH6sPfKWUMw85HfYnjn4nH6sgvPsT6KdThsqpZwYTjCEQLGCpyw9Uz4Bmy-bIi4WUvYETgN-TLwGUv3EnHRLP16kPjb3P1nvnWc4n1n3n0" target="_blank">智能手机</a>实现信息同步，在其固定屏幕上显示手机推送的信息。同时，这款产品还预装了Micro Apps应用，该应用中的日历也具有同步功能，涉及Exchange、天气、时钟、秒表、闹钟等。 现在的手表主要面向大众人群，年龄跨度较大，针对性不强。其次，目前手表功能过于单一，无法满足特殊人群的需求。而真正意义上是专门针对中老人群而设计的产品毕竟为数不多，现今市场上的老人手环不仅不便于携带，而且还未能满足中老年的人的各方面需求 <h2>2研究意义</h2> 随着我国经济发展与人民生活水平日益提高，居民消费水平的提高将带动国内智能手表行业的发展。老人，作为弱势群体，他们的健康以及安全问题理应得到看护人或者社会的关注。首先，老年智能手表专为老年人群设计，能够满足老年人这群特殊人群的需求，解决了现今当下智能穿戴设备产品针对性不强的问题。智能手表融合了多个界面，服务内容不再单一化，而是多样化，更好的满足老年人的需求。其次，我国人口数量大，且老年人口数量增加，包括空巢老人，缺少生活自理能力的老年人，因此我国智能手表市场的需求在不断的变大。智能手表是近几年非常热门的概念，受到许多投资方看好。随着国内投资者的加入，智能手表行业的发展环境将进一步成熟。 <h2>3研究适合人群</h2> 主要目标人群为中老年人，这些中老年人的共同特点是子女忙于工作，无暇照顾他们的日常生活，健康状况不佳。 <h2>4面临问题</h2> 4.1、当今市场的智能手环，功能太过于花哨，某些功能与手机重复，但硬件体验上又与高昂的价格相悖。功能盖过于需求。 4.2、功能多，却功耗大。智能设备难逃电池瓶颈。 4.3、价格不菲，真正意义上的高配，价格有与之成正比，离普通大众距离尚远，更谈不上是老人智能手表了。 <h2>5原创性与创新点</h2> (1) 原创点 基于计步算法，通过自主数字滤波，能精确的检测老人的运动状态，并通过语音进行适时运动提醒。 (2) 创新点 1) 该智能手表添加A7 GPS GSM芯片，智能解析NMEA报文，并取得精准定位信息与时间。 2) 该智能手表添加智能电源管理，通过中断唤醒主芯片，其余时间都处于睡眠状态，屏幕5s后熄屏，手表静止单片机进入睡眠，直到状态转为运动时，单片机唤醒。同时为减少功耗，只要没有触发一键求救功能键，A7 GSM GPS芯片处于断电状态，按住“一键求救”功能键5s后，A7 GSM GPS芯片工作，获取定位信息，并校对时间，结束后，芯片停止工作。 <h2>功能与指标</h2> (1) 语音适时运动提醒（计步算法检测运动状态） (2) 日常心率检测 (3) 一键短信发送GPS定位求救 (4) 语音吃药提醒 (5) 电源管理 (6) 手势切换菜单 该手表以健康为导向，利用单片机对LIS3DH三轴加速度传感器、SON1205心率传感器数据进行采集和运算，分析出老人步行的步数和心率的实际值，通过与初始校准的的标准值进行对比。若在误差范围之内，则会通过语音提醒老人。为尽量安全的保证老人的安全，该智能手表设有一键短信发送GPS定位信息给家属的功能。另外，为减少功耗，该智能手表还添加了电源管理功能，并将不必要的模块断电，尽可能减少不必要的功耗的产生。通过反复测试，该老人智能手表在正常工作范围之下，可以有效的做到检测老人运动状态、准确的在预设时间提醒老人吃药、并能在按下求救键后，精准的定位当前位置并发送的短信给预存的紧急求救号码 <h2>硬件框图 </h2> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/XEMTfpKSTQkN770jVgjHzu8zlL9F6XufBSBOPcbq.png" alt="" width="682" height="410"> 图2-5-5：硬件框图 <h2> 软件流程</h2> <img src="//" alt=""><img src="//image.lceda.cn/pullimage/fRCcvfN6LJYfNa5IU9keU2jEiG376BEwYaPfHEkB.png" alt="" width="749" height="316"> 图2-5-6：主线程流程图 <img src="//" alt=""><img src="//image.lceda.cn/pullimage/KHqvO4GpiXpIuigvorUg8wbJWNpW1J922XSDeU4A.png" alt="" width="793" height="1037">图2-5-7：手势切换菜单 <img src="//" alt=""> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/8sEfezH0YYQqYD7Gdg2ntRAcndGoLwdyHI2oImIu.png" alt="" width="610" height="741">图2-5-8：计步 <h2>7 外观设计</h2> 手表的外包装采取环保、绿色材质，具有美观、大方、无污染的优势，在充分体现我们产品优势的同时，更好的保护了环境，符合我们“健康”的理念。手表外壳由是3D打印机自主设计打印出来的，3D打印的耗材具有打印是无气味、收缩率小、疏水性强、高抗击强度、透明度高、光泽好和可回收等优点。 <img src="//" alt=""> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/Lg5rCTyWCwGhyhKum0GleHbTzWeLPqdJLSta7Jhj.png" alt="" width="781" height="657">图2-6-1：手表外壳（正面） <img src="//image.lceda.cn/pullimage/aIgvRJNCqu8ZTWpatcf44oaicooP0u06aCnsgJqq.png" alt="" width="945" height="747">图2-6-2：手表外壳（反面） <img src="//image.lceda.cn/pullimage/SPTpzW0ujT2AsBvTEWCuncw2ohimVQLK7Hf8cjRF.png" alt="" width="815" height="689"> 图2-6-3：手表后盖（内面） <img src="//image.lceda.cn/pullimage/3vFHxLQgqWVWmETX0l7NAUSo8bBN9TS1dL0SQGqz.png" alt="" width="599" height="605">图2-6-4：手表后盖（外面） <h2>测试数据</h2> (1) 为了检验计步算法检测老人运动状态的精确度以及误差率，在加速度Z轴向上的情况下，以不同的步频不同步数取值。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/tBA07VorlMQ2rfuX8CBr67y63wvphUCtvInSffZY.png" alt="" width="1373" height="518"> 图3-2-1:30步手拿一般速度 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/mFFQgtxKN1qtTtK8A7nYnhi3PqN3tnYewepE9TJ3.png" alt="" width="1428" height="540">图3-2-2:32步一般速度 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/z2WM2mSu04HcV5as7iVT69EGLu7WpJ21y3CjPVl4.png" alt="" width="1465" height="791"> 图3-2-3：快速13步手拿（带滤波） <img src="//image.lceda.cn/pullimage/1WZ6sO8Zyhafo8FhsaIFE8zego8tz5w6L6KkiVhZ.png" alt="" width="605" height="258"> 图3-2-4：快速13步手拿 (2) A7 GPS GSM数据报文（不同地点不同时间采样） <img src="//" alt=""><img src="//image.lceda.cn/pullimage/xE8dN2qt0D2ahf0N6JBUi6vMjpR9m2dWr0rPSDmf.png" alt="" width="918" height="515"> 图3-2-5:16年8月16日17:56:21 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/purcgEBKASIkQvOwk0WVI7f6UPbqPIOL0i1fTbY3.png" alt="" width="920" height="513"> 图3-2-5:16年8月16日17:56:21 解析结果： <img src="//" alt=""><img src="//image.lceda.cn/pullimage/duF8xLRbHwtMpVuTnPP0CjiRyBQcxhnaAMzvBa74.png" alt="" width="918" height="513">图3-2-6 <h2>3 结果分析</h2> (1) 在加速度Z轴向上的情况下，以不同的步频,不同步数取值测试后，再次确认通常情况下，普通人的步频最快不达5步每秒，最慢也不低于0.5步每秒。另外上述测试数据也说明了信号在0.5-5Hz频率范围内为有效信号。测试数据表明，人体最快的跑步频率为5HZ，也就是说相邻两步的时间间隔的至少大于0.2秒，在计步中，过滤高频噪声，同时通过和上次加速度大小进行比较，设置设立一定的阀值来判断运动是否属于有效，有效运动才可进行记步，更好的增加了精准度，减少了误差，很有效的去除噪声对步数判断的影响。 (2) 在A7 GPS GSM数据报文（不同地点不同时间采样）测试中，数据解析正常，结果正确，且精度高，结果几乎或可认定为无误差。 根据测试结果显示，本装置满足本功能要求，并且误差在题目的允许范围内，因此可以得出以上结论，功能设计达到要求，且效果较好。 <h2>源代码和程序清单</h2> (1)、源代码截图： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/YGcXrxWDX3kyG4tH9GbXNnkCTs1RP0paJ8Z7PHCq.png" alt="" width="625" height="769"> 图4-1-1 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/lvhE6eeD2fVJ8pLKVrFNafAXswuqUt0aJkRs3XB9.png" alt="" width="766" height="779">图4-1-2 (2)、程序清单： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/ZK9VwG0dEh3WvzwxV5vbJTnc99rYS1wfBYHNKnx3.png" alt="" width="264" height="371">图4-1-3 <h2>2 扩展应用系统电路图</h2> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/IwudWh6yl4trNTkeGe8ZxjjvsTCN7ktoDG2etv4u.png" alt="" width="562" height="590"> 图4-2-1:单片机 STC15W4K58S4 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/781Q4qESJCbcbKUjX14BP2yNsg4a8bjz50buQcnz.png" alt="" width="289" height="375"> 图4-2-2：OLED输出电路 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/teCwPgC784eBgTQt3ZCtG7cRYok93RZ6pW1OqxlQ.png" alt="" width="610" height="375"> 图4-2-3：A7 GSM GPS芯片电路 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/0RVOdGQzRl3fCUNVdezPIlWGAu2DbdDEh1uZAXiP.png" alt="" width="758" height="442"> 图4-2-4：讯飞XFS5152语音芯片 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/R6SYhAxtVY8ArnAecW5RjcClOH22SVxKv9pm7LOC.png" alt="" width="844" height="324"> 图4-2-5：SIM卡槽电路 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/Cf10RHFSoONM9KYzngORNCTctkdEGk09D72Irr1u.png" alt="" width="488" height="276"> 图4-2-6：讯飞语音扬声器电路 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/WhBJ0eMw59yVxHTysUJTI9rN7Y6lCjtvJKEBuHaU.png" alt="" width="481" height="216"> 图4-2-7：HT1382时钟芯片电路 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/UJC0UE03NdkzbfgCK5OVCAPGwlxWRMN1zV3baGZp.png" alt="" width="406" height="270"> 图4-2-8：LIS3DH加速度传感器电路 <h2>3 扩展应用系统PCB图</h2> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/sOFY3SqklhRaGhbelj2XA0LReWFsMpjRs3ngWkIJ.png" alt="" width="357" height="313"> 图4-3-1：A7 GSM GPS PCB板（正面） <img src="//image.lceda.cn/pullimage/nEwWeAdYMFoAtxPFoRQNyA7cALkQfbaCXrfxjIgY.png" alt="" width="369" height="308"> 图4-3-2：STC15W4K58S4主板PCB板（正面） <img src="//image.lceda.cn/pullimage/0HCjRsfZ88gX9auJAn8sQHozHHYiEWwEKftY0POw.png" alt="" width="362" height="314"> 图4-3-3：A7 GSM GPS PCB板（反面） <img src="//image.lceda.cn/pullimage/KecRgXLyqbI8HcymzWZgeHw8q6rbtPZTNj5l4tXw.png" alt="" width="350" height="310">图4-3-4：STC15W4K58S4主板PCB板（反面） 成品图 <img src="//" alt=""> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/tjj5s8fIjz4o8D7z8YEVswjOYoa1KeLAwQphjwxO.jpeg" alt="" width="800" height="600"> 图：吃药提醒界面 <img src="//" alt=""><img src="//image.lceda.cn/pullimage/jx1VKgwg3rj6057aa50jolPP92Nvmtt7kiTQsuwB.jpeg" alt="" width="800" height="600"> 图：心率检测 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/Wl4f4HkndM88vRKtaBIlVrOzTTK8xdxZLUEf0DVw.jpeg" alt="" width="800" height="600"> 图：sos求救界面 最后附上裸机图： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/7XTMqbnLZFhEZaD3NeFbfSpW1lTCqTC51MsgwJaH.jpeg" alt="" width="800" height="600"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/wzcfaKESvQKCTSihV65F4pDMgLS9lETxCg0E3pdV.jpeg" alt="" width="800" height="600"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/5A4x8KthIZw36q9utLDKwwhGH7EBvlsDgplGgOvp.jpeg" alt="" width="800" height="600"> 更多项目详情见链接：<a href="http://club.szlcsc.com/article/details_809_1.html" target="_blank">http://club.szlcsc.com/article/details_809_1.html</a> 本项目归立创社区“老人智能手表”所有 <img src="//" alt="">