论文总字数：30714字

摘 要

为方便运动爱好者了解自身及周围的环境特征，针对运动状态下的数据采集及远程传输需求，设计了一种用于外部环境测量的智能手环。手环将采集到的环境特征数据通过Wi-Fi网络传送到上位机客户端，上位机客户端不仅可以显示下位机采集到的数据，同时还可以对传送过来的数据进行有效的分析并以此向用户提出合理的建议。这种下位机-上位机相结合的设计模式，不仅能解决传统手环因屏幕带来的耗电量高，不易维护等诸多问题，同时还可以有效地利用手机，PC机强大的运算能力为使用者提供良好的用户体验。测试表明该智能手环可以让用户以极低的功耗完成外部环境参数的采集和分析工作，具有广阔的应用前景。

关键词：Mbed 运动状态 传感器

，

Intelligent bracelet - external environment factor measuring instrument based on Mbed

Abstract

An intelligent wireless environment sensing and monitoring bracelet is designed give convenience to the sports enthusiastic who is willing to know its surrounding environment. This bracelet is able to record the motion state data and transmit them to the remote client. Environmental parameters such as air pressure， temperature，motion state are collected in real time by the intelligent bracelet which comprises STM32F401 and sensors. STM32F401 is a special MCU which is designed for the IOT(The Internet of things). All the collected data can be transmitted to the upper-client by the Wi-Fi network. The upper-client can not only show the collected data but also do the analysis and give the reasonable suggestions based on the receiving data. This upper-lower design pattern not only solve the problems like expensive，complex，unstable and not suitable for remote application which is happened in the traditional bracelet but also provide a good user experience by effectively using the powerful operation ability that provided by the mobile phones and PCs. This bracelet realizes the intelligent remote monitoring of the environment and users can measure the factors with an extremely low-power consumption. The bracelet has a broad application prospect.

Key Words: Mbed; Motion state; Sensors

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 前言 1

1.1 背景 1

1.2 国内外研究现状 1

第二章 智能手环的总体设计 3

2.1 功能描述 3

2.2 系统分析 3

第三章 智能手环系统硬件设计 5

3.1 主控模块 5

3.2 呼吸灯电路设计 7

3.3 串口模块电路 7

3.4 气压检测电路 8

3.5 方位检测电路 9

3.6 姿态检测电路 9

3.7 总体电路 11

第四章 智能手环系统软件设计 12

4.1 软件总体设计 12

4.2 Mbed主程序设计 14

4.3 LED呼吸灯程序设计 16

4.4 I²C协议 16

4.5 气压检测程序设计 18

4.6 方位检测程序设计 20

4.7 姿态检测程序设计 22

4.8 Android上位机程序： 24

4.9 PC机程序设计 26

第五章 智能手环系统系统调试 28

第六章 智能手环系统结论 38

参考文献 39

致谢 40

附录 41

前言

背景

随着电子技术的不断发展，可穿戴设备逐步走入人们的生活中。在众多可穿戴设备中，主打健康的智能手环无疑是其中最为耀眼的“明星”，在其他智能设备还仅仅处在概念期时，智能手环已经呈现出百家争鸣的局面， 乐心MAMBO、咕咚智能手环2、Bong智能手环等一系列智能手环开始出现在市场上。

目前智能手环作为可穿戴计算产品的重要一员已经成功进入健身娱乐、体育、医疗等行业，其相关产品也相继问世。无论是国外还是国内厂商，都在不断推出更加吸引人的智能手环设备，尤其是在健身浪潮正盛的现代，智能手环相比之前得到了空前的关注。在未来的几年中智能手环将带来巨大的产业价值。可以想象更多的智能手环会被研发出来并流行开来，造福人类。

通过对用户使用习惯的深入分析发现，在智能手环提供的众多功能中，温度、气压以及自身运动状况成为最受人们喜爱的功能，很多智能手环用户习惯性的查看自己周围的天气以及气压状况，还有一些用户喜欢根据智能手环的提供的外部环境参数调整自己的运动量，使其可以更好的享受运动带来的快乐。

综上所述，可穿戴的外部测量仪有着很好的市场前景，对于这项技术的研究可以更好的服务人类造福人们的生活，所以我选择智能手环作为自己的毕业设计

国内外研究现状

智能手环是设备和人体合一理念下的产物，是可穿戴的移动计算系统和传感器的集合体。通过对用户自然环境的持续感知，起到数据指导健康生活的作用。

历史上最早的可穿戴设备由史蒂夫-曼基在20世纪70-80年代发明，他发明了最早的可穿戴设备--戴在头上的显示器。以美国麻省理工学院为首的一大批知名的学术科研机构相继开始了相关科学技术的研究。2013年国家发改委提出的一项重点任务就是在多领域研制可穿戴设备，并要将其进行规模化和产品化。

智能手环这种体育与电子，健康与科技的跨界融合产品在各方面的支持和努力下正在逐步走入人们的生活中。2014年9月苹果发布了I Watch手表，同时期的LG公司专门为儿童设计了一款保护儿童健康的手环。这些可穿戴设备在推动科技进步的同时极大的方便了人们的生活。作为小型的高性能、低功耗产品，智能手环受到了越来越多的开发者的关注。现在已出现很多成功的商业案例，这些商业产品基本包括五大类：一是主推运动健康功能的。二是为老年人设计带有定位系统和安全警示功能的；三是独立的不依赖其他电子产品辅助的智能设备；四是配合互联网使用的物联网设备；根据对市场的调研分析，消费者对功能强大且时尚舒适的可穿戴设备有着较高的需求，可穿戴设备有着较好的市场前景和成长空间。

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