一种智能手表的设计研究

德州学院机电工程学院郑培东王志坤

一种智能手表的设计研究

德州学院机电工程学院郑培东王志坤

跨入二十一世纪以来，人们的生活水平和物质需求在飞速增长。在科技高速发展的今天，任何东西都在变得智能化、小型化、简单化，基于人们现在生活中所需要的科技技术，研究设计了一款适合于多种人群的智能手表，该手表轻重适中，功能齐全，是运动人群和高端科技爱好者的一个不错选择。

指纹解锁；计步；测量心率

手表是人们生活中不可缺少的一个日常用品，是人们掌握时间的利器，从古代的日冕计时到现在的电子/机械手表，物品发生了变化，但是时间的重要性一样未变。近来，智能手表作为“可穿戴计算机”成为各大科技公司争相开发的一大产品，是一块不可估量的“蛋糕”。据有关公司预计，到2026年，全世界的“可穿戴计算机”的出售总额将会达到1500亿美元[1]，由此可知，“可穿戴计算机”将会在未来普及到每家每户。我们将GPS模块、指纹识别模块、定位导航系统等植入手表中，研究设计出了一款智能手表，基本满足现在大众人群的所有使用需求。

1 产品功能及组成

（1）导航及GPS定位：使用者可以利用手表内的GPS全球定位模块，精确定位自己所在的位置。在迷路时，可以用智能手表的导航功能来查找自己要去的地方。

（2）计步及测量心率：酷爱运动的人们，十分关注自己的运动量和身体健康情况，本手表利用光电技术精确记录运动人员的心率，利用陀螺仪记录运动人员的跑步或散步步数。

（3）录音及拨打电话、播放音乐：使用者可以利用设置在手表内部的声卡芯片进行录音。也可以在运动时将手机卡插入手表中，进行必要的办公，当需要音乐的时候，可以手动触摸手表显示屏进行音乐播放。

2 工作流程图

3 功能实现

指纹识别：本产品采用天诚盛业公司生产的OME指纹识别模块，该模块集指纹采集、图像处理为一体，对数据进行存储和加密，其加密算法符合国家的标准算法，适应手指的多种“干湿”情况，算法还支持手指的360度角度识别，特别适用于电子精密仪器的使用。

计步：计步所用的陀螺仪MPU-6050是全球第一个整合性6轴运动处理组件，其工作正常状态可适应多种不同的电压，相比于其他型号，具有精度高、体型小、耗能低等特点。

测心率：该手表采用的是由可穿戴生物识别数据传感器技术的创新者Valencell创建的光学心率检测技术，其原理是使用安装在手表下面的LED将光线照射到手腕上，并测量由血管反射的光量，随着血流的动力学变化，进入身体的光将以可预测的方式散射，将这些数据代入提前设置的公式中就会算出心率。

定位及导航：定位采用的是全球3D定位系统，该系统由4颗卫星共同参与计算，通过运算使用者与每个卫星的距离，采用距离交会法得到接收机的经度、纬度、高度和时间修正量这四个参数，然后进行计算，最终的精准程度能达到2m。导航采用的是面包屑式导航，使用者提前到本产品的官网下载需要的离线地图，当遇到陌生的地方或者迷路时，就可以用手表进行导航。

拨打电话：手表侧面设置有放手机卡的空位，可支持三网4G。

4 硬件设计

硬件的主控部分采用的是STM32F103ZET6的STM32最小的系统[2]，将其与MPU-6050陀螺仪、OME指纹识别模块、光学心率模块和定位导航系统连接在一起，就构成了我们研究设计的新型智能手表，其硬件框架图如下图所示。

硬件框架图

5 应用前景

当今世界，科技飞速发展，现在人机交互成为主流发展对象，谁的产品最新颖、最智能就会占领最大的市场份额，作为物联网消费最大的“可穿戴计算机”，是二十一世纪最时尚的代名词，智能手表作为“可穿戴计算机”的一种，也在飞速地发展着，各种功能也在不断地增加，本产品结合市场的需求，将多种智能功能应用于其中，符合大多数人群的使用需求，是未来人们不可或缺的一项日常用品。

[1]新浪手机.规模达到1500亿美元10年后智能穿戴市场的规模将扩大5倍[EB/OL]可穿戴设备网[2016-07-12].

[2]钱玉斐,宋宇飞.基于嵌入式的智能手表设计[J].智能处理与应用,2016.

郑培东，男，1995年出生，山东省济宁市人，本科，研究方向：智能家居。