健康智能腕带23.docx

设课程设计报告设计题目老人智能腕带设计课程名称学生姓名所在学院指导老师应用背景：可穿戴设备是指人体可穿戴的微型电子产品通常与现有配饰（如手表）集成或者取而代之。在物联网技术的支持下该细分市场正迅猛发展因此对于更小型化、更直观的设备的需求也在快速提升。可穿戴健康设备刚刚崭露头角未来机遇和影响或许不可限量。基于可穿戴设备在医疗行业上应用的巨大潜力我们有所思考：老人摔倒不用扶及时做出应答？把医院“搬”回家病人在家如同住院？本设计希望能够通过智能腕带实时监测老人的生理状态将老人健康状况数据实时发送到云端进行大数据计算分析同时给医护人员监测观察。一、预期功能实时检测老人的体温、心率、睡眠等生理状态并发送到云端分析同时基于大数据预测老人的身体状况或病情发展达到未雨绸缪的效果；老人摔倒或睡眠出现异常等较轻症状时发送警报到子女手机上；老人出现突发重大疾病时将数据发送到医院救护人员通过GPS定位前去抢救。二、系统整体框架设计可穿戴装置的关键技术有四：传感技术、计算技术、电源技术和通信技术。智能腕带即为一个嵌入式系统。本系统的层次结构如图1所示分为三个层次：硬件层、操作系统层和应用软件层。HardwareOSMCUGPSWi-Fi+BTEmbeddedOS(LightweightRTOS)Driver&Middleware&ProtocolFrameworkAppDriverLightweightAPIsSoftware(APP)图1硬件层的具体模块功能见图2主要包括嵌入式处理器或控制器、存储器、I/O接口、高效的电源管理系统等。这里采用微控制器(MCU)作为核心部件根据采用的MCU可以在芯片中集成更多的外设功能。嵌入式微控制器由早期的单片机(SingleChipComputer)发展而来在芯片内部集成了处理器、RAM、ROM、I/O、定时器/计数器、A/D、D/A等功能部件。所需的MCU应具备以下几个特点：尺寸小集成度高；具有强的实时多任务支持能力；具有很强的存储区保护能力；具有较低功耗。MCU按性能从低到高分有Cortex-M0到Cortex-M4且ARM后续还推出较Cortex-M0更低功耗更高性能的Cortex-M0+。这里选用Cortex-M0+(图3)。BiometricTemperaturesensorsCPU&MemoryPowerManagementAnalogFrontEnd(AFE)OutputDriver(PWM)ConnectivitySerialCommunicationBatteryBatteryChargerVoltageRegulatorPowerSupplyDisplayControllerLCD/OLEDDisplayUSBLEDsBuzzerVibratingMotorEmbeddedControllerWi-Fi/Bluetooth4.0GPS3-axisgyroscope/accelerometer/magnetometerSerialFlashI2CSPIDisplay图2图3电源管理模块分为电池、充电装置和电池校准器。由于可穿戴设备的电容容量一般比较小电池容量为100mAh左右。超低静态电流和小封装电源管理单芯片是个趋势。该电源管理芯片需集成线性充电、LDO和DC/DC等功能。LDO和DC/DC给其他模块供电比如蓝牙、传感器、MCU、GPS等。TI的MicroSiP电源模块TPS82740它支持200mA输出电流、具有95%的转换效率、工作状态时的静态电流仅为360nA待机电流为70nA。它非常适合可穿戴的应用。重要的子系统是数据采集或传感器子系统。根据器件的类型其可能是只有几个MEMS传感器的简单系统也可能是采用专用传感器集线器连接相关传感器的复杂系统。MEMS传感器在用于监控人体各方位运动的健身和健康设备中发挥着关键作用。这些传感器又称为运动传感器。所有这些传感器都是通过I2C或SPI通信接口提供数字式运动信息。图中此类传感器包括3轴加速计、陀螺仪、磁力计。串口通信模块还可以通过I2C总线实现与GPS、Wi-Fi和低功耗蓝牙的连接Wi-Fi用于接入互联网实时传送数据到云端低功耗蓝牙用来与子女手机相通信老人出现轻微症状可及时通知身边的子女同时从手机端也能看到老人的身体状况统计信息。模拟传感器包括心率、体温、血糖、睡眠监测等传感器。模拟传感器需要称为模拟前端（AFE）的特殊组件。AFE包含运算放大器、滤波器和ADC其用于将模拟信号调节并转换成数字信号以便于CPU处理。该功能有时可与CPU集成亦可以与