智能体感手环＊

潘秋悦，王 馨，张跃看

（安徽三联学院，安徽 合肥 230000）

随着科学的快速发展，人类社会迎来了大数据时代。智能设备为人们所接受并迅速流行，智能手环便是其中的一种。其相关的科学技术取得了广泛的运用，以手环为例，使人们的日常生活获得了极大的便捷。通过使用这款手环，使用者可以记录人体在日常生活中进行的锻炼、睡眠还有饮食健康等实时数据，并将这些数据与使用者本人的手机、平板等智能设备进行同步及存储。使用者还可以随时随地查阅这些数据，同时也可以查阅家庭其他人员的相关数据，并通过这些数据对自己及家人的生活质量及饮食健康进行相应改善，还可以帮助人们了解自身睡眠质量并进行调整，通过智能设备与日常生活方方面面的结合，起到以大数据来记录健康生活的作用。随着技术的发展及优化，检测人体心率及运动相关信息与手机相匹配等设计越来越多，版本的更新也使功能越来越强大，从中体现出手环在人们的日常生活有一定的帮助作用，手环拥有强大的信息储存能力和其他物品与之无法媲美的便捷性，进而越来越多的人使用并支持手环。

智能体感手环在对应手机及平板相关智能设备上有专门的APP，用户登录APP 将个人信息进行完善，APP 会记录本人日常生活中的一些健康数据，形成一套全新的体系，同时在其他页面可以通过添加相关家庭成员的基本信息，系统会同步储存家庭成员的健康数据，促进对彼此之间健康的了解，在一定程度上更好地改善家庭的生活质量。智能体感手环在某方面上可以取代目前使用的部分手环以及一部分运动设备，并且比它们更加便捷化。这些特殊功能性是其他设备所无法比拟的。现在是大数据时代，其记录存储功能变得更加信息化，能对数据进行集中处理。并且新增加的体感游戏体验让处于快节奏生活的人们得到一定程度的放松；家长带孩子出去游玩不小心走丢时，通过手环定位方式可以帮助家长及时确定孩子的位置，在紧急情况时提供一定的安全保障，使孩子更安全地出行，未佩戴及断电时手环会利用存储的基础电量检测小孩子的血氧心率数据是否异常[1]，若出现异常，会及时通过APP 传送到家长的手机系统进行提示，准确了解儿童的身体情况，为确保儿童的安全提供了一定程度的保障。

对于本设计采取了边设计边解决问题的方法，通过前期的论证来证明技术的可行性，在分析和资料收集的过程中出现的问题，会积极查阅相关的资料，及时解决这些问题，为后面提供了一定的基础保障，在各方面技术都得到一定提高的基础下，完善手环的制作及健康数据的录入系统设计，从而实现相关数据的一些信息被手环所收集及存储，在完成特殊功能之前，需要实现市面上智能手环的基础相关功能并予以改进提高。

1 智能体感手环基本原理

1.1 健康数据监控

当下市场上能够实现健康数据监控功能的手环不在少数[2]，类似于华为、小米等智能科技领军企业早已制造出可监测健康数据的手环，以及市面上的一些小众品牌在制造手环时首要考虑的也是配备能够测心率、步数、呼吸等人体各项健康指标的功能。但是高端企业的手环主要是配合手机使用，检测只是其附加功能，能够检测的功能范围也有限，并不能够完整全面地得出人体的各项健康数据并给出有针对性的调整建议。而小众品牌所研发的智能手环可检测人体的数据指标较高端企业可能会更多，这也是其宣传的主要功能。但是考虑到成本功耗以及极端环境的影响，所制造的智能手环必然不够精良细致，则导致检测出的数据极有可能出现较大偏差，而不准确的健康数据会给人们带来错误的指导，给用户造成困扰与不便。

为了给用户更好的体验感，在实现智能手环对人体的检测功能中，不仅仅设计了针对心率血氧的检测功能，更是结合了当下社会人们的快节奏生活现状，让人们通过体感游戏得到一定程度的放松体验，同时配置了对人们的睡眠、锻炼及饮食等方面的检测系统。众所周知，人体处于不同状态时的心率是不同的。依据心率的变化数据可以大致推测出手环持有者每一时刻的基本状态，将每一时刻产生的数据进行相应的统计与处理后发送到用户的手机或平板上，使用者通过调取这些数据库，进而再依据自己的身体状况主动调整每天的睡眠时间和锻炼时间，及时改善自己的饮食习惯，同时用户还可以通过手动键输入自己的饮食习惯数据，用以查寻系统通过数据计算后所提供的关于最适用于自身的饮食数据建议。

利用饮食、睡眠以及锻炼三者的有效结合可以让使用者更加清晰直观地得知自己最近身体的变化情况，使用者可根据身体的变化情况及时作出最有益于自身健康的调整，使人们实现更加良好、健康的生活目标并作出最正确、最实用的调整及改变。

1.2 防儿童走失功能

目前市面上大部分已研发的儿童智能手环配置的定位功能大同小异[3]，仍旧主要是通过GPS 定位的方式来帮助家长及时地确定孩子的位置，让家长能够快速寻找到孩子，并未考虑手环丢失或其他意外发生时家长能否及时找到孩子。即使家长与孩子距离较远，不能及时赶到孩子身边，孩子也可以通过智能手环随时与家长进行联系，家长就能及时了解孩子的情况，但在遇到紧急情况的时候，儿童大概率都没有足够的时间去反应或者当手环意外丢失时也无法进行相应的报警，所以本次设计结合上述问题设计了儿童未佩戴手环的手环自动报警检测系统以及断电报警检测系统，能够在手环丢失或者损坏时立马报警提醒家长，给儿童的安全多一份保障。整体功能流程如图1 所示。

当儿童独自一人在校外或者家庭住处之外的地方时，如果未佩戴手环，此时手环会结合当前儿童的心率血氧数据进而进行相应的提示，同时家长的手机会接收到相应的信息。当手环在即将断电时，也会及时进行提示报警，同时手环内部加载了一个独立的GPS供电模块，能让手环即使处于断电的状况下，仍然可以向儿童的家长手机提供相应的活动轨迹和定位，方便家长及时掌握儿童的情况并采取相关的措施。

1.3 游戏体感功能

如今手环越来越智能化，在很多手环的内部已经安装了姿态检测功能[4]，现在人们在空闲的时候，为放松身心会选择去体验3D 体感游戏操作。因此本设计如果仅仅具有健康数据的监控以及防止儿童丢失的功能，并不能满足大多数年龄段的需求，正值青春年华的少年们以及青年男子都更加钟爱具备科技感且酷炫的设备，而因工作忙碌的人们也喜欢在日常闲暇休息时通过打游戏来实现放松的目的。故而在本次的设计中就将手环带有的姿态检测模块功能与手机的相关游戏软件相结合，在使用者去体验符合条件的游戏时就可以通过手环的上下左右的移动和旋转按键控制游戏中角色的移动。例如和现在市场上的用一个手带上相应的装置即可实现对小车前后左右移动一样，如果将这种功能集成在手环和手机游戏中，可以极大地提高人们对部分体感的操作体验并在游戏体验中得到一定程度的放松。在实现方面上，首先手环检测到姿态数据，然后将姿态数据处理为向前、向后、向左、向右的4 个信号之一，完成后将信号通过服务器传送至手机中，手机接收到相应的信号后再将其转化为相对应的游戏中的操作信号即可。

1.4 系统模块

为了将装置设计得更加简单，同时还能完整地实现功能，在元件上都采用了最常用的芯片和模块。例如成品整体成本不超过15 元，可在后期进行生产时节约购买者的成本，增加该装置的性价比，降低维修成本。由于产品结构并不是过于复杂，因此在安装和维护时就显得比较容易。

本设计由GPS 模块、MAX30102 和MAX30100心率血氧传感器模块、MSP51 模块、液晶显示器模块、电源管理模块组成。MSP51 模块是本设计的中央控制中心，用于处理各种信息和给各个模块发放指令。液晶显示模块用于显示基础信息，如日常生活中健康数据监控。健康数据监测中的血氧检测给儿童防丢中的部分功能带来了极大的便捷，且其中模块涉及的单片机的供电为5 V，生活中人们常用的手机充电头或者充电宝都为5 V 电源，在本装置上有稳压电路，可直接将充电宝或5 V 手机充电头连接至装置中，对装置进行供电，极大地提高了装置的可行性及便捷性。

2 系统优点

健康数据监控：记录人们睡眠、饮食及锻炼等方面的信息，测量步数、心率、热量、闹钟数据，起到通过智能设备提醒人们健康生活的作用。通过对心率血氧检测进行分析，以判断出佩戴者的每一时刻的状态，让人们及时地了解现阶段的身体状况，让人们关注其身体状况，进而在之后的生活中作出调整。

防儿童走失：主要通过GPS 定位并结合心率血氧等其他数据予以报警，及时确保儿童的安全，和市面上其他的手环相比，其有更高的性价比，给人们的出行安全带来保障。

游戏体感功能：智能化提升了人们的游戏体验感，让更多的游戏玩家及有一定压力的工作人群在闲暇时间能放松身心地体验3D 体感互动游戏，同时实现了娱乐、互动、运动、益智、休闲为一体的设计理念。

3 结束语

本文提出的智能体感手环创新点在于实现了健康数据记录、给予儿童出行安全保障及提升游戏体验，健康数据系统负责进行血氧检测[1]，以判断佩戴者每一时刻的状态，另外游戏体感手环让更多的游戏玩家得到一种便捷性的集娱乐、互动、休闲为一体的体验感，让他们在快节奏的生活中得到一定程度的放松，与手机电脑及其他相关智能设备相比，便捷性较强。

在设计过程当中利用了MAX30102 和MAX30100心率血氧传感器模块加以检测人体的心率血氧数据，MSP51 系统模块是本设计的中央控制中心，用于处理各种信息和给各个模块发放指令，液晶显示模块用于显示信息。但在项目中使用MSP51 系统模块，其自身还是有一定的局限性，还有很多地方可以继续加以改进，实现出行方便携带。

在特殊情况下使用GPS 定位获取儿童位置信息的时候，对在可行范围内获取各个点的位置信息相对来说也很重要，还可以通过单片机驱动高精度GPS 模块对地图内的点进行采集，随后上传到手环液晶显示模块，对所采集到的点进行绘制，绘制成具体的行程轨迹，在此基础上，另外独立提供GPS 电源模块和血氧检测，在其断电或其他等特殊情况下给予儿童一定的保障。

在人们日后的生活中，会有越来越多的智能穿戴设备实现与万物的互联，同样这也是努力并且需要学习的方向。要从日常生活中发现问题，通过自己所学的知识来改善这些问题并优化。