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智能手环相关介绍智能手环系统介绍SMARTBAND编者：谢伟上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.comCONTENTSPart1Part2系统构成发展阶段第一阶段第二阶段第三阶段第四阶段上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com手环组成部分中央处理单元MCU各类传感器数据存储器显示模组振动马达电源管理NFCSmartcard上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com智能手环的功能框图（基本系统构成）上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com中央处理器MCU手环的”大脑“，对传感器收集来的原始数据进行分析处理，对需要的数据进行储存；对显示内容的控制；同时还负责和手机APP进行数据交互；传感器手环的“五官”，负责对外部原始数据的采集，仅仅在手环上使用的传感器的类型就有很多，比如有加速度传感器、陀螺仪、地磁传感器、光电式心率传感器、紫外线传感器、光强度传感器等等；数据存储器当MCU本身的内存有限的时候，需要加入一个外部数据存储器,主要对一些重要的数据的保存，比如运动步数、消耗卡路里、心率值等等；上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com显示模组主要显示一些用户比较关心的数据，比如时间、运动步数、当前心率值、一些消息的提醒（ANCS）振动马达主要用来提醒用户一些事件的到来电源管理部分对整个系统的供电进行管理，比如降压\升压，系统功耗的控制NFC主要用来和手机的快速配对，和交互名片Smartcard俗称“智能卡”，用来进行刷公交、小额支付等等上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com计步三轴加速度传感器1阶段上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com睡眠用的是什么传感器？也是三轴加速度？上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.comJawboneFitbi代表手环上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com第一阶段的智能手环仅内置三轴加速度传感器，功能十分简单，而且只能通过LED显示极其有限的内容。更像是腰上计步器的手环化产物。上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com计步的基本原理手环能够精准计步由硬件和软件算法两方面组成，缺一不可。用户的摆臂姿势、步幅、身形、路面的平整度、上坡下坡都会影响到计数数值。上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com硬件是指手环里内置三轴加速度传感器。三轴是指空间中的X,Y,Z三个维度，有了这3个维度，手环就可以捕捉到手环在使用中的加速度变化，从而生成数据。软件算法程序员根据三轴加速度实时捕捉到的三个维度的各项数据，经过滤波、峰谷检测等过程，使用各种算法和科学缜密的逻辑运算，最终将这些数据转变成手环显示界面和手机APP端的可读数字，步数，距离、消耗的卡路里数值。上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com三轴加速度传感器是一种能感受加速度并将其转换为电信号的方式来测量加速力(加速力即指作用于物体上使物体处于加速过程中的力)的设备。市场主流的三轴加速度厂家比较多：ADI,STM,Freescale,Bosch,NXP,Avago……低端手环内部均含有一款三轴加速度传感器芯片，来对运动的统计，比如运动的状态（走路，快走，跑步），运动的步数、时间；上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com计步玩腻了，睡觉不想带了，WTF！!怎么办？上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com心率，消息提示2阶段智能手环采用了黑白或彩色显示屏，并且可以接收来自手机的电话、短信、微信等消息提醒使用场景转换一日常：消息提示，作为手机的延伸屏幕OLED触摸屏曲面电子墨水屏GarminVivosmartSmartBandTalk智能手环采用了黑白或彩色显示屏，并且可以接收来自手机的电话、短信、微信等消息提醒使用场景转换二运动：心率测试项目实际步数ForceShineUP24室外标准步伐500440（-12%）484（-3.2%）516（+3.2%）室外标准步伐150129（-14%）168（+12%）140（-6.7%）室内标准步伐150150（0%）154（+2.7%）154（+2.7%）室外混合步伐400307（-23%）252（-37%）385（-3.7%）室内混合步伐10070（-30%）48（-52%）99（-1%）静止摆臂10096（-4%）100（0%）99（-1%）上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com从上表可以看出只有在标准步伐下才能得到相对较高的准确度。于是运动后得到的数据除了并不准确的步数之外还有根据步数估算出的更不准确的里程。对于健身房跳操或力量练习以及球类运动等项目而言，智能手环的加速度计对于运动统计和指导能起到的作用就很小了。而运动中靠心率指导是个比较科学的训练方法，而且适用的运动类型也十分广泛，所以心率智能手环就成了下一个热点上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com这类产品有两种，一种是搭配传统心率带使用的，可以在手环上显示即时心率；另一种是内置光学心率计的直测式心率手环。搭配心率带的心率手环可以认为是传统心率表的手环化产物，通过外接ANT+或蓝牙协议的心率带实现心率测量，数据还是比较准确的，这也是早期心率手环的实现方式。代表产品是PolarLoop。Loop是市面上最早支持心率带的手环之一，配合蓝牙协议的心率带可以在LED点阵屏上显示实时心率，而且还会给用户运动建议。上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com光电式心率传感器光电式心率传感器采用的是光体积描记法。上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com这项技术看似复杂难懂，实际上原理很简单：血液之所以呈现红色，因为它反射红光并吸收绿光。光电式传感器使用绿色LED灯，配合对光敏感的感光器，检测任意时间点流经手腕的血液流量。心脏跳动时，流经手腕的血液会增加，吸收的绿光也会增加；心跳间隔期间则会减少。通过每秒数百次闪动的LED灯，光电式传感器采集到感光器上的数据，提供到MCU，MCU根据复杂的算法，就可以算出每分钟的心跳次数，也就是心率。现在主流的此类传感器厂家不是很多，ADI,AMS,TI,台湾原相科技3阶段多传感器&智能系统虽然第二阶段的智能手环在实用性上大大提升，但这个时期屏幕更大传感器更多功能更丰富的智能手表的崛起对智能手环产生了不小的冲击，于是智能手环开始集成更多的传感器并搭载智能系统，功能得到了极大丰富，但缺点是续航时间的明显减少，可能会从第一阶段的一周一充变成一天一充。从这时候开始智能手环和智能手表的界限愈发模糊。其实在第一阶段就有一些手环采用了手表的样式，所以智能手环和手表从一开始就傻傻分不清楚上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com设备带有操作系统ApplewatchOSAndroidWearapple公司智能手表独有操作系统Google为智能手表打造的全新智能平台，市场已有好多家智能手表使用该系统Moto360索尼SmartWatch3华硕ZenWatchLGGWatchR三星GearLiveHUAWEIWATCH其他操作系统YunOSforWear基于Linux系统开发，阿里巴巴公司，主打阿里云和快捷支付TicwearOS基于Android开发，出门问问（Mobvoi）公司，主打强大的语音功能DuWearOS基于Android开发，百度公司，主打百度搜索和云服务TencentOS腾讯公司，主打微信和qq语音回复功能其他未知OS比如Pebble智能手表也有自有操作系统上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.comGPS，彩色触摸屏，气压计，光感，温度，紫外线等传感器后可以实现更多维度的数据监控上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com光强度传感器\接近传感器此类传感器基本不在在智能手环中使用，甚至在手表中应用的也不多，但在手机中大量使用，最简单的功能就是接电话时，当把手机靠近耳朵时熄屏，离开时亮屏就是此类传感器实现的。2015年bong公司发布的bongX2就含有1颗此类传感器，来控制对显示背光的控制上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com紫外线传感器顾名思义，此传感器主要测量环境光中的紫外线强度，传感器将检测到的紫外线强度转变成模拟信号或者数据信号，提供给主控制芯片来处理，主控制芯片根据采集到的数据进行判读，来提供给用户可读的数据，同时根据数据提供一些相应的注意事项，这些对于户外运动健康和注重皮肤保养的用户，此类功能很有用处。市场有很多带屏幕显示的手环，为了方便用户看一些重要的信息，比如当前日期时间，运动步数，当前心率值，一些手机推送过来的信息（电话通知，短消息，各类聊天消息）主要常见的显示方案有：OLED有机发光二极管（OrganicLight-EmittingDiode,OLED）又称为有机电激光显示、有机发光半导体。有机发光二极管依色彩可分为单色、多彩及全彩等种类，其中全彩有机发光二极管的制备最为困难；依驱动方式可分为被动式（PassiveMatrix,PMOLED）与主动式（ActiveMatrix,AMOLED）。PMOLED主要是单色，而AMOLED主要是彩色显示。产品特点：OLED显示技术具有自发光的特性。不需要背光，外界环境越黑，显示效果越好；市场上大部分带屏幕的手环都使用OLED作为显示屏，尺寸大小不一，基本在1英寸左右。memoryLCD日本夏普科技的专利产品。可选的型号不是很多，大多在1英寸以上，单色，彩色均有。产品特点：超低功耗,可以使用外户使用的产品能有超长续航时间；半透半反式液晶类型,可在阳光下清晰可视显示内容；若无背光，则在黑暗情况下看不到显示内容；价格贵；市场上使用该方案的有：pepple、Garmin，国内有WeLoop小黑E-ink电子墨水的反射率和对比度较佳，看起来它们像纸上的墨，使人们阅读和处理时感觉很舒服。。电子墨水不同于其它显示工艺，能保持图像达数周，而且不耗费任何额外的电能。用其它显示技术，一旦图像可以停留在一处，并不需要额外的功率输入。4阶段支付功能上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com支付功能现在有许多厂家都开始开发含有支付功能是智能手环\手表。但是从技术、市场上来说，都有一定的门槛。现在仅从技术实现上来介绍一下。简单来说，就是把市面上常见的市民卡，公交卡，银行卡等其他一些具有支付功能的卡片集成到手环中，也就是右图中IC芯片和线圈部分。由于手环体积都很小，所以支付所需要的射频天线就会响应的变小，天线变小就会导致信号强度变弱，直观上用户刷卡体验就会变差。这是智能支付手环开发中的难点所在。NFC支付上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.comGPS气压计光感温度紫外线光电式心率三轴加速度传感器三轴陀螺仪传感器三轴地磁传感器上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com手环设计注意方面：一，商业1.成本（高中低端）2.定位（消费者人群，如运动，商务……）二，用户三，人机：佩戴方式，交互方式四，产品加工磨具成型，材料上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.comTHANKS上海浪尖工业设计有限公司www.artop-sh.com