基于STM32的智能手环设计开题报告

本课题的现状及发展趋势：

随着社会的发展，人们的物质生活水平日渐提高，人们也越来越关注自己的健康。这种背景下轻巧易携带且可以实时监测人们身体状况的智能手环越来越受欢迎。

尽管如此，目前市面上几乎所有的智能手环的主流功能都非常类似：心率监测、运动监测、睡眠监测、步数、运动距离等，很少手环有区别于其他同类产品的特殊功能点^[1]。当市面上所有的智能手环的功能都类似的时候，不仅用户会感到疲倦，各厂商自己也会挑起价格战。智能手环以健康为卖点兴起，但不应该仅仅只局限于健康这一定位^[2]。

除此之外智能手环测量数据的准确性一直受到医疗行业人土以及用户的质疑。美国爱荷华州立大学对美国市面上热门的八款智能手环的监测准确性试验结果显示，Fitbit、JawboneUP、NikeFuelBand等在计算步数方面的误差都超过10%^[3]。这就是智能手环的数据局限性。大部分智能手环只能测量身体内部的数据，而没有考虑环境数据的因素^[4]。比如手环在监测心率判断睡眠状态方面也会产生缺陷，因为智能手环是根据用户在睡觉时的动态和心率来判断用户处于睡眠的哪一个阶段。但现实中影响用户睡眠的因素非常多，用户本身可能习惯翻身、可能有疾病影响到心率的变化等，都有可能造成手环的误读。除了用户自身情况的问题，所处的环境也可能有影响，如光线太亮、所用的不是平时睡惯的床或枕头、周围有噪声等^[5]。因此，用户并不真正了解造成这些数据误差的背后原因，一些数据分析应用也无法提出能真正解决问题的建议。

而且智能手环现状不容乐观的原因在于其并非不可替代^[6]，如果未来智能手表可以将价格降到智能手环的同一水平，并且能缩小其显示屏，再将重量和尺寸减小，那么智能手表和智能手环就没有太大的区别^[7]。就目前来讲，智能手环并没有足以支持其生存地位的不可替代性因素。

智能手环将分别向三个方向发展：

（1）仅具备健康、ID识别等基本功能的智能手环，将主打性价比，以大众市场为目标定位。这类智能手环功能同质化严重，但价格低是其最大的优势。代表产品有小米手环、Bong 手环等^[8]。

（2）依然主打健康功能，并且进行深度挖掘，提高运动数据监测可靠性与准确性，以专业为主要卖点的智能手环将成为运动健康市场的主流产品。代表产品有Jawbone UP3、Bone手环[9]。

（3）配备大量感应器、有显示屏、功能全面的智能手环将趋向于类智能手表的产品形态。这类产品将成为跨界的代表，是智能手环和智能手表的混合体。代表产品有微软Band^[10]。

本课题的研究意义和价值:

纵观目前市面上的各种大大小小生产者提供的智能手环，尽管都有着自己的特色，有的可以解锁手机、有的可以防水、有的续航能力强、有的专注于时尚多样的外观^[11]。但是都离不开运动监测、睡眠监测、步数、运动距离这些基本功能，也就是说智能手环的竞争是在这些基础功能上增加新的功能以获得市场的青睐。而本文基于STM32的智能手环系统对心率监测、运动监测、睡眠监测、步数、运动距离这些基本功能都有研究^[12]，可以快速了解智能手环在当今社会下各种功能的优缺点。除此之外本文设计的智能手环成本较低，不会花费大量的金钱。尽管比起市面上功能丰富的智能手环尚有很大提升空间，功能的进一步完善还是需要时间考验的。有了这个智能手环的功能基础后，后续可以以此为基础并不需要增加太多的成本就可以增加新的功能，进步一定会越来越快的。那么如何实现上述功能也就是本设计所需要研究的内容。

在对步数和距离的监测上，本系统设计采用ADXL345模块实时测量步数和距离，主要通过模块X、Y、Z轴上加速度变化幅度与设定的动态阀值相比较来确定人体是否跨步^[13]，为了消除一些无效的监测跨步并设置相应的时间窗口。距离主要通过不同身高的人体在不同的加速度状态下跨出每步的距离长度和步数值计算后得到^[14]。

在心率监测方面，本设计使用的是Pulse Sensor心率传感器模块^[15]，该心率传感器通过光电感应器可以将脉搏信息转化为电信号,此设备必须将手指尖置于感应器表盘上,光电感应器。可以快速实现对心率随时随地监测的项目需要，而且体积小，设计完整，配合智能手环携带方便。

在温度监测方面，本设计采用了DS18B20温度数据采集模块^[16]，主要通过采集手指端表面皮肤的实时温度来体现人体温度是否处于正常范围值。人体内各处温度有异，本系统设计在腋下或口腔温度处于正常的37摄氏度左右时人体手指端的表面皮肤处于30摄氏度左右的范围来判断人体温度是否处于正常^[17]。

基于以上分析，能否根据设计的思路通过硬件和软件的设计，能否完成实物图并满足智能手环的基本功能是本设计所需要面临的难点和需要努力的研究方向。

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