智能手环设计方案

1、    智能手环设计方案    唐嘉+何彬彬+郝白东+张李轩+何文达摘 要本手环设计本身添加了市面上智能手环的相关功能，能够实现显示时间、测量步数、热量、闹钟等功能。因此本设计也适用于普通的使用者，在能够拥有智能手环的便捷同时。他们也能够在安静的环境下进行电话的保密接听和丝毫不会影响外界地听自己喜欢音乐。【关键词】骨传导 声音 蓝牙 通话 语音识别手环是一种穿戴式智能设备。通过这款手环，用户可以记录日常生活中的步数、热量等实时数据。1 功能与指标电话接听、挂断与回拨；通过语音识别指令，控制设备进行音乐播放、暂停、下一首、上一首、音量加减；手环的时间显示、

2、闹钟设定；手环步数计算、热量计算；手环将声音通过骨头传导的方式收听2 实现原理蓝牙通信在手环中是最重要的一部分，同时也是最难的一部分，蓝牙通信涉及到通信协议，以及与手机建立连接。蓝牙技术是一项新型的无线通信技术，其中蓝牙的规范也有很多，蓝牙通信是一个完整的通信协议体系，其中覆盖了射频、基带、链路控制与管理、语音和数据编码等技术，包括了完整的osi参考模型物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层，涉及了ieee802.3、ieee802.15和ietf-rfc等许多国际协议标准。2.1 语音识别原理语音识别部分能够很简单的识别语音命令，实现语音识别功能。可根据应用场景的不同自主配置语音命令列表

3、，极大的拓展了其应用领域。语音识别部分采用非特定人语音识别算法，使用前不需要进行录音和训练，不论男女，要求用户使用的是标准普通话，可以得到最好的识别效果。2.2 步数计算原理手环步数计算使用的是mpu6050陀螺仪，陀螺仪通过姿态分解以及计算，通过判断人体运动的姿势来记步，记步时采用七步记步法算法记步。然后通过步数来估算人体所消耗的热量。2.3 时间显示原理时间显示使用stm32内部集成的rtc时钟，时钟通过秒的自动累加来进行计时，将秒数转换为年、月、日、时、分、秒。通过在学过的c语言算法进行闰年闰月的计算。rtc是个独立的定时器。rtc模块拥有一个连续计数的计数器，在相应的软件配置下，可以提

4、供时钟日历的功能。修改计数器的值可以重新设置当前时间和日期。rtc模块和时钟配置系统（rcc_bdcr寄存器）是在后备区域，即在系统复位或从待机模式唤醒后rtc的设置和时间维持不变。但是在系统复位后，会自动禁止访问后备寄存器和rtc，以防止对后备区域（bkp）的意外写操作。rtc核心由一组可编程计数器组成。分两个主要模块：（1）第一个是rtc预分频模块，它可以编程产生最长1秒的rtc时间基tr_clk。如果设置了秒中断允许位，可以产生秒中断。（2）第二个是32位的可编程计数器，可被初始化为当前时间。系统时间按tr_clk周期累加并与存储在rtc_alr寄存器中的可编程时间相比，当匹配时候如果设

5、置了闹钟中断允许位，可以产生闹钟中断。3 硬件框图本次耳语手环的硬件包括了以下部分：mcu核心控制器、mpu姿态传感器、oled显示屏、振动模块、骨传导模块、蓝牙、触摸按键、语音识别。其mcu核心控制器用作主控，通过下载编程的方式来控制其他部分；mpu姿态传感器用于姿态解析从而计步；oled显示屏用于显示界面的显示，显示出步数、时间等；震动模块用于震动提示，如来电提示；骨传导模块用于将音频信号通过骨头传播，从而使得能够听见音频；蓝牙用于与手机电脑等设备连接，从而进行通信，尽心来电提示、接通电话、挂断电话、听音乐等操控；触摸按键用于屏幕的熄屏唤醒等操作；语音识别则用于识别使用者语音指令，从而进行

6、控制设备，设备所有的操作都能够通过语音的方式来实现：来电接通电话、挂断电话、播放音乐等操作。4 软件流程图本设计的程序方便主要包括两三个部分，其一为手环的基础功能，其二为手机通话功能，其三为现场转化功能。第一部分为基础功能，主要为系统的初始化和对时间、步数、热量等的记录。首先系统进行一系列初始化，如stm32、mpu6050和蓝牙模块的运行监测，当硬件初始化通过时，蓝牙模块开始建立与手机之间的匹配直至成功，随后系统开始记录时间等相关数据的记录，当确定进入运动状态时，开始记录步数，并由oled 依次显示。第二部分為手机通话功能，当手机发出通话请求时，蓝牙会接受信号随后手环开始震动以提示用户并等待

7、通话确认，当使用者通过安检或者语音命令确认完成之后，便可以直接开始通话，使用者将手指放到耳朵附近的颌骨处，声音变换为震动，从手腕到手指再到颌骨，而手环背部的咪头则能记录使用者的话语，并通过蓝牙传递给手机。由此便完成接听和对话。当使用者再次按下按键或者使用语音命令时，通话便可结束。第三部分为现场转化功能，该功能的主要目的是解决耳聋患者在与人现场交流时的困难，开启该功能需要长按手环上的按键便向mcu发送交谈转换请求，随后咪头接收语音信号并将引号转化为震动，由此使用者便能通过手环将原本无法听到的声音信号由骨传导听到。直到下一次长按按键之后，结束转换。5 结论作品制作用时将近半年时间，本作品以智能手环

8、为基础，通过蓝牙建立无线连接方式，蓝牙部分是重点也是难点部分，涉及到复杂的蓝牙协议，与手机的配对方法以及如何将手机的来电信息识别并且辅助手机进行电话的接听。由于考虑手环体积小使用方便座椅没有采用按键，直接使用语音识别芯片进行语音指令控制电话的接听与挂断、音乐的播放与暂停、音乐的换曲以及音量的调节。然后就是步数的计算通过使用陀螺仪将陀螺仪放在手上，通过判断手腕的姿势以及加速度进行步数的计算。以上功能基本是所有手环都具有的功能，我们所做的手环的亮点在于，我们将骨传导与智能手环结合到了一起，首次采用了手环的骨传声概念相结合。我们通过采用骨传导的方式改变了手环接听电话声音的传播路径，将传统的声音接听转换成了骨头传声，既给用户带来了便利又提高了声音的传输效率。参考文献1张燕.骨传导技术及在消防领域中的应用