基于嵌入式系统智能手环的设计开发

　　6.系统任务关联

　　6.1 G-sensor工作原理

　　重力传感器是将运动或重力转换为电信号的传感器，主要用于倾斜角、惯性力、冲击及震动等参数的测量。在测量平台倾斜角时，将重力传感器垂直放置于在所测平台上，重力传感器的敏感轴应与倾斜平台的轴向一致，在水平状态下应与水平面平行，如图五 所示，其 中α 为平台沿某一方向的倾斜角。重力传感器的质量块由于受到重力加速度g 在倾斜方向上的分量α 的作用产生偏移，使重力传感器的输出电压发生变化。若重力传感器在水平状态下的输出为0 V ，倾角为α 时的输出为α V ，且在1g 加速度作用下的输出 为V ，则有：

　　V0 =V / g ×sinα ×1g +V α

　　即：

　　α = arcsin[(Vα −V0 ) /V ]

　　图五 G-sensor工作原理

　　系统任务关联流程图如下：

　　图六 系统任务关联流程图

　　6.2跑步和运动速度监测

　　运动检测主要采用三轴加速传感器来实现，这也是手环的最核心的组件之一，这个组件的作用是计步测量。简单来说，三轴加速器的工作原理是，当人在正常行走时其实会产生水平和垂直两个加速度，当用户迈步时，单脚着地重心上提，垂直方向呈向上加速度，而继续往前走重心回落，加速度方向。而在水平方向，则是迈步时向前加速，收脚是减小。当用户迈步时，单脚着地重心上提，垂直方向呈向上加速度，并向前加速。而手环中的三轴加速器，就是通过人体这样不同的加速度变化可以绘制出一条正弦曲线。以垂直方向加速度正弦波为例，从波谷到波峰再到波谷就是正常人一个步伐的过程，如此就可以推算出用户行进的步数。

　　图七 运动检测实现原理

　　6.3睡眠监测

　　使用体动记录仪跟踪您的睡眠，监视您的微小运动，以确定您是处于清醒、浅度睡眠还是深度睡眠中。

　　睡眠深度一般是以身体活动减少和感觉灵敏度降低作为衡量指标的，目前对于睡眠深度的精确测量还是比较困难的。

　　睡眠监测是通过传感器监测人的动作，以系统的计算方式进行累计计算，每2分钟记录一次合计值，与此同时的姿势数据得到记录。通过计算来判断睡眠状态。

　　表二 睡眠质量判定

　　6.4 数据的同步

　　智能手环数据的同步主要有三种同步方式：蓝牙，NFC，USB。对于三种同步方式有不同的优缺点和实现手段如下表：

　　表三 智能手环数据传输方式的对照

　　7.主程序结构

　　图八 主程序结构流图