手环硬件方案选择及其对比

有关该文档:此文档的内容包括中老年智能手环的功能需求。并保护两个硬件设计方案。对这两个方案进行对比说明文档所有者：北京****有限公司文档版本记录：版本号负责人完成时间备注1.02014-08-55目录1.产品功能需求...........................................................................................................................32.GSM+GPS+蓝牙+CPU............................................................................................................32.1联发科芯片实现...........................................................................................................42.2通信模块+CPU实现....................................................................................................42.3两种方案对比...............................................................................................................43.心率传感器设计方案...............................................................................................................53.1方案1............................................................................................................................53.2方案2............................................................................................................................54.加速度计芯片选型设计...........................................................................................................61.产品功能需求1.位置检测，GPS功能，用于识别中老年人走失、位置定位2.心率测量，用于检测心率，确保身体处于健康状态3.计步4.跌倒检测5.2G通讯，支持SIM卡，实现服务器与APP通讯6.蓝牙通信，通过蓝牙与手机APP通讯7.振动提醒8.LED指示灯9.跌倒或者心率不正常时紧急呼叫SOS10.长时间待机，大容量充电锂电池计步和跌倒检测功能由加速度传感器采集数据分析得出。心率测量由心率传感器及周边电路实现。实现上述功能需要的硬件模块图如下：GSM+GPS+蓝牙+CPU心率传感器加速度计电池管理电路按钮+指示灯+振动马达电池管理电路主要包括锂电池充电电路及接口，各个模块供电的稳压电路。这部分采用PT236T30E2+AAT3221即可，技术成熟，这里不再进行其他的说明。心率传感器现有的压力测量方式，光电测量方式两种。下面会介绍两种方式的优缺点及实现过程主要芯片选型。加速度计测量手环的加速度变化，根据加速度变化，可以分析完成计步和跌倒检测功能。按钮、指示灯、振动马达由于人机交互，可以直接使用CPU的IO口进行控制，这里也不再进行说明。GSM、蓝牙主要完成通信功能；GPS完成获取位置的功能；CPU完成整体功能的逻辑实现，因为其中一些模块是集成在一起的，因此这里放到一起进行方案分析。2.GSM+GPS+蓝牙+CPU该部分的实现主要两种方式，一种是按照功能选择芯片后自己设计电路实现所有功能；另外一种是使用现有的通信模块+外部CPU芯片。2.1联发科芯片实现该方案使用联发科的GSM通信CPU芯片MT6260作为主芯片、2G通信和蓝牙通信模块，外加联发科的GSP接收芯片MT3336和射频信号放大芯片RDA6625实现。该方案的模块图如下：MT6260UARTUARTGPS（MT3336）射频VRF2GRF（RDA6625）SIMSIMSPISPISerialFlash（W25Q128F）蓝牙2.2通信模块+CPU实现SIM808新一代GPS+GPRS二合一模块能完成2G通信和GPS位置信号采集，而且该模块集成了蓝牙3.0+EDR功能，体积只有24*24*3（mm）。再外加一个CPU芯片即可完成该部分功能，使用现有模块可以减少射频电路设计的复杂程度。该方案的模块图如下：SIM808MSP430UART蓝牙UARTGPSGSMSIMSIM2.3两种方案对比两种方案的对比如下：方案联发科芯片实现通信模块+CPU实现成本3.心率传感器设计方案心率传感器现有的压力测量方式，光电测量方式两种。而且为了保证能够检测到，可以在手环上设计并联多个传感器。这里主要设计三个方案，使用压力传感器；使用一个红外反射模块；使用两个红外反射模块。3.1方案1-压力传感器运放电路滤波电路压力传感器CPU电压信号将压力传感器放在手环接触手腕动脉位置，然后再脉冲进行跳动过程，采集压力信号，并通过滤波电路和运放电路进行处理，得到一个电压信号传输给CPU的ADC模块。该方案的技术难度主要有如下几点：1.压力信号变化小，使用常规的压力传感器分辨率不够，测量的压力信号较小，容易受到干扰，使用分辨率较高的传感器成本比较高，不合适。2.滤波电路的设计是个难点3.手环上传感器安装不方便，需要紧贴皮肤，并有一点的压力，对佩戴者来说会不舒适。因此该方案设计暂不考虑。3.2方案2-单个红外反射模块NJL5303R,COBP光反射器,最适合检测脉搏用的高性能医疗保健设备,其特点包括首先能扩大脉搏测量配套设备的应用范围。其次使用了最适合测量脉搏用的发光波长，NJL5303R采用了570nm发光波长的绿光，与红外光相比反射率更高，测量感度更高，同时提高了S/N比特性。而且该芯片的价格约一片11左右，能够在手环上进行使用。使用该模块硬件设计模块图如下：运放电路滤波电路NJL5303R电压信号红外发射控制信号CPU3.3方案3-两个红外反射模块使用一个NJL5303R芯片，在手环使用过程中可以会出现该模块与皮肤间隙太大等情况，造成测量不准确。如果使用两个NJL5303R芯片，安装在手环上的两个不同位置，设计手环时，能保证至少其中一个NJL5303R芯片和皮肤进行接触。通过两个即可能保证对心率测量的准确性。电压信号红外发射控制信号运放电路滤波电路NJL5303R电压信号红外发射控制信号CPU运放电路滤波电路NJL5303R4.加速度计芯片选型设计下面几种常用的三轴加速度计芯片对比芯片MMA8653FCADXL335MMA7455精度10位AD采集模拟信号10位AD采集量程±2g,±4g,±8g可选±3g固定±2g,±4g,±8g可选接口IIC模拟信号IIC+SPI体积2mmx2mmx1mm4mm×4mm×1.45mm3mmx5mmx1mm价格3元6.5元6元优势价格便宜，体积小模拟信号操作方便，稳定性高接口丰富，内部内部功能强大MMA8653FC芯片体积小，价格低，能够满足我们功能，因此选择该芯片作为加速度计。