基于蓝牙低功耗传输的智能腕带设计

发布时间：2017-05-16 00:00

  本文关键词：基于蓝牙低功耗传输的智能腕带设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：基于蓝牙低功耗传输的智能腕带属于可穿戴设备的范畴。近几年智能手机与平板电脑的迅速普及,人们正期待用更多样化的方式使用自己的智能终端,这让可穿戴式设备的发展出现了市场需求;蓝牙技术联盟于2010年推出蓝牙低功耗协议标准,它为可穿戴设备提供了低功耗无线传输的技术基础。本论文的主要工作是设计一个基于蓝牙低功耗传输的智能腕带。智能腕带包含两项主要功能:多种人体动作检测与数据加密。人体动作检测功能是运用加速度计芯片对人体的步伐、翻腕降腕、敲击动作进行实时检测与算法识别;数据加密功能是运用一颗专用的加密芯片,对智能手机等主机端下传的原始数据进行加密,然后通过BLE将加密后的数据回传给主机端。此外,腕带还提供LED时间显示以及空中固件更新功能。LED时间显示,是通过12个点双色LED,模拟手表显示时间;空中固件更新功能,是通过BLE连接对腕带进行固件更新。在硬件设计上,首先根据功能及设计要求确定硬件结构与器件的选型,然后分别设计了主控芯片模块、加速度计模块、扩展IO芯片模块、LED、按键以及电池电量检测模块的电路。本文的软件设计包括软件功能流程设计及其基于OSAL的实现、基于OSAL的应用程序任务设计、基于BLE协议GATT协议层的自定义应用框架设计、人体动作识别与运动计算算法设计以及空中固件更新功能的实现。软件流程设计实现智能腕带的基本功能;腕带在BLE连接中是GATT服务器,需向智能手机提供GATT数据服务,本文针对腕带的两项主要功能,分别设计了数据加密应用框架与个人运动信息应用框架;人体动作识别与运动计算算法详细阐述了步伐计数、敲击识别、翻腕识别的工作原理;最后,阐述了空中固件更新功能的工作原理以及实现方法。本文对智能腕带的实物样机进行了性能与功耗测试,包括射频载波频偏调整测试、BLE通信测试、基于BLE协议的GATT数据服务验证、功耗测试。测试与验证结果表明设计达到了预期要求。
【关键词】：可穿戴设备 蓝牙低功耗 操作系统抽象层 GATT服务 动作识别 空中固件更新
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN925;TP368.33
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 论文的背景以及意义9-10
• 1.2 蓝牙技术概述10-13
• 1.2.1 蓝牙发展历程11-12
• 1.2.2 蓝牙低功耗技术12-13
• 1.3 论文的主要工作与内容安排13-15
• 第二章 蓝牙低功耗技术分析15-30
• 2.1 蓝牙低功耗技术特性15-20
• 2.1.1 模式与硬件配置15-17
• 2.1.2 关键性限制17-18
• 2.1.3 网络拓扑18-19
• 2.1.4 应用框架19-20
• 2.2 蓝牙低功耗协议20-30
• 2.2.1 物理层21-22
• 2.2.2 连接层22-25
• 2.2.3 主机控制器接25
• 2.2.4 逻辑连接控制与适配层25-26
• 2.2.5 属性协议层26
• 2.2.6 安全管理26-27
• 2.2.7 通用访问应用框架27
• 2.2.8 通用属性应用框架27-30
• 第三章 蓝牙低功耗智能腕带硬件设计30-35
• 3.1 硬件结构30-31
• 3.2 主控芯片FRE010及其外围电路31-32
• 3.3 LED显示电路32-33
• 3.4 加速度计及其外围电路33-34
• 3.5 按键、电池电量检测电路34-35
• 第四章 蓝牙低功耗智能腕带的软件设计35-57
• 4.1 软件流程的设计与实现35-41
• 4.1.1 软件功能流程设计35-36
• 4.1.2 基于OSAL的软件流程实现36-41
• 4.2 数据加密与个人运动信息应用框架的设计41-46
• 4.2.1 数据加密应用框架41-44
• 4.2.2 个人运动信息应用框架44-46
• 4.3 人体动作识别与运动计算算法46-54
• 4.3.1 算法流程46
• 4.3.2 数据的采集与滤波处理46-47
• 4.3.3 步伐计数算法设计47-50
• 4.3.4 敲击动作识别50-52
• 4.3.5 翻腕动作识别52-54
• 4.4 空中固件更新功能的实现54-57
• 4.4.1 空中固件更新原理54-55
• 4.4.2 空中固件更新功能的实现55-57
• 第五章 测试与结论57-63
• 5.1 载波频偏测试与调整57-59
• 5.2 BLE通信测试59-61
• 5.2.1 BLE广播通道与数据通道数据包通信测试59-60
• 5.2.2 GATT服务器数据服务验证60-61
• 5.3 功耗测试与优化61-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 6.1 总结63
• 6.2 展望63-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-69
• 附录69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 张政波;俞梦孙;赵显亮;吴太虎;郑捷文;;穿戴式、多参数协同监测系统设计[J];航天医学与医学工程;2008年01期

2 刘宝兵;;浅析蓝牙核心技术的链路管理器及主机接口协议[J];数字技术与应用;2014年02期

3 彭春华;蒋新华;;蓝牙系统中适配层程序的设计与实现[J];计算机系统应用;2008年07期

  本文关键词：基于蓝牙低功耗传输的智能腕带设计，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：369144