CN104460430A - 一种电子腕带及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种电子腕带及其控制方法，包括腕带外壳，所述腕带外壳呈中空环状，由相互连接的主体部和手环部构成；电路板嵌装在主体部内，电路板底部还设置有方形锂电池；手环部内设置有电池仓，电池仓内并排嵌装一个以上7号锂电池；电池仓内还设置有将所述方形锂电池和所述7号锂电池并联的软铜网，方形锂电池和7号锂电池向电路板的电路供电；所述电路板上设置有低功耗处理器，只有当定时器被触发时才会进行正常工作模式，工作完成后又恢复到休眠状态。本发明采用大容量并联电池和低功耗的工作模式，能够实现电子腕带一次充电长时间工作，且制造工艺简单，成本较低；并可支持室内外定位功能，还可实现非法拆卸报警功能，大大提高了电子腕带的工作性能可适用范围。
Description
技术领域
本发明涉及可穿戴设备技术领域，具体为一种电子腕带及其控制方法。
背景技术
可穿戴设备不仅仅是一种硬件设备，更是通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能，电子腕带是可穿戴设备的一种。可穿戴设备的工作能力很大程度上受限于电池能量，可穿戴设备频繁充电降低了用户体验，因此采用大容量电池和降低***功耗都是可行的方案。例如公告号为CN203632278U的实用新型专利公开了一种腕带式设备的供电装置，包括若干块电池，所述的若干块电池连接形成腕带状，其于腕带式设备连接从而能够将腕带式设备固定在人体手腕上，同时为其供电，所述电池内表面与人体手腕相适配。所述供电装置上设有至少一个预留位，用于固定脉搏采集单元和信息处理单元。这种方案的缺陷是工艺复杂，要求在制作电池时电池内表面与人体手腕相适配，电池曲面制作成本过高；更关键的是它仅提到了增大电池容量这一途径，并没有提供如何降低***功耗这一至关重要的途径。
在针对特殊人群的定位中同时要求可穿戴设备具有非法拆卸报警功能，目前公开的电子腕带都不具有这项功能。
另外，可穿戴设备的发展为获取设备穿戴者的信息提供了便利，例如位置信息。公告号CN202904018U的实用新型专利公开了一种GPS智能定位腕带，包括腕带本体及内设的GPS定位芯片和与该GPS定位芯片电连的电源。但其不具备室内定位能力，也没有提供通信手段把定位信息发送给关注佩戴者位置的人员。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用大容量电池和低功耗工作模式实现长时工作的电子腕带，本电子腕带还支持室内外定位，且可实现非法拆卸报警功能。技术方案如下：
一种电子腕带，包括腕带外壳，所述腕带外壳呈中空环状，由相互连接的主体部和手环部构成；电路板嵌装在主体部内，电路板底部还设置有方形锂电池；手环部内设置有电池仓，电池仓内并排嵌装一个以上7号锂电池；电池仓内还设置有将所述方形锂电池和所述7号锂电池并联的软铜网，所述方形锂电池和所述7号锂电池向电路板的电路供电；所述电路板上设置有低功耗处理器。
进一步的，上述腕带外壳内部为加压密封的空腔，所述电路板还设置有与所述低功耗处理器连接的压力传感器。
更进一步的，上述低功耗处理器为STM32L15x处理器，所述压力传感器为BMP180传感器，所述STM32L15x处理器的PC1引脚和PC2引脚分别连接所述BMP180传感器的SDA引脚和SCL引脚，STM32L15x处理器的PC0引脚同时连接BMP180传感器的VDD和VDDIO引脚。
更进一步的，上述电路板还设置有定位模块，所述定位模块为SIM908模块，所述STM32L15x处理器USART2串口的发送引脚PA2和接收引脚PA3分别连接SIM908模块GPRS串口的接收引脚RXD和发送引脚TXD，所述STM32L15x处理器USART3串口的发送引脚PB10和接收引脚PB11分别连接SIM908模块GPS串口的接收引脚GPS-RXD和发送引脚GPS-TXD，所述STM32L15x处理器的PA1引脚通过三极管开关电路连接SIM908模块的PWRKEY引脚。
一种电子腕带的控制方法，包括：
步骤一：初始化串口USART2和串口USART3，设置串口参数，使能串口；
步骤二：配置RCC时钟，打开GPIO时钟和USART时钟，创建控制周期性定位的定时器A；
步骤三：设置时间间隔TA，启动定时器A，STM32L15x处理器进入休眠状态；
步骤四：当定时器A超时，产生中断，STM32L15x处理器被唤醒，拉低PWRKEY引脚1秒钟，启动SIM908模块，注册GPRS网络；
步骤五：STM32L15x处理器向USART3串口发送命令，获取GPS位置信息，读取GPS串口输出的位置信息；
步骤六：如果读取GPS坐标成功，则进入下一步，否则STM32L15x处理器向USART2串口发送命令，获取移动基站定位的LBS位置信息，再进入下一步；
步骤七：将位置信息封装在数据包中后，STM32L15x处理器向USART2串口发送命令，将当前坐标数据包发送到监控中心服务器，并发送短信到相关人员手机；
步骤八：STM32L15x处理器向USART2串口发送命令，关闭SIM908模块，返回步骤三。
进一步的，上述方法还包括：
步骤a：创建拆卸检测定时器B；
步骤b：设置定时间隔TB，启动定时器B，STM32L15x处理器进入休眠状态；
步骤c：当定时器B超时，产生中断，STM32L15x处理器被唤醒，置PC0高电平，启动BMP180传感器；
步骤d：STM32L15x处理器向BMP180传感器发送压力检测命令，并记录BMP180传感器返回的压力值；
步骤e：如果当前压力值大于报警值，则未检测到非法拆卸，STM32L15x处理器置PC0低电平，关闭BMP180传感器，并返回步骤b；
步骤f：如果当前压力值小于报警值，则检测到非法拆卸，STM32L15x处理器置PA1低电平，拉低SIM908模块PWRKEY引脚1秒钟，启动SIM908模块，注册GPRS网络；
步骤g：STM32L15x处理器向USART2发送命令，发送非法拆卸报警信息。
更进一步的：上述报警值为0.12MPa。
本发明的有益效果是：本发明采用大容量并联电池和低功耗的工作模式，能够实现电子腕带一次充电长时间工作，且制造工艺简单，成本较低；并可支持室内外定位功能，以及提供通信手段把定位信息发送给关注佩戴者位置的人员的功能，还可实现非法拆卸报警功能，大大提高了电子腕带的工作性能可适用范围。
附图说明
图1为本发明锂电池排列示意图。
图2为本发明电池仓结构示意图。
图3为本发明电路结构框图。
图4本为发明STM32L15x处理器与SIM908模块连接示意图。
图5为本发明STM32L15x处理器与BMP180传感器连接示意图。
图6为本发明定位信息获取和传输步骤流程图。
图7为本发明非法拆卸检测步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：一种电子腕带，包括腕带外壳，所述腕带外壳呈密闭中空环状，由相互连接的主体部和手环部构成；电路板嵌装在主体部内，电路板底部还设置有方形锂电池；手环部内设置有电池仓，电池仓内并排嵌装一个以上7号锂电池（如图1所示）；电池仓内还设置有将所述方形锂电池和所述7号锂电池并联的软铜网，所述方形锂电池和所述7号锂电池向电路板的电路供电。这样整体电池容量比只在电路板底部用一块锂电池要大得多，另外，用多个7号电池并排嵌在电池仓中的工艺，避免了电池需要特殊复杂工艺制作成适应腕部的特殊曲面造成成本的急剧上升，通过如图2所示的两排软铜网分别作为正负极连接，完成对电路的供电。
除了大容量的电池外，本发明还采用低功耗的控制方法，来实现一次充电长时工作。如图3所示，电路板上设置有低功耗处理器、压力传感器和定位模块，用于完成定位信息获取和上报及气压检测功能。低功耗处理器选用ARM Cortex-M3内核的STM32L15x处理器，STM32L15x处理器的低功耗支持7种休眠模式，本实施例采用的休眠模式是低功耗休眠模式(Low power sleep)，此模式下只有RTC时钟在运行，而CPU其他部分不工作，正好保证了既节约能量，又能保证定时器的正常运行。STM32L15x处理器在睡眠状态时，消耗电流极小(uA级别)，只有当定时器被触发时才会进行正常工作模式，工作完成后又恢复到休眠状态，遵循“随用随开、用完即关”的操作方式。
其中实现定位信息获取和上报这一基本功能采用的定位模块选用GPS/GPRS二合一的SIM908模块。SIM908模块既支持GPS卫星定位，在GPS信号受阻挡的区域(如室内或大厦桥梁下)采用移动基站定位(Location Based Service，简称LBS)，因此本发明定位电子装置同时支持室内定位和室外定位。SIM908模块与STM32L15x处理器的连接关系如图4所示，SIM908模块提供两个串口，分别用于操作GPRS和GPS，STM32L15x处理器的串口USART2和USART3分别连接到这两个串口。具体为：STM32L15x处理器USART2串口的发送引脚PA2和接收引脚PA3分别连接SIM908模块GPRS串口的接收引脚RXD和发送引脚TXD， STM32L15x处理器USART3串口的发送引脚PB10和接收引脚PB11分别连接SIM908模块GPS串口的接收引脚GPS-RXD和发送引脚GPS-TXD；另外，为了让STM32L15x处理器能够控制SIM908模块的开启和关闭，STM32L15x处理器的PA1引脚通过三极管开关电路连接SIM908模块的PWRKEY引脚。在SIM908关闭时，STM32置PA1引脚低电平至少一秒钟，可以开启SIM908模块。
STM32L15x处理器及SIM908模块构成的基本***能完成基本的定位，并把定位信息传输报送给监控中心或通知关心佩戴者位置信息的相关人员。定位信息是周期性定时获取的，这是通过设置一个定时器实现的。***进行周期性定位并上报位置信息的流程如附图6所示。***上电后开始运行，首先进行初始化操作，主要是配置串口和GPIO资源，开启时钟等。具体流程包括：
步骤一：初始化串口USART2和串口USART3，设置串口参数，使能串口；
步骤二：配置RCC时钟，打开GPIO时钟和USART时钟，创建控制周期性定位的定时器A；
步骤三：设置时间间隔TA，启动定时器A，STM32L15x处理器进入休眠状态；
步骤四：当定时器A超时，产生中断，STM32L15x处理器被唤醒，拉低PWRKEY引脚1秒钟，启动SIM908模块，注册GPRS网络；
步骤五：STM32L15x处理器向USART3串口发送命令，获取GPS位置信息，读取GPS串口输出的位置信息；
步骤六：如果读取GPS坐标成功，则进入下一步，否则STM32L15x处理器向USART2串口发送命令，获取移动基站定位的LBS位置信息，再进入下一步；
步骤七：将位置信息封装在数据包中后，STM32L15x处理器向USART2串口发送命令，将当前坐标数据包发送到监控中心服务器，并发送短信到相关人员手机；
步骤八：STM32L15x处理器向USART2串口发送命令，关闭SIM908模块，返回步骤三。
其中气压检测是为了实现非法拆卸报警功能。本实施例腕带外壳采用整体一次性注塑成型，把电路板以及电池全封闭与外部完全隔离。腕带外壳在注塑成形时充入1.5个大气压的氮气，形成腕带内部气压高于腕带外部大气压的条件。利用正常情况下腕带内部压力与被破坏时内部氮气泄露引起内部气压变化后的压力的不同，来判断腕带对否被非法拆卸。正常情况压力为0.15MPa，非法拆卸导致外壳受损氮气泄露，压力会降到一个大气压即0.1MPa，为避免温度异常和地域差异引起虚警，取0.12MPa为报警值。当检测到腕带内部气压降到0.12MPa以下时，可以认为设备被破坏，此时应该及时上报异常。压力传感器选用BMP180传感器，BMP180传感器是一个I2C接口的数字传感器，与STM32L15x处理器的连接关系如图5所示：STM32L15x处理器的PC1引脚和PC2引脚分别连接所述BMP180传感器的SDA引脚和SCL引脚，为了让BMP180传感器在不工作时不消耗能量，STM32L15x处理器的PC0引脚同时连接BMP180传感器的VDD和VDDIO引脚，以便通过引脚的电平高低控制传感器的开启和关闭。
在***初始化完成后设置一个定时器，专门控制BMP180传感器数据的采集，每次都是按照打开传感器-测量气压数据、判断是否气压异常-关闭传感器的过程进行检测。具体步骤如下（如图7所示）：
步骤a：创建拆卸检测定时器B；
步骤b：设置定时间隔TB，启动定时器B，STM32L15x处理器进入休眠状态；
步骤c：当定时器B超时，产生中断，STM32L15x处理器被唤醒，置PC0高电平，启动BMP180传感器；
步骤d：STM32L15x处理器向BMP180传感器发送压力检测命令，并记录BMP180传感器返回的压力值；
步骤e：如果当前压力值大于预0.12MPa，则未检测到非法拆卸，STM32L15x处理器置PC0低电平，关闭BMP180传感器，并返回步骤b；
步骤f：如果当前压力值小于0.12MPa，则检测到非法拆卸，STM32L15x处理器置PA1低电平，拉低SIM908模块PWRKEY引脚1秒钟，启动SIM908模块，注册GPRS网络；
步骤g：STM32L15x处理器向USART2发送命令，发送非法拆卸报警信息。
由于本实施例的腕带外壳为整体一次性注塑成型的，故在野外恶劣条件下和室内用水时具备防水能力，进一步扩大了适用范围。
Claims (7)
1.一种电子腕带，包括腕带外壳，其特征在于，所述腕带外壳呈中空环状，由相互连接的主体部和手环部构成；电路板嵌装在主体部内，电路板底部还设置有方形锂电池；手环部内设置有电池仓，电池仓内并排嵌装一个以上7号锂电池；电池仓内还设置有将所述方形锂电池和所述7号锂电池并联的软铜网，所述方形锂电池和所述7号锂电池向电路板的电路供电；所述电路板上设置有低功耗处理器。
2.根据权利要求1所述的一种电子腕带，其特征在于，所述腕带外壳内部为加压密封的空腔，所述电路板还设置有与所述低功耗处理器连接的压力传感器。
3.根据权利要求2所述的一种电子腕带，其特征在于，所述低功耗处理器为STM32L15x处理器，所述压力传感器为BMP180传感器，所述STM32L15x处理器的PC1引脚和PC2引脚分别连接所述BMP180传感器的SDA引脚和SCL引脚，STM32L15x处理器的PC0引脚同时连接BMP180传感器的VDD和VDDIO引脚。
4.根据权利要求3所述的一种电子腕带，其特征在于，所述电路板还设置有定位模块，所述定位模块为SIM908模块，所述STM32L15x处理器USART2串口的发送引脚PA2和接收引脚PA3分别连接SIM908模块GPRS串口的接收引脚RXD和发送引脚TXD，所述STM32L15x处理器USART3串口的发送引脚PB10和接收引脚PB11分别连接SIM908模块GPS串口的接收引脚GPS-RXD和发送引脚GPS-TXD，所述STM32L15x处理器的PA1引脚通过三极管开关电路连接SIM908模块的PWRKEY引脚。
5.一种如权利要求4所述的电子腕带的控制方法，其特征在于，包括：
步骤一：初始化串口USART2和串口USART3，设置串口参数，使能串口；
步骤二：配置RCC时钟，打开GPIO时钟和USART时钟，创建控制周期性定位的定时器A；
步骤三：设置时间间隔TA，启动定时器A，STM32L15x处理器进入休眠状态；
步骤四：当定时器A超时，产生中断，STM32L15x处理器被唤醒，拉低PWRKEY引脚1秒钟，启动SIM908模块，注册GPRS网络；
步骤五：STM32L15x处理器向USART3串口发送命令，获取GPS位置信息，读取GPS串口输出的位置信息；
步骤六：如果读取GPS坐标成功，则进入下一步，否则STM32L15x处理器向USART2串口发送命令，获取移动基站定位的LBS位置信息，再进入下一步；
步骤七：将位置信息封装在数据包中后，STM32L15x处理器向USART2串口发送命令，将当前坐标数据包发送到监控中心服务器，并发送短信到相关人员手机；
步骤八：STM32L15x处理器向USART2串口发送命令，关闭SIM908模块，返回步骤三。
6.根据权利要求5所述的一种电子腕带的控制方法，其特征在于，还包括：
步骤a：创建拆卸检测定时器B；
步骤b：设置定时间隔TB，启动定时器B，STM32L15x处理器进入休眠状态；
步骤c：当定时器B超时，产生中断，STM32L15x处理器被唤醒，置PC0高电平，启动BMP180传感器；
步骤d：STM32L15x处理器向BMP180传感器发送压力检测命令，并记录BMP180传感器返回的压力值；
步骤e：如果当前压力值大于报警值，则未检测到非法拆卸，STM32L15x处理器置PC0低电平，关闭BMP180传感器，并返回步骤b；
步骤f：如果当前压力值小于报警值，则检测到非法拆卸，STM32L15x处理器置PA1低电平，拉低SIM908模块PWRKEY引脚1秒钟，启动SIM908模块，注册GPRS网络；
步骤g：STM32L15x处理器向USART2发送命令，发送非法拆卸报警信息。
7.根据权利要求6所述的一种电子腕带的控制方法，其特征在于，所述报警值为0.12MPa。
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