物联网导论设计(智能手环)

物联网导论课程设计课题名称物联网导论所在院系XXXXX学院班级14级物联网学号1413XXXXXX姓名XXX指导老师XXX时间2016年3月分数物联网导论课程设计任务书姓名：XXX 班级：14级物联网指导老师：XXX课题名称：自由设计M2M的物联网体系设计 任 务 与 要 求1熟悉掌握物联网概念。2 了解物联网的支撑技术。3自行设计 套M2M的物联网应用。4编写此套应用的论文，字数不少于1000-2000。4.1论文应该图文并茂，贴近日常应用。4.2充分发挥，自由想象。4.3论文中应着重介绍一种物联网支撑技术。设计 步 骤1课前调查2确定方向3着手编写4及时修正概念 介 绍M2M定义：M2M是machine-to-machine的简称，即“机器对机器”的缩写，也有 人理解为人对机器(man-to-machine)、机器对人(machine-to-man)等， 旨在通过通信技术来实现人、机器和系统三者之问的智能化、交互式无 缝连接。M2M设备是能够回答包含在一些设备中的数据的请求或能够 自动传送包含在这些设备中的数据的设备。M2M通信与物联网的核心 理念 致，不同之处是物联网的概念、所采用的技术及应用场景更宽泛。 而M2M则聚焦在无线通信网络应用上，是物联网应用的一种主要方式。设计的物联网应用：智能手环一产品设计1概述:智能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锻炼、睡 眠、饮食还有健康等实时数据，并将这些数据与手机、平板同步，起到通过数据指导健康生 活的作用；并且还具备通话，接收短信，SOS紧急报警系统，GPS系统。2设计理念：在当今社会，老龄化越来越严重，年轻人因为工作比较忙，所以一些老人得不到很好的 照顾。当我们一个人在家出现一些突发病症时，会因为不能及时呼救，而错过最佳治疗时机。 当我们跟朋友出去玩不小心失散的时候，可能会因为手机没有信号而找不到队友。我们常常 不能合理健康的搭配食物而到导致我们遇到一些疾病，比如：急性肠胃炎。在我们运动的时 候想要找到适合自己的运动方式。现在都是智能机，当他们想给我们打电话的时候常常有很 多老人无法适应并且正确使用智能机。因此，我非常聪明的设计了这款智能手环。3设计原理：智能手环通过一个主控芯片来控制，通过一个运动传感器来跟踪你的运动状态和睡眠活 动，通过重力加速传感器判断人运动的动作得到一些基础数据传送给主控芯片。由数据连接 模块运动传感器，三轴加速度传感器等传感器，以及一些电池、蓝牙通讯模块、震动马达、 指示灯，GPS等基本部件组成。并且为它嵌入一个独立的操作系统，以及利用与物联网有 关的技术，如：射频识别来完成我们想要达到的效果。4产品功能： 当家里的老人一个人在家出现突发病症时，这款手环就会启动报警系统，自动拨打” 120”，且提供自己的位置，让病人及时得到治疗，向跟它连接的手机发送报告。 当你跟朋友出去玩走散的时候，在偏远的山区没有信号，可以通过定位系统向朋友 报告你的位置。 可以每天监控你的睡眠质量，让你清晰地看到你的生活状态，让你可以得到很好地 休息，有一个好的状态。 当你每天锻炼的时候，它可以帮你计数，及时反映你的情况，比如：燃烧了多少卡 路里。并且根据你的身体健康状况为你制定一套适合你的运动。 当人受到外界伤害时，他会自动开启录像动能，及时记录你的受伤情况。就不会出 现“扶不扶”的讨论，家人也能清楚地了解情况。 早上让你远离闹钟的吵扰，用微振动把你从睡梦中唤醒；可以根据你的饮食习惯和 身体情况做出对比分析，替你指定一套科学合理的健康饮食；可以用语音操作，还可以手动 控制。它还可以实现坐姿提醒，防盗等功能。5总结:有了这款智能手环，老人能得到很好地照顾，家人也能及时了解情况，不用在每天担 心父母。也不会在孤身一人发生危险的时候，无法向外界求救。有了这款手环，可以让你拥 有一套适合自己的运动方式以及一套科学合理的健康饮食，及时反映你的身体情况，让你有 一个健康的身体。二设计电路设计电路：主芯片用Atmal 328P,芯片引脚及各个形状如下:24I6f7_STTon1314PC6/RESET/PCINT14PD0/RXDPCINT16PD1/TXDPCINT17PD2ANT0ZPCINT18PD3/TNT1 0C2B PCINT19PD4/T0/XCK/TCINT20VCCGNDPB6/TOSC1/XTAL1ZPCINT6PB7/TOSC2ZXTAL2/TCINT7PD5/T1 OCOBPCINT21PD6/AINO/OCOA/TCINT22PD7/AIN1/PCINT23PBO/ICP1/CLKO/TCINTOPC5/ADC5/SCL/TCINT13PC4/ADC4/SDA/TCINT12PC3/ADC3/PCINT11PC2/ADC2/PCINT10PC1/ADC1/TCINT9PC0/ADC0/TCINT8GNDAREFAVCCPB5/SCK/TCINT5PB4ZMISO/PCINT4PB3/MOSI/OC2A/TCINT3PB2/SS/OC1B/PCINT2PB1/OC1A/TCINT128272120TpU1A1MEG止,P1最小系统一个嵌入式处理器自己是不能独立工作的，必须给它供电、加上时钟信号、提供复位信号如果芯片没有片内程序存储器，则还要加上存储器系统，然后嵌入式处理器芯片才可能工作。时钟系统调试测试接口存储器系统复位及其 配置系统供电系统（电源）模拟电源 电路简单，输出电压纹波较小，并且干扰较开关电源小得多。如图1-1所示。U11C71D1SPXI1113 -1.811ViilVout召23丄匸1IN5819P0WER0C4ClClC310422Ju：F/3510422OuF.-35图1-1模拟开关电路时钟电路 目前所有的微控制器均为时序电路，需要一个时钟信号才能工作，大多数微控制器具有晶体 振荡器。利用微控制器内部的晶体振荡器来提供时钟信号。如图1-2所示。PB4/MSOXPCINT4PB5/SCK/TCINT5PB6/T0SC1/XTAL1/TCINT6PB7/TOSC2/XTAL2/PCINT7PC0/ADC0/TCINT8PCI ADC1ZPCINT9PC2AADC2ZPCINT10PC3AADC3ZPCINT11 PC4/ADC4/SDA/PCINT12 PC5AADC5/SCL/PCINT13复位电路复位电路可以使用简单的阻容复位，这个电路成本低廉，但不能保证任何情况产生稳定可靠的复位信号，所以一般场合需要使用专门的复位芯片。如图1-3所示。P厂占，订匸Q匸?P厂FNTT1A通过主芯片Atmal 328P中的嵌入式程序运行后输出一个结果在手环上显现出来。2传感器接收电路（运放、A/D）a/d转换器a/d转换器的基本时钟由vpb时钟提供。可编程分频器可将时钟调整至逐步逼近转换所需的4.5MHz （最大）。如要要得到10位精度的结果，需要11个a/d转换时钟。A/D转换器的引脚描述如图2-1所示引脚名称类型引脚描述AIN7 AINO输入模拟输入。A/D转换器单元可分时测量这8个引脚上的输入 信号电压。即使这些引脚设置为GPIO功能，仍可以使用A/D 转换器部件。V3A,VSSA电源模拟电源和地。它们分别与标称的V3和VSSD的电压相同， 但为了降低噪声和出错几率，两者应当隔离。转换器的VrefP 和VrefN信号在内部与这两个电源信号相连。图2-1A/D引脚描述A/D转换器的内部结构如图2-2所示。AINOAIN1AIN7图2-2 A/D转换器的内部结构运算放大器馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。图2-3 A/D转换电路运算放大器（简称“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反3键盘 独立式按键输入原理：根据IO 口的状态了解外部按键是否按下;优点：编程简单；缺点：口线利用率不高行列式按键输入原理：行线逐个输出，列线读入，循环一次可以了解外部按键状态;优点：可以连接较多按键;缺点：编程较复杂。4报警器、蜂鸣器 报警器原理：当10 口输出高电平时LED熄灭，输出低电平时LED点亮。使用时要注意10 口的驱动 能力；优点：编程简单；缺点：信息简单；【当发生意外时，报警灯亮起并且震动，或者当被盗时报警灯自动亮起】电路图如图1-1所/示O图4-1报警器电路 蜂鸣器如果为直流蜂鸣器，那么只需提供额定电压就可以鸣叫。如果为交流蜂鸣器，那么需要提供 一定频率的交流信号，蜂鸣器才能鸣叫。通过IO 口控制蜂鸣器的供电。【当发生意外或者被盗时蜂鸣器自动响起】电路图如图4-2所示。图4-2蜂鸣器电路5数码管数码管是一类价格便宜使用简单，通过对其不同的管脚输入相对的电流，使其发亮，从而 显示出数字能够显示时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数的器件。电路图如图5-1 所示。6串口 定义串行接口 (Serial Interface)是指数据一位一位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一 对传输线就可以实现双向通信(可以直接利用电话线作为传输线)。串行通讯可以进一步分 为单工、半双工和全双工三种。 同步串行通信方式同步串行是指SPI (Serial Peripheral interface)的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通 信以交换信息，TRM450是SPI接口。异步串行通信方式异步串行是指 UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通用异步接收/发送。UART是一个并行输入成为串行输出的芯片，通常集成在主板上。UART包含TTL电平的 串口和RS232电平的串口。7 I2C定义I2C (InterIntegrated Circuit)总线是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微 控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。它是同步通信的一 种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。I2C总线电路图如图7-1所示。图7-1 I2C接口电路串行数据传送在总线备用时SDA和SCL都必须保持高电平状态，只有关闭I2C总线时才能使SCL钳位在 低电平。在I2C总线数据传输时，在时钟线高电平期间，数据线上必须保持有稳定的逻辑电 平(也就是说在数据传输期间只有时钟线低电平期间，才允许数据线上的电平发生变化)。 如图7-2所示。SDASCLdata line|change|stable；|of data|data vdlid|allowed|图7-2串行数据传送 开始和结束SCL线是高电平时，SDA线从高电平向低电平切换，这个情况表示起始条件；SCL线是高电平时，SDA线由低电平向高电平切换，这个情况表示停止条件。如图7-3所图7-3开始和结束EC数据传送I2C总线数据传送时，每传送一个字节数据后都必须有应答信号（A）。主控器接收数据时, 如果要结束通信时，将在停止位之前发送非应答信号（A非）。如图7-4所示。图7-4数据传送8传感器应用 三轴加速度传感器三轴加速度传感器是运动监测设备普遍具备的基本传感器，通常被用来记录行进步数。通过 测量方向和加速度力量，能够测量空间中X轴、Y轴、Z轴的加速度，能够感应人体在各 个方向的振动，从而达到计步操作。 皮电反应传感器皮电反应传感器是一种更高级的生物传感器，通常配备在一些可以监测汗水水平的设备上。 简单来说，人类的皮肤是一种导电体，当我们开始出汗，皮电反应传感器便可以检测出汗水 率，配合加速度计及先进的软件算法，有利于更准确地监测用户的运动水平。 光学心率传感器光学心率传感器是目前运动监测设备逐渐流行的配置，使用LED发光照射皮肤、血液吸收 光线产生的波动来判断心率水平。9 GPS定位 定义利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统， 简称GPS。GPS是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的 卫星导航系统，GPS可以提供车辆定位、防盗、反劫、行驶路线监控及呼叫指挥等功能。 要实现以上所有功能必须具备GPS终端、传输网络和监控平台三个要素。 应用通过GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。监控台的 电子地图显示求助信息和报警目标，规划最优援助方案，并以报警声光提醒值班人员进行应 急处理。10网络通过网络的接入可以实现数据与手机等工具的传输与同步，及时反映自身情况；通过网络的 接入可以实现自动启动报警系统，自动拨打”120”，且提供自己的位置；通过网络的接入 可以实现与家人的通话。三总结通过我非常勤奋刻苦努力的在课堂上所学的知识，和辛苦的在网上搜索的资料，完成了我的 设计，并且实现了一些我想要实现的功能；这个设计主要用到了传感器、ARM、物联网导 论等课程，通过这个设计使我增加了许多以前没有学过的知识，对这个有了更深的了解。