智能可穿戴设备的设计与实现

“十三五”高等职业教育规划教材

智能可穿戴设备的

设计与实现

魏彦孙宏伟主编

杨欧连国云副主编

李金子史虹参编

内容简介

本书以智能可穿戴设备开发平台为依托并结合编者的实际开发经验编写而成内容包

,,

括可穿戴设备的现状平台简介和实验说明软件的安装和使用方法用

:、;IAR-EWARM,

开发软件开发可穿戴设备入门基础知识编程实现让通

AndroidStudioAPP;Android;APP

过蓝牙和设备进行通信可穿戴设备模块综合设计

;。

本书结构清晰讲解细致注重学生实践能力的培养通过学习读者可对智能可穿戴

,,。,

设备的设计与实现有总体认识并掌握基本的开发方法

,。

本书适合作为高等职业院校计算机专业的教材也可作为对可穿戴设备硬件开发感兴

,

趣的相关人士的参考用书

。

图书在版编目(CIP)数据

智能可穿戴设备的设计与实现魏彦孙宏伟主编北京

/,.—:

中国铁道出版社有限公司

,2019.8

十三五高等职业教育规划教材

“”

ISBN9787113258382

智魏孙移动终端智能终端

Ⅰ.①…Ⅱ.①…②…Ⅲ.①

设计高等职业教育教材

Ⅳ.①TN87

中国版本图书馆数据核字第号

CIP(2019)115158

书名:智能可穿戴设备的设计与实现

作者:魏彦孙宏伟

策划:王春霞尹鹏编辑部电话:转

010-635891852068

责任编辑:王春霞彭立辉

封面设计:付巍

封面制作:刘颖

责任校对:张玉华

责任印制:郭向伟

出版发行:中国铁道出版社有限公司北京市西城区右安门西街号

(100054,8)

网址::////

http51eds

印刷:三河市航远印刷有限公司

版次:年月第版年月第次印刷

201981201981

开本:印张:字数:千

850mm×1168mm1/1613.25277

书号:

ISBN9787113258382

定价:元

36.00

版权所有侵权必究

凡购买铁道版图书如有印制质量问题请与本社教材图书营销部联系调换电话

,,。:(010)63550836

打击盗版举报电话

:(010)51873659

前言

随着医疗和消费领域对智能可穿戴设备的需求与日俱增,智能可穿戴设备的应用得到

了极大的普及。目前,智能手表、智能手环的应用十分广泛;未来,在健康监护、家庭康复、

安全监测、疾病早发现、疗效评估等领域,智能可穿戴设备必将得到更加广泛的应用。

智能穿戴设备所涉及的技术包括人工智能技术、核心传感技术、通信技术、设备交互技

术等,是一种综合性很强的设备。对于广大智能可穿戴设备的开发人员而言,要求的知识

领域广,入门较难,专业书籍较少。为此,编者结合实际开发经验,精选开发平台,以实际案

例为基础,编写了本书,旨在为广大有志于从事智能可穿戴设备开发的人员提供入门的便

捷方式。

从知识结构上看,智能可穿戴设备的开发,主要涉及的知识包括传感器与单片机技术、

操作系统编程技术。本书以一套智能可穿戴设备开发平台为依托,以可穿戴设备中常用模

块为案例,从传感器技术和智能可穿戴程序设计两方面,为读者详尽讲解了

AndroidAPP

智能可穿戴设备的开发方法。

本书主要涉及以下几方面内容:

程序设计基础知识

1.Android

本书案例中,编译器使用;编程使用。本书对这两个工具

IARAndroidAndroidStudio

的安装和使用进行了简单介绍,并针对零基础的学习者,提供了入门基

AndroidAndroid

础知识。对于已有基础的开发者,可以跳过这部内容。

Android

可穿戴设备开发通用技术

2.

可穿戴设备开发通用技术主要包括网络通信技术、蓝牙通信技术、方法、

Fragment

间通信方法、通信协议的设计方法等。这些技术在可穿戴设备的开发中应用非常

Activity

广泛,是每一个可穿戴设备开发者和学习者必须要掌握的通用技术。该部分内容有详尽的

代码讲解,对于初学者而言,能够从详尽的代码讲解中获取到通用的设计方法。

常用模块系统设计

3.

常用智能可穿戴设备模块综合设计,主要包括体温采集模块、脚底压力模块、心率计数

模块、计步模块、腕部触感提醒模块、紫外线超测量模块等常用模块。每个模块从传感器的

选择开始,进行电路原理的设计,再到程序的编写,介绍了每个模块的设计流程。

Android

Ⅰ

在学完成这些典型模块后,有志于智能可穿戴设备开发的广大开发人员和学生,可以根据

这个设计流程,制定设计思路,选择传感器模块,设计硬件电路图,编写单片机程序和

程序,进行其他功能模块的设计开发。

Android

目前,智能可穿戴设备应用开发方面的教材非常少,本书的创新之处在于结合教师教

学和科研实践,从通用技术到具体模块,从入门到综合设计,深入浅出地介绍了智能可穿戴

设备开发的流程和知识体系。

精心规划内容

1.

本书的编者长期从事嵌入式方向的教学,对可穿戴设备的开发亦有丰富经验。在编写

过程中,精心规划了教学内容,并与一线开发工程师研讨,内容满足可穿戴设备开发初学者

必须掌握的技能。

精讲通用技术

2.

通用技术为各种类型的可穿戴设备开发中较为普遍、应用较多的技术,本书将其作为

一部分精讲内容,让读者能够在充分掌握后,应用到今后可能从事的各种各样的智能可穿

戴设备的开发中。

精选典型案例

3.

本书选择的案例为智能可穿戴设备中使用频率较高的典型案例,可指导读者开发可穿

戴设备。

本书是在深圳职业技术学院计算机应用专业开设两届的“智能可穿戴设备应用开发”

课程的基础上,根据实际课程教学的需求,经过计算机应用专业相关教师严谨的调研、充分

的实践、不断的讨论,精心编撰而成。深圳职业技术学院计算机应用专业在嵌入式方向的

教学中,不断改革创新,课程设置因时而变,依托深圳改革创新的大环境,为培养嵌入式领

域的优秀人才而努力。在此特别感谢计算机应用专业全体教师为本书的撰写付出的艰苦

努力。

本书提供课程教学大纲、教学进度计划表、全书案例代码。如果需要相关教材资料,或

者对教材有宝贵意见和建议,请发送邮件至作者邮箱。

37475569@

由于时间仓促,编者水平有限,书中难免存在疏漏和不妥之处,恳请广大读者朋友不吝

赐教。

编者

年月

20193

Ⅱ

目录

第章绪论………小结………

24

11习题………

24

可穿戴设备的现状及应用…………

1.11

可穿戴设备定义………………第章AndroidStudio

1.1.113

可穿戴设备起源………………基础………

1.1.2225

可穿戴设备典型应用分析……的环境搭建……

1.1.323.1AndroidStudio25

可穿戴设备崛起………………位系统安装

1.1.433.1.1Windows764

可穿戴设备应用开发系统介绍……及环境变量配置………

1.23JDK25

可穿戴实验平台使用说明…………安装及

1.343.1.2AndroidStudio

平台介绍………工程创建……

1.3.1430

的简单

…3.1.3AndroidStudio

1.3.2AndroidAPP6设置…………

小结………34

10创建第一个程序………

习题………3.2Android43

10创建第一个

3.2.1Android

第章IAR-EWARM软件项目…………

43

2开发入门………………熟悉项目的目录

113.2.2Android

安装步骤…………结构…………

2.1IAR-EWARM1146

在线注册……在平板电脑中运行

2.1.1113.2.3

下载软件……

2.1.213AndroidAPP47

安装………………常用组件……………

2.1.3EWARM143.2.4Android50

新建软件工程……常用布局……………

2.2153.2.5Android52

创建工程……用户登录及注册实验……

2.2.1163.3Android53

添加文件……登录界面设计……………

2.2.2173.3.1UI53

配置工程……注册界面设计……………

2.2.3193.3.2UI56

基于的注解控件的

2.3STMEVKIT-STM32F10××83.3.3ButterKnife

示例代码运行……使用…………

2359

Ⅰ

实现与服务器间的设置缩放类型……

3.3.4Android3.7.5scaleType85

通信…小结………

HTTP5988

程序签名打包……………习题………

3.4Android6488

文本框

3.5AndroidTextView()可穿戴实验平台

详解………………第章

674

输入框详解…………蓝牙通信设计………

3.6EditText()7289

设置默认提示文本…………菜单界面创建

3.6.1724.1Android

与使用…

获得焦点后全选组件内Fragment89

3.6.2的创建……………

所有文本内容………………4.1.1Fragment89

73的使用……………

限制输入类型……4.1.2GridView91

3.6.3EditText73的切换……………

设置最小行、最多行、单行、4.1.3Fragment95

3.6.4蓝牙通信与通信

多行、自动换行………………4.2Android4.0

74协议设计…………

设置文字间隔及英文字母96

3.6.5蓝牙详解……

大写类型……4.2.1Android4.096

75蓝牙开发………………

4.2.24.096

控制四周的可穿戴蓝牙的数据通信……

3.6.6EditText4.2.3102

间隔距离与内部文字蓝牙开发———搜索蓝牙

4.3Android

与边框间的距离……………设备………………

75106

设置获得焦点,打开蓝牙设备………………

3.6.7EditText4.3.1107

同时弹出小键盘……………搜索蓝牙设备………………

754.3.2108

光标位置的控制…获取配对过的蓝牙设备……

3.6.8EditText764.3.3109

带表情的的蓝牙开发———连接蓝牙

3.6.9EditText4.4Android

简单实现……设备………………

77109

带删除按钮的…小结……

3.6.10EditText78112

习题……

图像视图…………112

3.7ImageView()80

属性和

3.7.1srcbackground第章可穿戴设备模块综合

属性的区别…

815设计……

解决拉伸113

3.7.2blackground体温检测模块的开发和设计……

导致图片变形的方法………5.1114

82体温采集信息价值…………

和结合5.1.1114

3.7.3srcbackround非接触式体温传感器

g5.1.2

应用…………原理…………

83115

设置缩放温度采集电路解析…………

3.7.4adjustViewBounds5.1.3116

是否保存原图长宽比………体温传感代码解析…………

845.1.4116

Ⅱ

手机软件的开发传感器的

5.1.5APP5.4.2MPU6050

和功能………使用…………

118161

可穿戴脚底压力模块……………步伐识别算法………………

5.21295.4.3162

电阻应变式传感器原理运动传感代码解析…………

5.2.15.4.4164

及应用………手机软件的开发

1295.4.5APP

拉力传感器与压力和功能………

5.2.2166

传感器………腕部触感提醒项目………………

1305.5173

力敏传感器应用电路………微型振动马达原理

5.2.31315.5.1

拉力与压力程序解析………及使用注意事项……………

5.2.4132173

手机软件的开发和微型振动马达电路解析……

5.2.5APP5.5.2174

功能…………振动提示程序解析…………

1345.5.3175

心率计数模块……手机软件的

5.31455.5.4APP

心率采集信息价值…………开发和功能…

5.3.1145178

非接触式体温传感器紫外线超测量模块………………

5.3.25.6185

原理…………紫外线的检测原理

1465.6.1

心率传感器电路解析………及注意事项…

5.3.3147185

心率传感代码解析…………紫外线传感器电路解析……

5.3.41475.6.2187

手机软件的开发紫外线传感代码解析………

5.3.5APP5.6.3188

和功能………手机软件的

1515.6.4APP

手腕佩戴式计步模块……………开发和功能…

5.4160192

运动传感器原理小结……

5.4.1203

及发展历程…习题……

160203

Ⅲ

第1章

绪论

本章主要介绍可穿戴设备的现状、应用、起源等理论知识,然后介绍所用到的设备开发系

统,最后介绍所用到的实验平台。

了解可穿戴设备的现状及应用。

●

熟悉可穿戴设备应用开发系统。

●

学会使用可穿戴应用开发系统。

●

1.1可穿戴设备的现状及应用

1.1.1可穿戴设备定义

可穿戴设备也称可穿戴计算设备目前并没有统一的

,

定义麻省理工学院的媒体实验室对可穿戴计算的定义

。

是计算机科技结合多媒体和无线传播以不突显异物感的

:“

输入或输出仪器如首饰眼镜或衣服进行连接个人局域

(、)

网络功能侦测特定情境或成为私人智慧助理进而成为使

、,

用者在行进动作中处理信息的工具常见的可穿戴设备

”。

的几种应用类型如图所示

,1-1。

基于这个定义可穿戴设备可理解为基于人体自然能

,

力之上的借助计算机习称电脑科技实现对应业务功能

,()图1-1可穿戴设备的几种应用类型

的设备人体自然能力指人类本体与生俱来的能力如动

。,

智能可穿戴设备的设计与实现

手能力行走能力语言能力眼睛转动能力心脏脉搏跳动能力大脑神经思维能力等这里的

、、、、、;

电脑科技指基于人体能力或环境能力通过内置传感器集成芯片功能实现对应的信息智能交互

、

功能

。

1.1.2可穿戴设备起源

最早的可穿戴设备可追溯到便携式计算器时代如以腕表的方式集成计算器的功能方便人

,

们随时随地进行简单的数字运算随着技术的进步越来越多的计算功能被集成到可穿戴设备

。,

上从穿戴式电脑到穿戴式设备业界对可穿戴的定义进一步明确认为可穿戴设备需要包含

。,,

可穿戴的形态独立的计算能力专用的程序或功能这三类基本属性例如年

“”“”“”。,2006

公司推出的手腕式电阻触屏电脑如图所示符合传统对可穿戴设备的定义但

Eurotech1-2,。

这样的设备消费者并不买账很大一方面就是类似的设备用户体验并不友好另外也没有凸显

,,

和传统电脑的区别

。

可见除了上述三类基本属性外可穿戴设备最重要的一个属性是用户体验友好可融入

,,“”,

人体自然穿戴中穿戴起来不显唐突另外要突出和传统电脑的区别一个差异属性就是感

,。,,“

知能力即通过内置芯片传感器可感知穿戴者或周围环境属性信息为业务处理提供更多的基

”,,

础信息输入随着物联网传感技术芯片技术和智能操作系统的发展可穿戴设备和人体结合

。、、,

程度越来越紧密用户体验也更加友好更多的可穿戴设备被投入市场图所示为目前流

,,。1-3

行的智能穿戴手环

。

图1-2手腕式电阻触屏电脑图1-3智能穿戴手环

1.1.3可穿戴设备典型应用分析

按照联合国人口老龄化标准全球现已进入老龄社会年后全球老龄化程度与目前发达

,,40

国家相当健康和医疗领域被公认为可穿戴设备最有发展潜力市场规模最大的一个领域健

。、。

康领域的可穿戴设备以轻量化的手表手环和配饰为主要形式实现运动或户外数据如心率

、,(、

步频卡路里消耗等指标的检测分析与服务医疗领域的可穿戴设备以专业化方案提供血

、)、。

压心率等医疗体征的检测和处理形式较为多样包括医疗手表手机附件等

、,,、。

医疗健康类可穿戴设备如智能手环等通过内置传感器采集人体指标并通过蓝牙方式把

()

22

绪论第1章

数据传递给智能手机内对应的应用应用通过数据通信网络把数据传递到对应的数

APP;APP

据处理中心数据中心在接收到数据后进行业务逻辑处理对于一些异常指标数据可以按照业

;,

务逻辑触发医务人员进行进一步的分析处理后反馈给用户可穿戴设备定期采集人体各项指

,。

标数据并进行记录这个过程中医务人员通过远程查看方式及时掌控各项指标实现对生命全

,,

过程的健康监控和常见疾病的防御

。

我国患病人数多医疗成本高患病时间长服务需求大合理的慢性疾病管理能够避免看

、、、,,

急诊和住院治疗减少就医次数可以大大节约费用和人力成本医疗健康类可穿戴设备从某

,,。

种程度来说符合很多人的刚性需求未来将会更多地融入人们的生活

,。

1.1.4可穿戴设备崛起

年是可穿戴设备崛起之年谷歌眼镜三星智能手表等设备的发布标志着互联网时代

2013,、

硬件创新达到了新的顶峰这些用户体验更为友好的可穿戴设备使人们的身体也将由此成为一

,

个智能终端并影响人们的行为模式提高人们的行动效率最终将改变人们接入互联网的方式

,,,

和入口

。

在互联网时代人与计算机设备交互周期通常以天为单位人们可能每天使用几次计算机

,,

进行网络冲浪移动互联网时代解放了人们的双腿人们每间隔几个小时就会使用一次手机进

;,

行信息查阅人机交互周期缩短到以小时为单位而在可穿戴计算时代人与设备的交互周期将

,;,

以分钟秒为单位交互频率更大移动互联网用户规模较桌面互联网爆炸式增长事实说明业

、,。

务的交互越频繁业务的用户黏性就越大进而促进用户规模的扩大基于此可穿戴时代用户

、,。

规模或比移动互联网更大这也是资本市场垂青可穿戴设备的原因所在随着越来越多可穿戴

,。

设备的出现这些设备的形态应用类型各式各样需要对其进行归类以更好地了解其特征和技

,、,

术特点

。

1.2可穿戴设备应用开发系统介绍

可穿戴设备实训平台针对可穿戴设备进行全生态实践教学所授课内容涉及物联网技术

,、

电子工程计算机工程移动互联网通信工程生物医疗电子等多项内容尤其适合物联网技

、、、、,

术电子工程计算机软件医疗电子通信工程等多个专业的课程教学实训系统如图

、、、、。1-4

所示

。

该实训系统中除了包含腕带腰带等多种可穿戴设备外还配备有专门定制的智能手表如

、,,

图所示该智能手表可搭载相关应用实现穿戴设备间的数据采集与数据传输

1-5。,。

该实训平台针对实际应用和相关传感器可进行多种类型的可穿戴设备实验既可进行单

,;

一传感器实验也可以多传感器组合进行更为复杂的监测

,。