本發(fā)明涉及可穿戴設(shè)備，具體涉及一種基于云計(jì)算平臺(tái)的智能手環(huán)及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在21世紀(jì)的第二個(gè)10年，科技的發(fā)展將人類帶入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，大量的智能手機(jī)、平板電腦等智能終端設(shè)備，已進(jìn)入人們的日常生活。這為可穿戴設(shè)備的發(fā)展提供了良好的條件，可穿戴設(shè)備更加貼近人們的生活，可以增加人們與智能終端設(shè)備的交互方式，開始探索更加與人緊密聯(lián)系，能監(jiān)測(cè)自己身體狀態(tài)，或能增加人對(duì)外界的探索方式的智能外設(shè)。

目前市場(chǎng)上常見的可穿戴設(shè)備大致可以分為兩個(gè)方向，一是人體動(dòng)作信息監(jiān)測(cè)，如現(xiàn)在市場(chǎng)上品牌眾多的計(jì)步功能手環(huán)，這類設(shè)備，主要是通過加速度傳感器對(duì)人的運(yùn)動(dòng)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣并根據(jù)一定的步伐檢測(cè)算法進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的綜合與運(yùn)算，反應(yīng)人的運(yùn)動(dòng)量和熱量消耗等信息。二是延伸人的信息獲取，如谷歌眼鏡、Apple Watch智能手表、Moto 360智能手表等，谷歌眼鏡可以使佩戴者實(shí)時(shí)搜索，更方便快速地獲得信息，進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝、錄像，具有所見即所得的特性；Moto 360智能手表搭載了最新的Android Wear操作系統(tǒng)，它與智能手機(jī)連接以后，可以將通知信息推送到手表上，并可以通過語(yǔ)音回復(fù)信息和遠(yuǎn)程操作設(shè)備。

目前的智能手環(huán)只是像“秘書”一樣簡(jiǎn)單的記錄你的健康信息，消費(fèi)者還是無法從中準(zhǔn)確地了解自己的健康狀況，也沒有專門的健康專家提供有價(jià)值的健康方案；其次，在智能手環(huán)上加載數(shù)據(jù)挖掘模塊會(huì)極大增加手環(huán)的功耗，降低續(xù)航時(shí)間；最后，缺乏利用用戶大數(shù)據(jù)的手段和機(jī)制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，尤其解決現(xiàn)有的智能手環(huán)中缺乏信息交互手段，只能實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)個(gè)體數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理和挖掘，而不能利用大量不同用戶數(shù)據(jù)建立起用戶健康模型，實(shí)現(xiàn)使用者的健康監(jiān)控和預(yù)測(cè)等問題。

本發(fā)明方案通過智能手環(huán)收集用戶體征或者運(yùn)動(dòng)等數(shù)據(jù)，然后通過藍(lán)牙將數(shù)據(jù)傳遞到云終端，再由云終端將數(shù)據(jù)傳輸至云計(jì)算平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和挖掘，使用聚類、分類等手段對(duì)大量不同用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以總結(jié)出使用人的行為模式以及健康狀況，也能夠準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)使用者的身體健康狀況的趨勢(shì)，并提前給出有價(jià)值的指導(dǎo)意見或警告。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種基于云計(jì)算平臺(tái)的智能手環(huán)及系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括云計(jì)算平臺(tái)、云終端以及智能手環(huán)；所述云計(jì)算平臺(tái)通過互聯(lián)網(wǎng)連接于云終端，所述云終端通過藍(lán)牙連接于智能手環(huán)；其中：

所述云計(jì)算平臺(tái)包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)云終端上傳的用戶運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理模塊將用戶運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)作為輸入，同時(shí)輔以不同用戶的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，構(gòu)建用戶健康模型，實(shí)時(shí)對(duì)用戶的身體健康狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)。

所述云終端包括顯示屏、嵌入式處理器、存儲(chǔ)器和通信接口組成；嵌入式處理器和存儲(chǔ)器是云終端的核心組成部分，顯示屏是用戶與云終端交互的接口。通信接口主要包括與云計(jì)算平臺(tái)的通信、與智能手環(huán)的通信。

所述智能手環(huán)包括主芯片、LED、ADXL 362加速度計(jì)芯片、按鍵與電池電量檢測(cè)電路以及專用加密芯片；所述的主芯片依次與LED、ADXL 362加速度計(jì)芯片、按鍵與電池電量檢測(cè)電路和專用加密芯片相連，主芯片通過BLE藍(lán)牙協(xié)議與所述云終端相連。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中主芯片及外圍電路的原理圖。

圖3為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中LED的原理圖。

圖4為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中ADXL 362加速度計(jì)芯片及外圍電路的原理圖。

圖5為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中按鍵與電池電路檢測(cè)電路的原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)與完整的說明。可以理解的是，此處所描述的具體實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的限定。

參見圖1，一種基于云計(jì)算平臺(tái)的智能手環(huán)及系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括云計(jì)算平臺(tái)1、云終端2以及智能手環(huán)3；所述云計(jì)算平臺(tái)1通過互聯(lián)網(wǎng)連接于云終端2，所述云終端2通過藍(lán)牙連接于智能手環(huán)3；其中：

所述云計(jì)算平臺(tái)1包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊1-1以及數(shù)據(jù)處理模塊1-2，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊1-1用于存儲(chǔ)云終端2上傳的用戶運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理模塊1-2將用戶運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)作為輸入，同時(shí)輔以不同用戶的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，構(gòu)建用戶健康模型，實(shí)時(shí)對(duì)用戶的身體健康狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)，其中：

(1)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊1-1使用HDFS分布式文件系統(tǒng)和HBase數(shù)據(jù)庫(kù)組成，可以存儲(chǔ)超大文件并使用流對(duì)文件進(jìn)行高速讀寫，其中：

HDFS是由一個(gè)NameNode主服務(wù)器和多個(gè)DataNode塊服務(wù)器組成的主從結(jié)構(gòu)，NameNode用于管理文件系統(tǒng)的命名空間以及用戶對(duì)文件的讀寫訪問，其中包括各個(gè)DataNode的新增、刪除和修改；DataNode用于對(duì)大數(shù)據(jù)的分割和存儲(chǔ)，同時(shí)DataNode之間的數(shù)據(jù)相互復(fù)制以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全和高速讀取。

HBase數(shù)據(jù)庫(kù)是一種非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以列為模式，每一個(gè)數(shù)據(jù)行可以增加任意數(shù)量的列數(shù)據(jù)，用于存儲(chǔ)長(zhǎng)度可變的用戶運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

(2)數(shù)據(jù)處理模塊1-2由聚類算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法構(gòu)成，其中：

聚類算法將所有不同用戶的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，將用戶健康狀態(tài)分為健康、亞健康、建議靜養(yǎng)、建議就醫(yī)等多個(gè)等級(jí)；將用戶運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的輸入，通過大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而模擬出用戶的健康模型，通過與存儲(chǔ)模塊中的其他用戶健康模型對(duì)比，對(duì)當(dāng)前用戶的健康狀況給予預(yù)測(cè)。

所述云終端2的硬件包括顯示屏2-1、嵌入式處理器2-2、存儲(chǔ)器2-3和通信接口2-4組成；嵌入式處理器2-2和存儲(chǔ)器2-3是云終端的核心組成部分，顯示屏2-1是用戶與云終端2交互的接口；通信接口2-4用于與云計(jì)算平臺(tái)1的通信、與智能手環(huán)3的通信。

所述云終端2的軟件從底層到上層包括嵌入式Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核、驅(qū)動(dòng)程序、文件系統(tǒng)、通信和消息處理程序四個(gè)部分，具體描述如下：

(1)文件系統(tǒng)采用基于FUSE開源框架和云存儲(chǔ)服務(wù)的用戶態(tài)文件系統(tǒng)，可以使云計(jì)算平臺(tái)1和智能手環(huán)3在交互過程中更好地完成對(duì)相關(guān)文件的存取操作。

(2)通信和消息處理程序包括三部分，即云終端2和云計(jì)算平臺(tái)1之間的網(wǎng)絡(luò)通信程序、云終端2和智能手環(huán)3之間的藍(lán)牙通信程序以及整個(gè)系統(tǒng)的消息處理程序；網(wǎng)絡(luò)通信程序主要負(fù)責(zé)向云計(jì)算平臺(tái)1發(fā)送消息以及接收來自云計(jì)算平臺(tái)1的消息，藍(lán)牙通信程序主要負(fù)責(zé)采集和設(shè)置智能手環(huán)3的工作參數(shù)；消息處理程序負(fù)責(zé)對(duì)云終端2消息的封裝以及對(duì)云計(jì)算平臺(tái)1消息的解析，還包括對(duì)消息通信格式的設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)消息能夠得到處理。

參見圖1，本發(fā)明的一種新的智能手環(huán)3，該裝置包括主芯片3-1、LED3-2、ADXL 362加速度計(jì)芯片3-3、按鍵與電池電量檢測(cè)電路3-4以及專用加密芯片3-5，其特征在于，所述的主芯片3-1依次與LED3-2、ADXL 362加速度計(jì)芯片3-3、按鍵與電池電量檢測(cè)電路3-4和專用加密芯片3-5相連，主芯片3-1通過BLE藍(lán)牙協(xié)議與外部云終端2相連，其中：

(1)所述主芯片及外圍電路設(shè)計(jì)如下：

主芯片采用FRE010芯片。FRE010是工作在2.4GHz的藍(lán)牙低功耗SoC芯片，結(jié)合藍(lán)牙低功耗軟件協(xié)議棧，針對(duì)專用2.4GHz應(yīng)用和藍(lán)牙低功耗優(yōu)化功耗的片上系統(tǒng)解決方案。內(nèi)部含有一顆標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051內(nèi)核，集成里具有優(yōu)秀性能的RF收發(fā)廣播、片上可編程閃存存儲(chǔ)器、8KB隨機(jī)存儲(chǔ)器、以及眾多其它的支持特性和外圍設(shè)備。

參見圖2，F(xiàn)RE010的外圍電路需兩顆外部晶振，其中XTAL1為32MHz高頻晶振，用于系統(tǒng)總線時(shí)鐘以及射頻收發(fā)器時(shí)鐘。XTAL2為32.768KHz低頻晶振，可用于總線時(shí)鐘、睡眠定時(shí)器以及看門狗定時(shí)器。RF_N以及PF_P引腳為射頻天線引腳，根據(jù)2.4GHz射頻特性設(shè)計(jì)的信號(hào)放大電路，之后連接倒F狀PCB天線。SCL與SDA為I2C總線引腳，與AW9523BGPIO擴(kuò)展芯片連接和通信，P1_2連接至AW9523B的RESET引腳，作為AW9523B的復(fù)位控制。P1_4-P1_7分別為SPI總線的CS、SCLK、MOSI和MISO引腳，F(xiàn)RE010通過SPI總線與ADXL362低功耗三軸加速計(jì)連接通信。芯片所有的VDD以及DVDD引腳都連接至直流電源V_SYSTEM，系統(tǒng)采用紐扣電池供電，標(biāo)稱電壓為3V。DBC、DBD、RESET以及V_SYSTEM、GND構(gòu)成了Debug所用的5個(gè)引腳。P0口8個(gè)引腳以及P1_0、P1_1用于LED顯示。

(2)LED顯示包含時(shí)鐘顯示與狀態(tài)指示設(shè)計(jì)如下：

狀態(tài)指示使用兩顆藍(lán)色LED，因此需要2個(gè)GPIO控制。時(shí)鐘顯示需要顯示時(shí)與分，所以在12個(gè)整點(diǎn)的位置，放置紅色、綠色雙色LED，紅色指示時(shí)、綠色指示分，這樣即可顯示精確度在5分鐘的時(shí)鐘。這種設(shè)計(jì)需要12顆雙色LED，需要24個(gè)GPIO控制。

LED顯示可以用主芯片的GPIO來實(shí)現(xiàn)，但是由于其IO口數(shù)量的限制，因此增加一顆AW9523B擴(kuò)展GPIO控制器芯片，來實(shí)現(xiàn)完整的時(shí)鐘顯示顯示與狀態(tài)指示功能。24個(gè)GPIO中，主芯片提供了8個(gè)，AW9523B提供了16個(gè)。

參見圖3的LED原理圖，AW9523B芯片除了I2C數(shù)據(jù)總線、RESET、VDD以及GND引腳，其余16路擴(kuò)展GPIO控制全部作為GPIO輸出模式，控制LED顯示。

(3)ADXL362加速度計(jì)芯片及外圍電路設(shè)計(jì)如下：

ADXL362加速度計(jì)芯片是一款超低功耗、3軸MEMS加速度計(jì)芯片，采用高數(shù)據(jù)速率對(duì)傳感器整個(gè)帶寬進(jìn)行采樣。ADXL362加速度計(jì)芯片提供12為輸出數(shù)據(jù)分辨率。測(cè)量范圍可以在±2g、±4g、±8g范圍內(nèi)選擇。該器件包含了一個(gè)深度多模式輸出FIFO、一個(gè)內(nèi)置為功耗溫度傳感器和幾個(gè)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模式，其中包括閾值可調(diào)節(jié)的睡眠和喚醒工作模式，在該模式下當(dāng)測(cè)量速率為6Hz左右時(shí)，芯片功耗低至、270nA。

參見圖4的ADXL362加速度計(jì)芯片及外圍電路原理圖，芯片的電源與地引腳分別連接于原理圖的電源與地網(wǎng)絡(luò)，圖中C5為0.1uF的濾波電容，使輸入加速計(jì)的直流電源的電壓更加穩(wěn)定。ADXL362加速度計(jì)芯片通過SPI總線(MOSI、MISO、#CS)與主芯片連接。

(4)按鍵與電池電量檢測(cè)電路設(shè)計(jì)如下：

按鍵為設(shè)備提供廣播狀態(tài)切換、開關(guān)機(jī)以及復(fù)位等功能。電池電量檢測(cè)是腕帶通過檢測(cè)電池電壓的方式，計(jì)算得到電池剩余電量，以實(shí)現(xiàn)低電量提醒。

參見圖5，按鍵采用共地的連接方式，按鍵的右端統(tǒng)一接到地，左端接到主芯片F(xiàn)RE010的GPIO上，GPIO需要設(shè)置為輸入、上拉模式，當(dāng)按鍵按下時(shí)，此IO口會(huì)被拉低。電量檢測(cè)運(yùn)用主芯片F(xiàn)RE010內(nèi)部的ADC進(jìn)行采樣，ADC的電壓檢測(cè)范圍在1.25V以內(nèi)，所以先使用分壓電路，按比例取得電池電壓的值，作為主芯片F(xiàn)RE010的ADC模塊的輸入。

該發(fā)明方案的有益效果在于，通過智能手環(huán)對(duì)用戶運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，通過藍(lán)牙傳輸?shù)皆平K端，再由云終端傳輸至云計(jì)算平臺(tái)，綜合大量不同用戶的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，構(gòu)建出用戶運(yùn)動(dòng)健康模型，利用了不同用戶數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前用戶的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前用戶的健康狀況的預(yù)測(cè)，有效地將智能手環(huán)與云計(jì)算平臺(tái)結(jié)合，發(fā)揮大數(shù)據(jù)分析和挖掘技術(shù)的作用，避免了智能手環(huán)只是采集和存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，而無法發(fā)揮用戶數(shù)據(jù)這一缺陷。

上述為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述內(nèi)容的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。