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一、研究目的和意义
目前可穿戴设备不断发展,而可穿戴设备的目的,就是让我们的生活变得越来越方便。不用再携带各种IC卡片、也不用动不动就掏出手机,而由于安全原因,一般的智能手环,手表都不可以复制加密卡片,这导致了我们生活中不可避免的带着不少卡片,比如学校的饭卡,公司的工牌,小区的门禁等等。如果我们不小心丢失了卡片,这将会给我们带来不小的麻烦。 因此本设计希望实现一个智能门禁卡,这个智能门禁卡的主要目的是,可以复制各种频段的非接触式IC芯片,无论是门禁、楼宇门、考勤卡,都可以用这枚智能门禁卡代替,实现一张智能门禁卡通过多个设备,即一卡通。可以通过设置多个按键,实现不同卡片的切换,在理论上,添加任意多张IC卡的信息。第二点是,该智能门禁卡自带一个墨水屏,通过NFC通信技术,用手机与该门禁卡通信,同时通过手机端的APP设置墨水屏上的显示内容,利用该智能门禁卡用来显示个人的信息,例如二维码个人名片,事件备忘录等等。第三点,实现该智能门禁卡低功耗,即系统耗电量少,以此减少续航的困扰。 二、国内外研究现状及其发展 智能穿戴设备现状 智能穿戴设备是一种可以佩戴在身体或者穿在身上的,且具有传感、通信、导航、监测等功能的智能终端。在飞速发展的移动互联网浪潮中,智能穿戴设备实现了人与机器更方便、更快捷、更流畅的数据交流。同时,智能穿戴设备能够通过传感器与人体进行信息交互,使生活变得越来越智能化及便捷化。尽管与智能穿戴设备有关的相关技术已相对成熟,但在很多方面还有待完善,主要包括: (1)不能保证数据采集的精确度。例如,对于号称能够计算每日运动步数的设备,只需要振动手臂,就可以轻易“欺骗”系统;无创的血糖、血压数据的采集设备,其准确性也远远不如传统的人工测量。 (2)功能不具有足够的颠覆性和扩展性。同智能手机相比,软件功能不具有吸引力,因为很多手机应用软件如微信运动、智能体重管理等,基本可以取代类似的穿戴设备。 (3)用户和设备之间的交流反馈机制不够完善。相关调查表明,51.1% 的使用者认为,智能穿戴没有给自身生活带来任何科技变化;唯一的变化只是通过佩戴设备,产生了更多的用户使用数据;而超过 20%的使用者甚至会中途放弃使用智能穿戴设备。这也说明智能穿戴设备采集用户信息后,没有实现专业的数据匹配、数据分析及数据可视化。 (4)设备的功耗及续航能力并不理想。目前,智能穿戴产品的设备性能、设备功耗和设备电池,在一定程度上限制了智能穿戴产品的发展。例如,智能穿戴设备功能的极大丰富,导致设备运行功耗的急剧增加,传统的电池难以满足其发展需要,而仅通过增加电池的积及质量来提高电池容量的方式,并不能很好地解决这个问题。考虑到电池与智能穿戴设备便携性、舒适性的匹配,需要设备电池体积相对更小,续航时间相对更长。因此,在设备电池容量、设备功耗、设备功能这三者之间,需要进一步进行技术革新和升级迭代。 智能穿戴设备发展趋势 从智能手环、智能眼镜到智能鞋子、智能服饰, 根据不同的产品设计理念,可以将智能穿戴设备分为两大类。一类是自我量化型,如运动健身领域使用的手表、手环, 这些设备通过对用户相关数据的采集,为用户有关运动等事项提供强大的数据支撑;另一类是体外进化型,如智能眼镜、智能手表等,这类设备促进了用户间更好的沟通,具有更随意的娱乐性,同时提升了用户的信息感知能力和信息 处理能力。这两种设备,均被广泛地应用于收集、记录、监测用户的运动健身情况和生理健康指标,并具有以下发展特点: (1)以大数据存储技术、云存储技术为基础,以智能穿戴设备为前提,建立健康管理服务体系,集疾病预防、体征监测、紧急呼救等功能为一体,结合大数据的管理与应用技术,充分发挥智能穿戴设备的优势。 (2)保证监控、测量的准确性。设备的精确性受控于软件与硬件两个方面:软件方面,需要优化开发代码和设计相应算法;硬件方面,需要增强设备内置传感器对动作监测的灵敏性和准确性。 (3)解决智能设备续航问题。智能穿戴设备正常运行所需的能量,来源于收集到的各类可持续、环保的能量,可以将太阳能、振动能量、热能等转化成电 能并将其存储起来,从而为智能设备的正常运行提供 可持续的电能。总之,未来的智能穿戴设备,不仅要保证精确的数据测量、舒适的设备体验,还要实现智能设备穿戴 的可持续性和完善的配套服务,让智能穿戴设备成为必不可少的日用品 三、主要研究内容(提纲) 1.可以存储多张卡片信息 2.卡片内容可以擦写 3.具备NFC标签功能 4.可以通过APP设置内容 5.带一块显示屏幕(墨水屏) 6.系统体型迷你 四、拟解决的关键问题 1.整个系统的功耗问题,主要的耗电是电子墨水屏功耗(26毫瓦),主芯片运行时的耗电。 2.图像的传输与显示问题,实现手机通过APP设置墨水屏显示内容。 3.屏幕架和外壳的3D结构设计问题,保证系统密封,设置相应的螺丝孔位,最后可以拼接成一个迷你系统。 五、研究思路和方法 该系统由三个部分组成,电路部分,结构部分和电源部分。 1.电路部分:运用Altium Designer18设计整个系统电路,主要是STM32芯片的供电电路和NFC通信芯片的天线电路,然后使用Altium Designer18绘制系统的PCB。在嘉立创下单,打板,然后购买元器件自行焊接,最后测试电路是否正常工作。 2.结构部分:使用Unigraphics NX构建模型,绘制系统的外壳,主要是设置好屏幕的槽位和螺丝孔位,然后利用学校的3D打印机打印模型,最后将所有模块装好。 3.电源部分:对于系统低功耗的实现,一个方面可以利用NFC通信芯片的能量捕获功能,捕获卡片与设备通信过程中电磁波能量,进而为系统提供部分电能,而另一个方面系统主要供电是一块纽扣电池,在理论上,该系统可以连续工作一年以上不用更换电池。 |
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