用开源硬件打造属于你自己智能手环

kaierwen

“复古手环”是开源Arduino可穿戴设备的第二版作品。以我来说，这不该称为“智能手环”，这仅有简单功能罢了。实际上，还不如称之为活动跟踪记录仪……只是“智能手环”这个词对我来说更亲切些。智能手环的重要特征是他们能通过蓝牙和移动设备相连，记录用户工作日程。
Arduino实现的复古手环只有单一功能，即通过加速计收集数据，然后发到移动设备上，移动设备根据数据计算用户消耗热量和走动步数。功能很简单，也就意味着这个装置结构上比之前的“复古手表”简单，那么根据你的个人品味制作也就变得容易了。

安卓应用使用Arduino复古手环反馈信息计算行走步数，而应用的算法并不复杂。如果你对算法这一块颇有心得，用你自己的算法 替代亦可。手机应用储存消耗热量数据，所以你能得到每月/每日/每小时图表报告。不过要提醒的是，Arduino复古手环的内存很小，不能在自身储存信 息，它只能在连接到移动设备上工作，也就是说你不能单靠Arduino复古手环收集数据。我认为，这个问题在Arduino改进后将得到很好解决。
第一步：工作机制

复古手环由Arduino部分和一个安卓应用组成。
Arduino部分分为4个主要部分——Arduino板、加速计（MPU-6050）、蓝牙模块（HC-06）、聚合物锂电池（充电板可选）。
安卓应用也包括4个部分——安卓界面、蓝牙管理、算法部分、后台服务。
如果Arduino电源开启，并和复古手环应用配对完毕，那么主板将每秒读取加速计数据20次。接着，它将数据每秒发送一次到移 动设备上。加速计测量x轴、y轴和z轴数据（20次x3轴），发送它们到移动设备上。安卓应用收到两秒之间的数据进行比对，找出用户在步伐加速上的周期。 在用户步伐加速时，就计算为用户踏出了一步。接着，安卓应用根据用户的体重和步数计算消耗的热量，并按月、日和小时进行叠加。
第二步：准备工作






这里用了下列零件来制作： – Arduino Pro mini 3.3伏 – 加速计/陀螺仪传感器（MPU-6050） – 蓝牙模块（HC-06） – USB异步收发机转接器（FTDI）
手环部分（硬件）

Arduino

我用了“复古手表”上相同的Arduino板，Arduino Pro Mini  3.3伏（ATmega328）。选择它的原因是它能在锂聚合物电池3.7伏电压下工作以及它的尺寸。如果你不介意模块和电池的尺寸，而仅仅拿来测试，那 用Arduino Nano板也未尝不可（容易实现和测试）。Arduino Pro  Mini以8兆赫频率工作，在5伏时则是16兆赫，但8兆赫的频率就足够了。总的来说，你只需要准备Arduino Pro Mini  3.3伏板和USB异步收发机转接器模块。
蓝牙

大部分你能入手的蓝牙模块都是HC-06模块，而且有控制界面板。界面板上有重设按钮、工作状态LED，支持3.3伏或5伏工作电压，就显得比较方便，但尺寸就较大了。而LED不是必须的，而且还耗电。所以我直接就用HC-06模块，忽略界面板。
加速计

使用的是MPU-6050加速/陀螺仪传感器模块。如果你有其他类似的加速计，也可以拿来替代。不过这么一来，源代码就要做出改动了。
电池

在这里我使用了锂聚合物电池。单芯锂电输出电压为3.7伏，能让Arduino Pro  mini正常工作。当然市面上也有不同尺寸和容量大小的电池任君选择。低于100毫安时的电池尺寸小，但不能保证持续供电，而且电量太低的话，启动系统都 是个问题。我建议使用带有过充放保护的电池，如果由可拆卸插座的就更好了。
为了方便，你也可以加上锂电池充电模组，带有USB充电口，从引脚输出电源到Arduino上。
其他材料

你需要导线、电烙铁、开关、电池座。而这个组装教程也对你有所帮助。
安卓部分

复古手环的安卓程序在安卓4.0环境下运行。如果你的安卓版本低于4.0，或者用的是iPhone的话，呵呵……
第三步：组装




图上显示的是除了电池外每个模块组装后的结果。现在FTDI为整个模组供电，所以就不需要电池。
连接Arduino-蓝牙模块

如果想知道如何配对测试蓝牙模块，百度之！只要跟着教程对VCC、GND、TXD、RXD引脚接线即可。 （VCC接3.3伏、GND接地、TX接D2、RX接D3）
连接Arduino-加速计（MPU-6050）

加速计模块使用I2C界面。（VCC接3.3伏、GND接地、SDA接A4、SCL接A5）
连接Arduino-电池

供电是很简单的事，只要将正极接入输入端（RAW），负极接地（GND）即可。如果你想带有充电功能，那么就使用锂电池充电模块吧。这是，你应将电池的B+、B-接到充电模块的正负输出上，将输出的正负极分别连到Arduino板的RAW和GND上。
检查连接

完成了所有过程后，就轮到下面步骤了。除了电池外，连接了每个部分，电源由FTDI模块供给，在源代码上载和完成测试前就不要连接电池了。当所有测试完成后，断开FTDI模块，将电池连上（或加上充电模块）。
第四步：手环的Arduino源代码

在GitHub上你能下载到手环的程序框架：https://github.com/godstale/retroband
上载Arduino源代码

在代码编译完成后，你需要将其上载到Arduino板上。在上载之前，选择主板型号“Arduino Pro mini 3.3伏（ATmega328）”，在上载前按下板上的重设按钮。如果过程失败，就会有下列信息反馈：
arvdud: stk500_getsync():not in sync: resp=0×00显示这段信息的原因通常是：

• 你在Arduino开发环境里选择的主板类型和实际的不同。 2. TX、RX引脚连接错误。 3. 用作连接TX、RX引脚的串口引脚出错。 4. 板上的启动引导故障。 5. 用户使用了不支持自动重设功能的USB模块。
  

对于第一种情况，你需要在Arduino开发环境的[tools >  board]中选择正确的主板类型；第二种情况，检查TX、RX引脚是否正确连接；改正后如果还是像第三种情况所说的那样，将D0和D1引脚断开连接；第 五种情况，你只需按下重设按钮。当你按下Arduino开发环境里的上载按钮后，观察出现的信息，有一个时刻上它会从“Compiling”（编译中）转 为“Uploading”（上载中）。如果你看到USB模块上TX/RXLED灯在闪烁，那么表示上载过程正常。比较罕见的是情况4的那种，那你就用一块 UNO板对故障的启动模块进行重写。这个方法描述篇幅太长，脱离了我们原来教程目的太远，下面是帮助解决问题的链接。
1.[url=]https://forum.sparkfun.com/viewtopic.php?f=32&t=27960[/url]
2.[url=]https://arduino.cc/en/Tutorial/ArduinoISP/[/url]
调试

你需要确定连接好了每个模块，工作无误。首先运行Arduino开发环境的串行监视器，看看加速计是否正常运行。（在完成上载程 序代码后，板上的LED会亮，运行程序试验。）因为下面的源代码有段检错代码，当连接正常时，它应当显示Arduino板发回的数值。没有的话，就证明加 速计连接有问题。（在完成所有调试工作后，可以删除检错代码。）
// Print the raw acceleration values  Serial.print(F("accel x,y,z: "));  Serial.print(accel_t_gyro.value.x_accel, DEC);  Serial.print(F(", "));  Serial.print(accel_t_gyro.value.y_accel, DEC);  Serial.print(F(", "));  Serial.print(accel_t_gyro.value.z_accel, DEC);  Serial.print(F(", at "));  Serial.print(iAccelIndex);  Serial.println(F(""));现在，轮到检查蓝牙模块。准确连接VCC、GCN引脚后，移动设备扫描下模块应该能被找到。如果在设备列表上看不到HC-06模块，就检查一下电源引脚。完成这步后，是时候检查程序应用部分。
假设配对过程正常，但程序应用收不到数据，那么就是TX/RX引脚连接出了问题。换个说法，从Arduino到蓝牙模块的数据传输异常。
第五步：安装运行应用





讲解如何编译及修改安卓源代码会很长，所以这里就掠过了。不过你能在GitHub上下载整个复古手环安卓源代码，并对其进行修改，任意传播，只要保留版权信息即可。在[RetroBand_Android\RetroBand]文件夹内可以找到安卓应用的源代码。
我将应用放到了谷歌应用商店上了，只要在上面搜索“RetroBand”就能找到，然后安装。它在安卓4.0系统以上运行。 [url=]应用链接：https://play.google.com/store/apps/details?id=com.hardcopy.retroband[/url]
安装应用，运行程序，利用复古手环对移动设备程序进行校正，看应用能否成功收到信息。安卓应用有3个列表选单。
时间轴：这里每小时收集累计消耗热量数据，你能查到每小时、每日、每月消耗热量数据。
图表：显示加速计收到的数据，并将其绘制为图表，你能看到3轴数据是如何变换的。
设置：这里配置程序设定，输入自己体重。其他功能将陆续开放。
成功测试安卓应用的话，连接锂电池，完成接下来的工作。
复古手环技术参数：

• 处理器：ATmega328-3.3v(8MHz)，32KB闪存（2KB引导启动共享），2KB内存，1KB EEPROM。
  
• 安卓4.0或以上的专用安卓应用。
  
• 基于步数计算的消耗热量计算功能。
  
• 累计消耗热量数据，将统计数据以每月、每日、每小时方式显示出来。
  
• 实时监测加速计上3轴数据变化。
  
• 开源。
  

在下图你能看到产品原型——Arduino、加速计、蓝牙模块、充电模块、锂电池、电源开关的组合体。我故意抹上了一些胶，让它看起来脏兮兮的，但还是能正常工作的。
第六步：包装







如果你有一台3D打印机，那就试试看自己设计外壳。这里看到的外壳就是由一台3D打印机打印的。
第七步：后记

复古手环是我的第二个作品，”自制智能手表（复古手表）“的后续作。我的智能手环比起其他活动跟踪产品的功能太简单了，但蓝牙模块和加速计是其他作品要用到的基本模块。根据我的程序源代码，你能做出不同的改型。
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