物聯網可穿戴技術

王洋 鹏城学者特聘教授，主持完成多项国家、省市重大课题及横向课题，承担国家工信部“物联网”专项两项、国家科技部“863”重大专项子课题、广东省自然科学基金、深圳市各类科技攻关课题等重大课题，以及承担了多项横向课题开发。依托广东省工业物联网工程技术研究中心，攻关工业4.0领域相关共性关键技术技术，为行业企业提供技术服务。

第 1章 可穿戴設備概述 1

　1.1 可穿戴設備的發展歷程　2

　1.1.1 可穿戴設備的發展階段　2

　1.1.2 可穿戴設備的應用領域　3

　1.1.3 可穿就設備的分類　4

　1.1.4 可穿戴設備關鍵技術　5

　1.2 可穿戴設備產業鏈　11

　1.2.1 可穿戴設備上游產業鏈　12

　1.2.2 可穿戴設備中游產業鏈　14

　1.2.3 可穿戴設備下游產業鏈　15

　1.3 可穿戴設備數據雲平臺　17

　1.4 本章小結　17

第　2章 低功耗藍牙技術　18

　2.1 藍牙技術介紹　19

　2.1.1 藍牙技術發展歷程　19

　2.1.2 單/雙模藍牙技術　20

　2.2 BLE 技術介紹　21

　2.2.1 BLE技術的定義　21

　2.2.2 實現方案　22

　2.3 BLE SoC 介紹　23

　2.3.1 nRF51822 SoC 概述　24

　2.3.2 系統結構　24

　2.3.3 模塊詳解　24

　2.3.4 實際應用舉例　26

　2.3.5 參考電路　26

　2.4 本章小結　27

第3章　BLE 協議棧　28

　3.1 BLE 協議棧框架　29

　3.2 物理層　30

　3.2.1 BLE 的工作通道　30

　3.2.2 BLE 的 GFSK 調制方式　31

　3.2.3 BLE 的發射功率　32

　3.2.4 BLE 的接收機參數　32

　3.3 鏈路層　33

　3.4 主機控制接口　34

　3.5 邏輯鏈路控制及自適應協議層　35

　3.6 安全管理協議層　38

　3.7 屬性協議層　39

　3.8 通用訪問配置層　40

　3.9 通用屬性配置層　41

　3.10 應用層　43

　3.11 本章小結　44

第4章　BLE 鏈路層詳解　45

　4.1 BLE 設備拓撲結構和設備角色　46

　4.2 BLE 廣播通道及廣播類型　46

　4.3 BLE 設備地址　47

　4.3.1 公開設備地址　48

　4.3.2 隨機設備地址　48

　4.4 數據鏈路層的幀結構　50

　4.4.1 廣播通道的幀結構　50

　4.4.2 數據通道的幀結構　51

　4.5 數據鏈路層掃描　52

　4.6 鏈路層 PDU 的數據凈荷　53

　4.7 抓包實例　55

　4.8 本章小結　58

第5章　BLE SoftDevice 協議棧開發　59

　5.1 開發環境搭建　60

　5.1.1 nRFgo Studio 使用方法　60

　5.1.2 Keil MDK 開發環境搭建　62

　5.1.3 學習資料、開發工具介紹　64

　5.2 BLE UUID 特徵任務實現原理　64

　5.2.1 BLE UUID 特徵任務實現描述　65

　5.2.2 私有服務實現　66

　5.2.3 應用層業務實現　69

　5.2.4 主從設備通信驗證　71

　5.3 本章小結　75

第6章　STM8 開發流程入門　76

　6.1 STM8L 單片機概述　77

　6.2 軟件開發環境　77

　6.2.1 STVD　78

　6.2.2 IAR-EWSTM8　81

　6.3 程序調試與下載　84

　6.3.1 調試模擬工具 ST-LINK　85

　6.3.2 可視化編程軟件 STVP　85

　6.3.3 串口下載工具 FLASHER-STM8　87

　6.4 本章小結　88

第7章　項目1 : 振動馬達可穿戴設備開發　89

　7.1 任務1 : STM8L GPIO 應用　90

　7.1.1 STM8L GPIO 的輸入模式和輸出模式　90

　7.1.2 STM8L GPIO 相關寄存器　91

　7.1.3 STM8L GPIO 實驗任務　93

　7.2 任務2 : 振動馬達驅動開發　95

　7.2.1 振動馬達的結構和原理　95

　7.2.2 振動馬達硬件設計　96

　7.2.3 振動馬達軟件設計任務　97

第8章　項目2 : 加速度可穿戴設備開發　100

　8.1 任務1 : STM8L I2C 應用　101

　8.1.1 STM8L I2C 通信原理　101

　8.1.2 STM8L I2C 通信模式　103

　8.1.3 STM8L I2C 相關寄存器　105

　8.1.4 STM8L I2C 實驗任務　109

　8.2 任務2 : 加速度傳感器驅動開發　111

　8.2.1 加速度傳感器原理　111

　8.2.2 加速度傳感器特性　112

　8.2.3 加速度採集模塊硬件設計　113

　8.2.4 加速度採集模塊計步算法原理　114

　8.2.5加速度採集模塊軟件設計任務　115

第9章　項目3 : 體溫可穿戴設備開發　119

　9.1 任務1 : STM8L 定時器應用　120

　9.1.1 STM8L 定時器功能　120

　9.1.2 STM8L 定時器相關寄存器　121

　9.1.3 STM8L 定時器實驗任務　126

　9.2 任務2 : 溫度傳感器驅動開發　127

　9.2.1 溫度傳感器特性　128

　9.2.2 人體體溫信息採集模塊硬件設計　129

　9.2.3 人體體溫信息採集模塊軟件設計任務　130

第　10章 項目4 : 心率可穿戴設備開發　133

　10.1 任務 1 : STM8L 外部中斷應用　134

　10.1.1 STM8L 外部中斷源　134

　10.1.2 STM8L 中斷響應過程　135

　10.1.3 STM8L 中斷相關寄存器　136

　10.1.4 STM8L 中斷實驗任務　140

　10.2 任務2 : 心率傳感器驅動開發　141

　10.2.1 心率的測量方法　142

　10.2.2 光電容積法心率測量的原理　143

　10.2.3 人體心率信息採集模塊硬件設計　144

　10.2.4 人體心率信息採集模塊軟件設計任務　45

第　11章 項目5 : 紫外線可穿戴設備開發　148

　11.1 任務1 : STM8L ADC 的應用　149

　11.1.1 STM8L ADC 的原理　149

　11.1.2 STM8L ADC 相關寄存器　151

　11.1.3 STM8L ADC 實驗任務　156

　11.2 任務2 : 紫外線傳感器驅動開發　158

　11.2.1 紫外線傳感器檢測原理　158

　11.2.2 紫外線傳感模塊硬件設計　159

　11.2.3 紫外線傳感模塊採集軟件設計任務　160

第　12章 項目6 : 藍牙透傳模塊開發　164

　12.1 任務1 : STM8L UART 應用　165

　12.1.1 STM8L UART原理　165

　12.1.2 STM8L UART相關寄存器　167

　12.1.3 STM8L UART 實驗任務　173

　12.2 任務2 : 藍牙透傳模塊開發　175

　12.2.1 藍牙芯片介紹　175

　12.2.2 藍牙透傳模塊硬件設計　177

　12.2.3 藍牙透傳模塊軟件設計任務　178

第　13章項目7:華為運動健康三方設備接入開發　182

　13.1 任務1 : 華為三方設備接入開發原理　183

　13.1.1 接入框架簡介　183

　13.1.2 接入流程　185

　13.1.3 標準協議的測量設備　185

　13.1.4 非標準協議的測量設備　186

　13.1.5 三方設備接入開發　186

　13.2 任務2 : 心率可穿戴設備接入　191

　13.2.1 華為健康雲App 心率可穿戴設備測量協議　192

　13.2.2 華為健康雲App 心率測量流程　192

　13.2.3 心率可穿戴設備接入測試　193

第　14章 項目8 : 微信小程序開發　196

　14.1 任務1 : 使用微信開發者工具　197

　14.1.1 微信開發者工具功能　197

　14.1.2 常用小程序快捷鏈　204

　14.1.3 快速打開官方 API文檔　204

　14.1.4 微信開發者工具的更新　204

　14.2 任務2 : Hello World 小程序　205

　14.2.1 開發者賬號申請　205

　14.2.2 IDE下載　209

　14.2.3 Windows操作系統的IDE安裝　210

　14.2.4 新建 Hello World 小程序　212

第　15章 項目9 : 心率微信小程序開發　214

　15.1 任務1 : 搭建微信小程序項目　215

　15.1.1 微信小程序頁面設計　215

　15.1.2 創建微信小程序　216

　15.2 任務2:心率小程序設計　219

　15.2.1 藍牙API開發　219

　15.2.2 心率小程序代碼實現　224