1 系统总体方案先容
如图1基于AS7000心率手环系统框架所示，手环紧张由 充电管理系统、三轴加速度传感器LIS3DH的计步检测运动 量信息系统、AS7000的动态心率检测系统、触摸、OLED显 示、手机App蓝牙信息交互系统共同组成。
1.1 充电管理系统
图1 基于AS7000心率手环系统框架
STNS01芯片内部集成了LDO稳压器和电池充电管理系
统。它利用CC / CV算法给电池充电，充电电流可以利用一 个外部电阻来选择，充电电流最大400mA，浮动电压值是4.2
V。输入电源电压常日用来为充电电池和LDO稳压器供应电 力。当一个有效的输入电压不存在并且电池存在的时候，设 备会自动切换到电池供电。
STNS01电池充电管理系统集成了过度充电、过放电和 过电流保护电路，这样可以有效地在故障条件下防止电池损 坏。它还有一个充电掌握引脚掌握停滞充电，当我们从外部 检测电池过热时。
STNS0芯片在shutdown模式，电池电力花费可以减少到
500 nA，这样可以最大化地担保电池寿命，尤其在货架期间 或航运期间。芯片的封装尺寸只有3×3mm，为智好手环的 PCB 布局减少了很多的空间。
如图2所示，个中芯片1管脚IN：电池管理芯片电压输 入引脚。
芯片2管脚SYS：电池管理芯片3.1V输出引脚，可以供应 电源，跟LDI输出引脚类似。
芯片3管脚LDO：电池管理芯片3.1V输出引脚，详细见 芯片数据手册描述。
芯片4管脚SD：LDO输出掌握引脚，默认上拉使能。
芯片5管脚CHG：电池管理芯片缺点提示引脚，闪烁说 明电源存在问题。
芯片6管脚CEN：充电使能引脚，上拉使能。 芯片7管脚GND：地。 芯片8管脚NTC：外部热敏电阻。 芯片9管脚ISET：充电电流掌握引脚，接1kΩ电阻，电
流最大200mA。
图2 STNS01最小系统事理
图3 三轴加速度传感器LIS3DH最小系统事理图
芯片10管脚BTMS：电池电压输出引脚，分压之后一样平常 用来检测电池端电压。
芯片11管脚BATSNS：电池正极。
芯片12管脚BAT：电池正极。
1.2 三轴加速度传感器
方案中， 我们用了2个三轴加速度传感器， 个中一个 三轴加速度传感器是做运动记录的，我们可以利用传感器 做计步、就寝等算法；而其余一个三轴加速度传感器是和 AS7000合营做动态心率检测功能的。三轴加速度我们利用 的是意法半导体的LIS3DH，事情电流花费最低位2uA，这款
3×3×1mm的加速度传感器最适宜运动感应功能、空间和功 耗受限的运用设计，特殊适宜智好手环上的运用。LIS3DH 在±2g/±4g/±8g/±16g全量程范围内，LIS3DH可供应非常 准确的测试数据输出，在额定温度和永劫光事情下，仍能保 持卓越的稳定性。本方案中，我们会利用LIS3DH完成计步功能的实现。计步器是一种日常磨炼进度监
控器，可以打算人们行走的步数，估计行走 间隔、花费的卡路里，方便人们随时监控自 己的健身强度、运动水平和新陈代谢。
如图3所示，芯片4、6是作为I2C通讯引 脚，分别是对付I2C的时钟线和数据线。
芯片第7引脚是LIS3DH芯片从机地址的 选择，接地代表本机从机7位地址是0x18，芯 片第8引脚接高电平，代表选择的是I2C通讯 接口，如果接地代表选择SPI通讯接口。
芯片9、11管脚：分别对应三轴传感器 的中断旗子暗记输出引脚，一样平常用于数据缓存溢 出时的给MCU真个中断旗子暗记，有利于我们在 做计步算法 的时候管理MCU的功耗。
1.3 AS7000动态心率检测系统
心 率 我 们 采 用 了 A M S 的 心 率 检 测 芯 片 AS7000，该产品包含了高度集成的光学传感 器和干系软件算法。它可供应行业领先的高 精度光学心率丈量(HRM)和心率变革(HRV) 丈量。 A S 7 0 0 0 的运作基于光电容积脉搏波 描记法（PPG）。心脏紧缩和扩展时流经血 管血量的变革会引起血管的扩展及紧缩从而 对光产生调制，通过丈量该调制光可测得心 率。与产生原始PPG数据的现有光学AFE不
同， AS7000集成的微处理器可运行艾迈斯半导体开拓的特 殊算法，将PPG数据转换成HRM和HRV值。它内部集成了2 个绿色LED、光敏器件、仿照前段(AFE)、微处理器M0以及 HRM算法，它能实现高精度的测试，不管我们是在跑步、 骑车，AS7000低噪声和高灵敏度的仿照电路，算法结合加 速率传感器，过滤虚假心跳PPG旗子暗记。同时，心率监督在智 好手环上的运用特殊要考虑它的功耗问题，AS7000在心率 连续测试模式下，可以把功耗降落到579uA，如果在测试待 机模式下，可以降落到0.8uA。
AS7000的芯片内部已经集成了心率采样算法，以是我 们只要通过I2C接口去读取数据。
如图4所示，个中第13、14引脚是和Host主机真个I2C通 讯引脚。
第7、8引脚是AS7000的SWD仿真接口，AS7000内部是 一个M0内核的MCU，紧张用于心率算法的处理。个中第8
图4 AS7000事理
引脚 GPIO8是掌握AS7000芯片是否进入待机模式，GPIO8输 出高电平，AS7000待机；GPIO8输出低电平，AS7000正常运 行模式。
第11、12引脚是AS7000和LIS3DH的I2C通讯引脚，紧张 是由于AS7000在实现动态心率测试的时候，须要过滤掉运 动时产生的滋扰。
第16引脚是GPIO5，在动态心率算法的时候，AS7000 须要三轴加速度传感器数据，第一种是可以像本方案这样单 独挂一颗三轴加速度传感器，其余一种是可以向主机要求三 轴加速度数据。GPIO5便是在第二种办法的时候利用到的。 但是考虑到三轴加速度的同步性问题，我们一样平常推举第一种 办法。
第3引脚，是Sigref引脚，AS7000的SWD功能是内部可 以关闭的， 当我们关闭S WD时， 我们须要在A S7000的上 电前，把Sigref引脚接到地，此时从上电之后的5s韶光内， SWD是生动的，可以通过SWD接口实现对AS7000的程序烧 写功能。
第1、2、17、18引脚是AS7000 LED灯的电源，我们最 好的设计是须要一颗DC/DC升压到4V供电，为了确保足够 大的LED电流，同时要把稳的是DC/DC须要有一个EN使能 旗子暗记脚，用于掌握功耗利用。本方案中我们是直策应用电池 电压作为电源，在测试中我们须要把稳在电池电压3.6V以上 测试效果比较空想。同时我也利用了一个MOS管去掌握整 个电源的导通或截止。
1.4 触摸
我们选择的是CY的SoC蓝牙芯片CYBL10573，它内部集 成了Capacitive Sigma-Delta(CSD)模块，可以供应一流的信噪 比和防水性能，所有GPIO都支持CapSense，利用灵巧，并且支持单指和双指触摸运用。
1.5 OLED显示
显示这一块我们选择自发光OLED显示屏，只要 有一组I2C通讯接口就可以实现酷炫的界面显示。
1.6 手机app蓝牙互联
本方案我们利用CY的SoC蓝牙芯片CYBL10573， 内部集成低功耗BLE蓝牙模块，BLE子系统包含链路 层引擎和物理层。链路层引擎支持主设备和从设备模 式。链路层引擎通过在硬件中实现了对韶光有严格要 求的各项功能（ 如加密功能） ， 从而降落功耗， 并 供应最少的处理器干预和高性能特性。 关键协议元 素（如主机掌握接口（HCI）和链路掌握）都是通过固件实 现的。同时供应了直接测试模式（DTM），以便能够利用 标准蓝牙测试器来测试无线性能。物理层包含一个调制解 调器和一个射频收发器，该收发器以1Mbps 的速率通过2.4
GHz ISM 带传输和吸收BLE 数据包。发送时，该模块将进行 GFSK 调制，并在通过天线传输BLE 数据包之前将该数据包 的数字基带旗子暗记转换为射频。进行吸收时，该模块会针对天 线中的射频旗子暗记进行GFSK 解调，以得到数字比特流。射频 收发器包括集成的Balun。该Balun 供应了一个单端射频端口 引脚，这样能够通过pi 匹配网络驱动一个电阻为50欧的天线 终端。可以将输出功率编程为–18 dBm ~ +3 dBm，以优化不 同运用程序的电流花费。
2 系统软件的功能设计和实现
终极智好手环要完成的功能：
1、基于AMS AS7000动态心率检测;
2、基于意法半导体的电池管理芯片STNS01供电、充电 的电源管理系统;
3、基于三轴加速度传感器芯片LIS3DH的计步运动量检 测;
4、基于CY SoC蓝牙的触摸Touch功能实现，以及和手 机App BLE4.0蓝牙信息交互功能;同时要完成SoC蓝牙自身的 OTA升级和对AS7000的心率算法升级功能;
5、OLED的界面显示;
终极，通过本方案我们希望可以帮助客户快速搭建自 己的智好手环系统。
