Лічильник кроків на базі NFC All-Electronics

Ключові дані

Крокомір - корисний інструмент, який можна використовувати для зручного запису вимірювань, пов’язаних зі здоров’ям, у будь-який час і в будь-якому місці. Все, що вам потрібно - це браслет-крокомір і смартфон. Пристрій допомагає контролювати, фіксувати та аналізувати власну фізичну активність, а потім ініціювати необхідні заходи.

Крокомір реєструє кроки, здійснені зацікавленою особою, з яких можна розрахувати пройдену відстань, швидкість та спожиті калорії. Існує еталонний дизайн від ST Microelectronics для розробки крокоміра на основі NFC, розробленого як браслет із відповідним додатком для Android. Рішення розроблено з використанням 3-осьового датчика прискорення, економічного та потужного мікроконтролера та блоку зв'язку NFC.

NFC (Near Field Communication) - це бездротовий метод передачі, заснований на RFID (ідентифікація радіочастот), який працює на частоті 13,56 МГц. Для налагодження зв'язку між задіяними пристроями необхідно зблизити їх.

Більшість сучасних стільникових телефонів оснащені інтерфейсом NFC, і тому їх можна використовувати для

лічильника кроків

Вид на носяться крокомір. ST Microelectronics

Огляд архітектури системи. ST Microelectronics

Вид зверху друкованої плати. ST Microelectronics

Вид знизу на друкованій платі. ST Microelectronis

Додаток Android для крокоміра ST. ST Microelectronics

Можна використовувати зв’язок з крокоміром. Оскільки інформацією можна обмінюватися з користувачем через дисплей його мобільного телефону, крокомір можна зробити тонким, легким та портативним. Завдяки простоті використання та зручному способу перенесення, він також підходить для людей похилого віку.

Основні компоненти системи

Носимий крокомір по суті складається з наступних компонентів:

  • Мікроконтролер (MCU) STM32L051K6U6D
  • Динамічна мікросхема NFC/RFID IC M24SR64-Y
  • Датчик прискорення LIS3DH
  • Зарядний пристрій з регулятором напруги STNS01
  • Літій-іонний акумулятор (3,7 В/35 мАг)
  • Додаток для Android

Носиться лічильник кроків базується на мікроконтролері серії STM32L. Оскільки він забезпечує низьке споживання енергії та забезпечує достатню обробну потужність, він добре підходить для цього застосування. Крім того, він забезпечує широкий спектр вбудованих периферійних пристроїв (наприклад, перетворювачі SPI, I 2 C та A/D).

Схема динамічного тегу NFC/RFID M24SR64-Y може використовувати інтерфейс I 2 C, працювати з читачем RFID 13,56 МГц або спілкуватися з мобільним телефоном із підтримкою NFC. Модуль допомагає налаштувати економічний радіозв'язок між крокоміром та телефоном. Результати крокоміра та інша необхідна інформація також зберігаються у його вбудованій пам'яті EEPROM. I 2 C - це двопровідний послідовний інтерфейс, що складається з двонаправленої лінії передачі даних та тактової лінії. Інтерфейс поводиться як підлеглий згідно протоколу I 2 C.

Для розрахунку різних результатів лічильника кроків вихідні сигнали економічного, потужного 3-осьового датчика прискорення типу LIS3DH обробляли за певним алгоритмом. Модуль виводить свої результати через цифровий послідовний інтерфейс I 2 C/SPI. Зв'язок між мікроконтролером та акселерометром LIS3DH відбувається через інтегрований в мікросхему інтерфейс SPI мікроконтролера.

Використана літій-іонна батарея (3,7 В/35 мАг) дозволяє додатку працювати протягом декількох днів. Роз'єм micro USB використовується для підключення зовнішнього джерела живлення для заряджання 3,7 В Li-Ion акумулятора. STNS01, лінійний контролер заряду для одноклітинних літій-іонних акумуляторів, використовує алгоритм CC/CV для зарядки акумулятора і має кілька функцій для захисту батареї. Швидкий зарядний струм можна запрограмувати за допомогою зовнішнього резистора. Вбудований регулятор напруги 3,1 В допомагає забезпечити регульовану напругу живлення для мікроконтролера, датчика прискорення та динамічної мікросхеми NFC/RFID. На малюнках 3 та 4 зображено верхню та нижню частину зібраної друкованої плати відповідно.

Деталі блок-схеми

Завдання датчика прискорення в додатку лічильника кроків

Додаток для Android ST NFC Крокомір у магазині Google Play. ST Microelectronics

3-осьовий акселерометр використовується для вимірювання прискорення людини вздовж осей X, Y та Z. Вихідні значення для всіх трьох осей періодично реєструються та надходять в алгоритм лічильника кроків, який, крім кількості кроків, також обчислює пройдену відстань, швидкість та спожиті калорії. Акселерометр LIS3DH, заснований на технології MEMS (мікроелектромеханічна система), характеризується низьким енергоспоживанням та малими розмірами, що робить його особливо придатним для цього застосування. Крім того, модуль сприяє впровадженню більш точної, економічно вигіднішої, компактнішої та менш енергоємної системи лічильника кроків.

Впровадження енергозбереження

Мікроконтролер бере на себе зв'язок з Dynamic NFC/RFID-Tag-IC для обміну інформацією з мобільним телефоном або планшетом користувача. Залежно від введеної команди, він обробляє дані, що надходять від акселерометра, для обчислення таких значень, як кількість кроків, спалені калорії та інші. Крім того, модуль бере на себе джерело живлення датчика прискорення та динамічну мікросхему з міткою NFC/RFID з метою досягнення мінімального споживання енергії. Поточне споживання лічильника кроків становить приблизно 6 мкА в режимі енергозбереження (режим зупинки) і приблизно 350 мкА в режимі роботи.

M24SR - це сімейство мікросхем типу 4 із форуму NFC. Організація сховища та спосіб доступу відповідають відповідним вимогам форуму NFC. Специфікація NDEF (формат обміну даними NFC) визначає формат інкапсуляції повідомлень для обміну інформацією, наприклад між пристроєм форуму NFC та іншим пристроєм форуму NFC або тегом форуму NFC. Повідомлення NDEF може складатися з декількох записів NDEF, залежно від вимог програми.

Додаток крокомір на базі Android

Додаток для кроків на базі ST NFC для Android доступний у магазині Google Play. Як описано в попередніх розділах, він використовується для запуску та зупинки крокоміра. ST NFC Pedometer - зручний додаток на базі Android, який використовує технологію NFC.

Особливості програми

Лічильник кроків можна запускати та зупиняти за допомогою програми, а значення (кількість кроків, калорій, пройдена відстань тощо) можна читати з лічильника кроків у форматі NDEF. Формат NDEF пропонує такі властивості:

  • Демонстраційний режим у програмі для доступу до програми без реєстрації користувача.
  • Функція запуску та зупинки (реалізована за допомогою кнопки, щоб уникнути плутанини).
  • Історія для окремих зареєстрованих користувачів та демо-користувачів.
  • Інтерактивні графіки показують прогрес користувача з точки зору кількості кроків, калорій, відстані та швидкості.
  • Користувачі можуть видаляти окремі записи в історії або всю історію.
  • Натискаючи відповідні одиниці в додатку, швидкість може відображатися в км/год або м/с.
  • Зареєстровані користувачі можуть редагувати свій профіль за допомогою модуля "Редагувати профіль" у верхньому правому куті.
  • Зареєстрований користувач входить у систему за замовчуванням кожного разу, коли додаток запускається, доки він не вийде знову.
  • Користувачі можуть закрити програму після запуску крокоміра. Якщо програму знову відкрити, щоб зупинити крокомір, вона почне працювати в тому стані, в якому вона була закрита (тобто відображається кнопка зупинки).

Додаток використовує базу даних SQ-Lite для збереження всіх виміряних значень, зчитуваних за допомогою NFC з подвійного EEPROM, вбудованого в крокомір.