nRF5182嵌入式系统智能手环设计（1） 嵌入式, 智能

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nRF51822 是功能强大、高灵活性的多协议SoC，非常适用于 Bluetooth® 低功耗和 2.4GHz 超低功耗无线应用。 nRF51822 根据配备 256kB flash + 16kB RAM 的 32 位 ARM® Cortex™ M0 CPU 而建构。嵌入式 2.4GHz 收发器支持蓝牙低功耗及 2.4GHz 运作，其中 2.4GHz 模式与 Nordic Semiconductor 的 nRF24L 系列产品无线兼容。
nRF51822 还具备丰富的模拟和数字周边产品，可以在无需 CPU 参与的情况下透过可程序化周边接口 (PPI) 系统进行互动。灵活的 31 针脚 GPIO 映像方案可使 I/O(例如串行接口、PWM 和正弦解调器)根据 PCB 需求指示映射到任何设备针脚。这可在关于针脚位置与功能方面，达成完全的设计灵活性。
nRF51822 支持 S110 蓝牙低功耗协议堆栈及 2.4GHz 协议堆栈(包括Gazell)，这两种协议堆栈在 nRF518 软件开发工具包中均免费提供。nRF51822 需要单独供电，如果供电范围在 1.8-3.6V 之间，用户可选择使用芯片上的线性整流器，如果供电范围在 2.1-3.6V 之间，可以选择直流 1.8V 模式和芯片上的 DCDC 变压器。DC-DC 变压器的使用可在工作期间动态控制，并使 nRF51822 运行期间的射频峰值电流低于 10 mA @ 3V 供电 (TX @ 0 dBm& RX)。
nRF51822 具有 6x6mm 48 针脚 QFN 封装和 3.5x3.8mm 64 球形直接芯片构装之晶圆级封装 (WLCSP)。
nRF51822主要特性:
单芯片, 高灵活性, 2.4GHz 多协议设备
32 位 ARM Cortex M0 CPU 核心
256KB flash 16KB RAM
支持 S110 蓝牙低功耗协议堆栈
S110 需要 80 kB 内存空间
线程安全性和运行时间保护
事件驱动 API
与 nRF24L 系列无线兼容
3 种数据率 (2Mbps/1Mbps/250kbps)
+4dBm 输出功率
-92.5dBm 敏感度、蓝牙低功耗
针对最大化电源效率应用和程序代码简化需求的 PPI 系统
具备对每个周边产品进行电源自动管理功能的灵活电源管理系统
用于模拟和数字 I/O 的可设定 I/O 映射
nRF51822应用:
移动电话配件
PC 周边产品
消费电子 (CE) 遥控器
近接感应/警报传感器
运动、健身和医疗保健传感器
智能 RF 标记
玩具和电子游戏
智慧家用设备
工业和商用传感器

图1 nRF51822框图
智能手环是一种穿戴式智能设备。通过这款手环，用户可以记录日常生活中的锻炼、睡眠、部分还有饮食等实时数据，并将这些数据与手机、平板、ipod touch同步，起到通过数据指导健康生活的作用。
智能手环内置低功耗蓝牙4.0模块，可以与手机、平板、PC客户端进行连接，可以随时随地设置身高、体重、步幅等信息和上传运动数据。另外，智能手环还具备社交网络分享功能，比如用户可以将睡眠质量、饮食情况和锻炼情况以及心情记录等通过绑定微博等社交网络端进行分享。
nRF51822是一款为超低功耗无线应用设计的多协议单芯片解决方案。芯片支持BLE4.0和2.4GHZ协议栈，整合了射频发射电路，一个ARM Cortex M0核以及256KB的flash + 16KB的RAM。
手环硬件电路设计部分，包括一颗集成BLE功能的MCU(nrf51822)，和由MCU控制的各种外设:
蓝牙射频电路;
使用SPI接口的G-sensor;
使用I2C接口的线性马达驱动电路;
使用I2C接口的LED点阵驱动，与线性马达共享总线;
使用GPIO的按键输入;
使用GPIO的LED灯;
使用GPIO的普通马达驱动电路;
外部复位电路。

图2 智能手环框图
智能手环主要部件描述：智能手环
1.MCU
nRF51822是一款为超低功耗无线应用设计的的多协议单芯片解决方案。芯片支持BLE4.0和2.4GHZ协议栈，整合了射频发射电路，一个ARM Cortex M0核以及256KB的flash + 16KB的RAM。

图3 智能手环MCU电路
2.G-sensor
G- sensor是重力传感器的意思(英文全称是Gravity-sensor)，它能够感知到加速力的变化，加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，比如晃动、跌落、上升、下降等各种移动变化都能被G-sensor转化为电信号，然后通过微处理器的计算分析后，就能够完成程序设计好的功能，比如 MP3能根据使用者的甩动方向，前后更换歌曲，放进衣袋的时候也能够计算出使用者的前进步伐。

图4 G-sensor电路
3.按键输入模块

图5 按键输入模块电路
4.LED显示
LED显示是手环与用户之间进行数据交互的模块，主要用于数据显示以及用户交互。
根据厂家的不同需求，提供了两种设计方案：
1、LED灯控制显示:以多个LED指示灯的组合形式进行简单的信息呈现。
2、LED点阵列显示: 以LED点阵列的形式显示手环的数据信息：时间、步数、卡路里消耗等。

图6 LED灯控制电路