Создание программируемых умных часов с отслеживанием фитнеса

Умные часы отслеживают и отслеживают местоположение пользователя и данные о его состоянии здоровья, помимо отображения времени и даты. Но обычно он стоит от 5 000 до 50 000 фунтов стерлингов и не программируется. Предлагаемые здесь умные часы могут стоить менее 2000 фунтов стерлингов и будут выполнять все основные функции умных часов. Его даже можно запрограммировать на дополнительные функции и настроить в соответствии с вашими потребностями, например, для отслеживания процентного содержания кислорода в крови.

Эти умные часы основаны на чипе Wi-Fi, который позволяет настроить их как часть ячеистой сети. Таким образом, он может отслеживать большое количество данных о здоровье людей, подключенных к ячеистой сети. Есть еще много функций и возможностей, которые можно реализовать на нем, запрограммировав его соответствующим образом. Авторский прототип умных часов показан на рис. 1.

Видео: https://www.youtube.com/watch?v=qkCk2_maJWo  

Спецификация

Полный список компонентов см. в таблице спецификации.

Принципиальная схема

Принципиальная схема программируемых умных часов показана на рис. 2. Часы построены на основе LCD круглой формы (MOD1), MAX30100 (MOD2), ESP12F (MOD3), MCP73812T (MOD) и нескольких других компонентов.

Подключите компоненты согласно принципиальной схеме, подключив клеммы +ve и -ve аккумулятора к перемычке JP1. Левая часть схемы на рис. 2 предназначена для зарядки аккумулятора. Чтобы зарядить аккумулятор, переместите ползунок switch S1, подключенный к контакту JP1, в положение «вне игры» и зарядите аккумулятор с помощью зарядного устройства micro USB. После зарядки верните switch во включенное положение.

Программирование умных часов

Подготовьте код для умных часов, чтобы они могли принимать данные и отображать их так, как вы хотите. Чтобы использовать Arduino для кодирования, загрузите последнюю версию Arduino IDE. Поскольку для программирования IDE требуется плата ESP, перейдите на веб-сайт ESP и следуйте инструкциям по установке платы ESP на Arduino IDE.

Нам нужны различные библиотеки для взаимодействия с LCD и для получения времени из сети.

Итак, откройте диспетчер библиотек и установите NTP-клиент, библиотеки MAX30100 и Arduino GFX.

После установки библиотек подключите круглый дисплей LCD с помощью библиотеки Arduino GFX и включите ее в код. Нам нужен NTP-клиент, чтобы получать время из сети Wi-Fi, поэтому включите его также в код.

Поскольку нам нужно подключить датчик сердца MAX30100, подключите и эту библиотеку.

После подключения всех библиотек настройте код для контактов аппаратной шины SPI и типа платы. Здесь мы используем чип ESP826612F, поэтому установите плату как ESP8266, а затем установите контакты DC и CS дисплея LCD.

Вы можете использовать любой бесплатный пин-код на ESP CHI. (Мы использовали контакты 2 и 13.)

Далее в коде установите отображение драйвера дисплея GC9A01. Установка платы и контактов дисплея показана на рис. 3.

Теперь нам нужно установить Wi-Fi SSID и пароль для NTP-сервера, чтобы часы могли подключаться к Wi-Fi нашего телефона или домашнему Wi-Fi для получения времени с клиент-сервера NTP.

Итак, мы создаем функцию setup, в которой инициализируем связь I2C с датчиком MAX30100, связь SPI с дисплеем LCD и сервер NTP для часов. Настройка Wi-Fi для NTP-сервера показана на рис. 4.

Создание GUI для просмотра

Создайте функцию цикла, в которой датчики и данные времени могут обновляться в режиме реального времени. Затем создайте интерфейс и найдите умные часы, которые будут отображать данные о состоянии здоровья, дату и время в режиме реального времени.

Вы можете закодировать и создать для часов любой стиль GUI по вашему выбору. Автор использовал круговую отметку стрелками для минут и часов с дугой окружности, уменьшающейся с каждой секундой, чтобы показать время в секундах. Мы использовали дугу и круг с текстом для отображения значения SpO2 и круглый прямоугольник для отображения данных сердцебиения. Он использовал текст для отображения текущего дня, месяца и других данных, связанных со временем.

После подготовки кода загрузите его в чип ESP12F, выбрав правильную плату и номер порта. Для этого чип необходимо перевести в режим загрузки и подключить к программатору FTDI. (Чтобы узнать, как загрузить код в чип ESP12F, обратитесь к программной части статьи о стикерах здоровья IoT, опубликованной в декабрьском выпуске.)

Создание и тестирование

Перед сборкой ознакомьтесь с рис. 5–рис. 8. Осторожно поместите ESP12F за дисплеем и датчиком MAX3011 так, чтобы их клеммы и точки подключения не соприкасались и были короткими. Возьмите проспект часов case и вставьте в него компоненты. При желании вы можете создать собственные часы case и распечатать их на 3D-принтере. Вы можете загрузить файл Gerber и дизайн PCB, чтобы подготовить часы.

Создайте интерфейс для умных часов для отображения данных о состоянии здоровья, даты и времени в режиме реального времени. Вы можете закодировать и создать любой стиль GUI по вашему выбору.

Рис. 5 показан дизайн часов PCB. Пайка чипа ESP12F с дисплеем и размещение чипа ESP за часами показаны на рис. 6. 3D-дизайн умных часов case показан на рис. 7.

Рис. 8 показаны умные часы внутри case, напечатанного на 3D-принтере.

После подготовки кода загрузите его в чип ESP12F, выбрав правильную плату и номер порта. Чип необходимо перевести в режим загрузки и подключить к программатору FTDI. GUI часов, спроектированных автором, показан на рис. 9.

Для проверки подключите часы к батарее напряжением 3 В и подождите, пока они подключатся к Wi-Fi и получат текущий день, дату и время с NTP-сервера. Теперь он готов начать отображать данные о состоянии здоровья помимо времени. Окончательный вид программируемых умных часов с фитнес-трекингом показан на рис. 10.

Примечание. Это первая версия дизайна умных часов. Усовершенствованный дизайн с дополнительными функциями, такими как анализатор Wi-Fi в реальном времени, работоспособность сети GUI и многие другие, готовится к публикации в следующем выпуске.

А пока ознакомьтесь с другими интересными проектами в области электроники своими руками.

Ашвини Кумар Синха — технический журналист-энтузиаст Интернета вещей и AI в EFY

Спецификация

Компоненты

Количество

Описание

ESP12F (MOD3)

1

SMD Wi-Fi SoC чип

MCP73812T (MOD4)

1

ИС для зарядки аккумулятора

Раунд LCD (MOD1)

1

GC9A01 круглый LCD дисплей

MAX 30100 (MOD2)

1

SpO2 и датчик сердца

LED

1

SMD LED

Резисторы: 470 Ом (R2), 2 кОм (R3), 100 Ом (R1)

1

SMD

Конденсатор 4,7 мкФ (C1, C2)

2

SMD керамика

2-контактная перемычка (JP1)

1

Перемычка

Micro USB

1

SMD микро USB гнездо

Switch (S1)

1

SMD слайд switch

Батарея 3,3 В

1

Микроразмер для просмотра

3D-печать case

1

Тело для часов