# 引子
前几天过生日，我家可爱送了我一个小米手环，它拥有监测人体心跳、压力、运动步数，长时间久坐提醒，甚至可以控制手机进行拍照支付播放音乐等功能，我感觉挺有意思，就了解了一下智能手环的发展历史和基本原理。
# 概念
智能手环是一种穿戴式智能设备。通过智能手环，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。
# 发展历史
之后的智能手环类设备有各种类型，我搜集了一些产品图片，可以欣赏一下
Fossil Wrist PDA
微软SPOT系列
LG GD910
三星S9110
摩托罗拉MotoACTV
Metawatch Strata
索尼SmartWatch
Apple Watch
卡西欧WQV系列# 功能
现在的手环，基本都具有步数记录、心率检测、手机来电显示等功能，我对这些功能做了一些了解。
# 计步原理
早期的计步器原理十分简单，由一个“震动传感器”和摆锤组成，摆锤类似于旧时的机械钟下的摆锤，当人在运动时，摆锤也会摆动，人走一步摆锤就会动一下，摆动的时候会和电极接触通电，震动传感器就会记录这一次的信号，进行累加，实现计步。
现代计步器原理主要是由陀螺仪、重力感应器和加速度传感器来实现计步，
陀螺仪（英文：gyroscope）: 也叫角运动检测装置，是一种基于角动量守恒的理论，用来感测与维持方向的装置。陀螺仪主要是由一个位于轴心且可旋转的转子构成。由于转子的角动量，陀螺仪一旦开始旋转，即有抗拒方向改变的趋向。陀螺仪多用于导航、定位等系统。摘自维基
定轴陀螺仪
偏轴陀螺仪重力传感器:又称重力感应器，新型属传感器技术，它采用弹性敏感元件制成悬臂式位移器，与采用弹性敏感元件制成的储能弹簧来驱动电触点，完成从重力变化到电信号的转换。目前绝大多数中高端智能手机和平板电脑内置了重力传感器，如苹果的系列产品iphone和iPad， Android系列的手机等。摘自某度
重力传感器概述图加速度传感器:加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。传感器在加速过程中，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度值。摘自某度
上面这些是硬件层级的说明，对于软件系统计步功能的实现，主要是通过算法来实现，android我不熟悉，我简要说一下算法的原理：人每走一步，加速度传感器就会呈现一个波峰，类似于我们学习的正弦余弦函数，只不过还会存在很多干扰波形，当判断出现波峰的时候，表明走了一步，如果连续出现波峰，就表明人正在走路，系统就会记录之前所有波峰次数，进行记录。
# 心率监测
常见的智能手环监测心率的方法主要有两种，一是光电透射测量法，另一种是心电信号测量法。
所谓光电透射测量法，简单来说，就是心脏的规律跳动会引起血液透光率的变化，采集这种变化信息并变换为电信号，对应的就是心率信息。在手环接触皮肤的一端有发生器和光敏接收器，当发生器将一定波长的光束照射到皮肤表面时，光束将通过透射或反射方式返回光敏接收器，在此过程中，光束由于受到手腕皮肤肌肉组织、血液的吸收衰减作用，检测器检测到的光，其强度将减弱。
其中，皮肤、肌肉组织等对光的吸收在整个血液循环中是保持恒定不变的，而皮肤内的血液含量在心脏泵血的作用下会呈规律性变化。当心脏收缩时血容量最多，光吸收量达到最大，此时检测到的光强度最小;而在心脏舒张时正好相反，检测到的光强度最大，使光接收器接收到的光强度随之呈脉动性变化。
第二种方法是心电信号测量法，这种方法与医院常用的心电图检测类似，但智能手环只需要检测心率这一项数据，复杂度较低。人的心脏在每个心动周期中，心房、心室相继兴奋，伴随着无数心肌细胞的相继动作，从而会引起电位变化，这些生物电的变化称为心电，通过检测心电的周期性变化就可以检测到心率。每次心跳，人的体表都会有微小的电极变化，智能手环捕捉到这些电极变化，再经过算法就可以还原出心率跳动的频率，继而就能实现对心率的实时监测。
# 手机来电显示
手机来电显示主要是通过蓝牙来进行交互的，手机上安装对应的手环app，然后当手机来电时，app提取系统通知，通过蓝牙的一个协议ANS来实现。