不可随意摘下的易用型可穿戴设备及方法与流程

本发明属于机械结构与电子电路设计技术领域，具体涉及一种不可随意摘下的易用型可穿戴设备及方法。

背景技术：

可穿戴设备(Wearable Devices)是将传感器、无线通信、多媒体等技术嵌入人们的眼镜、手表、手环、服饰及鞋袜等日常穿戴中而推出的设备，可以采用紧体佩戴方式测量各项体征。例如，晨练时，通过蓝牙耳机监测血氧含量等；再例如，通过手表测量人体脉搏跳动情况等。目前，可穿戴设备已逐渐进入人们生活的每一个角落，为人类生活带来较大的变化。

现有技术中，针对老人、儿童或病人等特定人群开发的具有安全看护功能的可穿戴设备，仅采用常规佩戴方式而佩戴到被看护人员的身体上，例如，对于具有人体参数测量功能的手表，仅采用普遍的表扣方式，佩戴到被看护人员的腕部。

在实现本发明的过程中，发明人发现，上述佩戴方式存在以下问题：

佩戴者可随意将可穿戴设备移除，导致无法保证数据采集的连续性和有效性，从而难以达到对特定人群的安全看护目的。例如，对于儿童，通过佩戴某类具有定位功能的可穿戴设备，使家长能够实时获知儿童位置，进而保障儿童的安全性。而如果儿童随意摘除该可穿戴设备，则无法充分发挥可穿戴设备的功能。

另外，可穿戴设备的小型化，给操作用户界面的设计带来挑战。传统操作用户界面的方式为：在可穿戴设备的正面和侧面设置操作按键，用户通过对按键进行操作，实现可穿戴设备的相关功能切换。然而，该种界面操作方式，由于需要设置独立的按键，因此，如果按键尺寸设计的较大，虽然满足了操作的便利性，但必然会占用较多的空间，导致可穿戴设备的体积较大；而如果按键尺寸设计的较小，虽然可降低可穿戴设备的体积，满足可穿戴设备小型化的需求；但是，较小的按键，会导致用户操作不便，尤其不适合于老人儿童等具有视力问题和阅读障碍的人群使用，同样，也不适用于无法分心的司机等人群使用。另外，现有技术中，还出现了采用触控方式操作界面的方式，但是，该种界面操作方式，需要在可穿戴设备内部整合显示屏、处理器或单片机主板、传感器、电池、网络连接模块等元器件和部件，一方面，增加了整个可穿戴设备的成本；另一方面，触控操作方式仍然不适合于老人儿童等具有视力问题和阅读障碍的人群使用，同样，也不适用于无法分心的司机等人群使用。

可见，如何设计一款于可穿戴设备的微型防摘安全保护设备，同时，还具有操作用户界面，既满足可穿戴设备小型化的需求，同时又具有成本低以及操作方便的优点，具有重要意义。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种不可随意摘下的易用型可穿戴设备及方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种不可随意摘下的易用型可穿戴设备，不可随意摘下的易用型可穿戴设备集成有电磁锁表扣和有限空间内实现转动与按压组合操作界面的机构。

优选的，所述有限空间内实现转动与按压组合操作界面的机构包括：轻触开关(10)、转轮组件(20)、机芯组件(30)、底壳组件(40)和表镜(50)；

其中，所述转轮组件(20)包括转轮外壳(21)以及固定安装于所述转轮外壳(21)内壁的至少两个动触点(22)；

所述底壳组件(40)包括底壳本体(41)，所述底壳本体(41)设置于所述转轮外壳(21)的下部空间的内部，且与所述转轮外壳(21)的下部分通过转动结构可转动连接；在所述底壳本体(41)的上表面设置有凹槽(45)；

所述机芯组件(30)包括机芯本体(31)，所述机芯本体(31)套设于所述转轮外壳(21)的上部空间的内部，所述机芯本体(31)的下表面设置有与所述凹槽(45)配合的凸起(36)，当所述机芯本体(31)未受外力时，所述凸起(36)位于所述凹槽(45)内，并且，所述凸起(36)的底面与所述凹槽(45)的槽内底面之间具有间隔，其高度为L；在该间隔位置安装所述轻触开关(10)，并且，所述轻触开关(10)的行程等于高度L；所述机芯本体(31)的顶面固定安装所述表镜(50)；当所述表镜(50)受外力被按压时，所述表镜(50)向下运动，进而推动所述机芯本体(31)向下运动，进而使凸起(36)不断插入到凹槽(45)内部，实现对轻触开关(10)的按压，当轻触开关(10)被有效按压时，实现确认功能；

另外，所述机芯本体(31)的外壁在同一高度沿环向设置有与所述动触点(22)适配的静触点(32)、常联触点(33)和虚拟触点(34)；所述动触点(22)、所述静触点(32)、所述常联触点(33)和所述虚拟触点(34)形成机械式编码开关，当所述转轮外壳(21)转动时，带动所述动触点(22)转动，进而实现所述动触点(22)与所述静触点(32)、所述常联触点(33)的导通，最终实现菜单功能的切换。

优选的，所述转动结构包括：限位卡环(44)、设置于所述底壳本体(41)外壁的环状的底壳限位卡槽(46)以及设置于所述转轮外壳(21)内壁的环状的转轮限位卡槽(25)；

其中，所述限位卡环(44)套设于所述底壳限位卡槽(46)和所述转轮限位卡槽(25)之间，并且，所述限位卡环(44)的内壁与所述底壳限位卡槽(46)固定安装，所述限位卡环(44)的外壁与所述转轮限位卡槽(25)过盈配合，使所述转轮外壳(21)可沿所述限位卡环(44)旋转，同时，所述转轮外壳(21)在旋转过程中不会脱离所述限位卡环(44)。

优选的，所述凹槽(45)为燕尾槽；所述凸起(36)为燕尾榫。

优选的，所述燕尾槽和所述燕尾榫均呈上窄下宽状，并且，所述燕尾榫的高度低于所述燕尾槽的深度。

优选的，对于由所述动触点(22)、所述静触点(32)、所述常联触点(33)和所述虚拟触点(34)形成的机械式编码开关，当采用三相结构时，其具体结构为：

所述动触点(22)为动触点弹片，所述动触点(22)的设置个数m与所述静触点(32)相位数划分相对应，即：m等于3；

此外，m个所述动触点弹片均匀分布安装于所述转轮外壳(21)内壁的各个动触点凹槽(23)内，并且，m个所述动触点弹片是相互连通的，电路上等效为一个动触点；

所述常联触点(33)的一端接地，另一端与m个所述动触点(22)之一常联接；

所述虚拟触点(34)的位置不设置任何金属触点，仅留出占有相应相位角度的空白位置；当所述转轮组件(20)转动时，m个所述动触点(22)之一停留在没有金属触点的虚拟触点(34)位置；

所述静触点(32)的设置数量为p；其中，p为自然数，并且，p≥2；并且，主处理器设置p个通用输入输出端口，每个通用输入输出端口唯一连接一个静触点(32)的检测端口；当转轮组件(20)转动时，当某个动触点(22)与某个静触点(32)连通时，即形成电路连通结构，此时，在主处理器的对应通用输入输出端口存在检测信号，即：主处理器可检测到与动触点(22)连通的静触点(32)；下一时刻，当某个动触点(22)与下一个静触点(32)连通时，主处理器可检测到连通的静触点(32)，通过比较相邻两次连通的静触点(32)，可计算得到转轮组件(20)转动方向和转动速度。

优选的，对于由所述动触点(22)、所述静触点(32)、所述常联触点(33)和所述虚拟触点(34)形成的机械式编码开关，当采用三相结构时，其具体结构为：

所述动触点(22)为动触点弹片，所述动触点(22)的设置个数m与所述静触点(32)相位数划分相对应，即：m等于3；

此外，m个所述动触点弹片均匀分布安装于所述转轮外壳(21)内壁的各个动触点凹槽(23)内，并且，m个所述动触点弹片是相互连通的，电路上等效为一个动触点；

所述常联触点(33)的一端接地，另一端与m个所述动触点(22)之一常联接；

所述虚拟触点(34)的位置设置p个相互连通成锯齿形状的p个静触点，由此形成第1静触点集合；当所述转轮组件(20)转动时，m个所述动触点(22)之一停留在所述第1静触点集合；

所述静触点(32)的设置数量为p；其中，p为自然数，并且，p≥2；该p个静触点相互连通成锯齿形状，由此形成第2静触点集合；

主处理器设置2个通用输入输出端口，第1通用输入输出端口连接第1静触点集合；第2通用输入输出端口连接第2静触点集合；

当转轮组件(20)转动时，主处理器通过第1通用输入输出端口和第2通用输入输出端口的脉冲时序，进而判断转轮组件(20)转动方向和转动速度。

优选的，在所述机芯本体(31)的底面还设置有插销(37)；在所述底壳本体(41)的上表面设置有插槽(47)；所述机芯本体(31)的插销(37)插到所述底壳本体(41)的插槽(47)内，进而限制所述机芯本体(31)仅能上下运动，不会发生左右倾斜。

优选的，在所述转轮外壳(21)的内壁还设置有n个转动手感凹槽(24)；在所述底壳本体(41)的内壁固定安装有至少一个转动手感弹片(42)；所述转动手感弹片(42)安装于转动手感弹片凹槽(43)中；并且，所述转动手感弹片(42)与所述转动手感凹槽(24)配合；当所述转轮外壳(21)在外力作用下旋转时，所述转动手感弹片(42)通过依次撞击n个转动手感凹槽(24)，进而形成咔哒手感；其中，n为自然数。

优选的，n的数量大于等于动触点转动一圈检测到的静触点导通次数。

优选的，所述电磁锁表扣包括：表扣本体(1)和锁扣(2)；

所述锁扣(2)开设有通孔(2-1)；

所述表扣本体(1)包括表扣外壳(3)，所述表扣外壳(3)设置有与所述锁扣(2)相适配的锁孔(4)，所述锁扣(2)可插入到所述锁孔(4)的孔内；

所述表扣外壳(3)的内腔安装有电磁锁锁芯(5)、电磁线圈(6)、复位弹簧(7)、处理器(8)、接口电路(9)和供电电池；

其中，所述电磁锁锁芯(5)的末端与所述复位弹簧(7)的一端固定连接，所述复位弹簧(7)的另一端固定到所述表扣外壳(3)的内壁；所述电磁锁锁芯(5)的外部套设所述电磁线圈(6)，所述电磁线圈(6)的供电引脚连接到所述处理器(8)的供电输出控制接口；所述处理器(8)的供电输入接口与所述供电电池连接；所述处理器(8)通过控制所述供电输出控制接口的通断电状态，进而控制所述电磁线圈(6)的通断电状态；当所述电磁线圈(6)断电时，所述复位弹簧(7)向所述电磁锁锁芯(5)施加复位弹力，使所述电磁锁锁芯(5)插入到位于所述锁孔(4)的锁扣(2)通孔(2-1)中，实现上锁；当所述电磁线圈(6)通电时，所述电磁线圈(6)向所述电磁锁锁芯(5)产生吸合力，并且，该吸合力大于所述复位弹簧(7)的压缩力，因此，使所述电磁锁锁芯(5)压缩所述复位弹簧(7)而向相反方向运动，进而使所述电磁锁锁芯(5)运动到所述锁扣(2)的通孔(2-1)外部，实现开锁；

此外，所述处理器(8)还与所述接口电路(9)连接。

优选的，所述表扣外壳(3)为铁材料，同时可作为所述电磁线圈(6)的轭铁，进而增强所述电磁线圈(6)的吸合力。

优选的，所述电磁锁表扣用于固定到安装有可穿戴设备的表带上。

优选的，所述电磁锁表扣与所述可穿戴设备的表带通过注塑、焊接、铆接或链扣方式固定。

优选的，所述可穿戴设备用微型防摘安全保护电磁锁表扣为按扣、搭扣、蝴蝶扣、插扣或对扣结构形式。

优选的，所述接口电路(9)为通信接口电路，包括I2C总线、SPI接口、并口、串行接口、WI-FI接口或蓝牙通信接口。

优选的，所述表扣外壳(3)的内部还安装有用于扩展可穿戴设备功能的扩展功能单元；和/或

所述扩展功能单元为传感器部件、执行器部件或收发器部件。

本发明还提供一种不可随意摘下的易用型可穿戴方法，包括有限空间内实现转动与按压组合操作界面的方法以及可穿戴设备用微型防摘安全保护方法；

其中，所述有限空间内实现转动与按压组合操作界面的方法包括以下步骤：

当主处理器检测到静触点发生切换操作时，主处理器记录静触点导通的顺时针或/或逆时针顺序以及导通次数，直到主处理器检测到轻触开关(10)被导通时，主处理器执行以下步骤：

主处理器读取到最近一次发生菜单项切换后切换得到的菜单项，将该菜单项记为菜单项0；然后，按静触点导通的顺时针或/或逆时针顺序，以菜单项0为起点，相应的向前或向后读取对应的菜单项，当菜单项切换次数和静触点导通次数相同时，此时定位到的菜单项记为菜单项1，并激活菜单项1，至此实现对菜单项操作的过程；

所述可穿戴设备用微型防摘安全保护方法包括以下步骤：

步骤1，可穿戴设备固定有表带，该表带具有第1自由端和第2自由端；将表扣本体(1)固定到所述第1自由端，将锁扣(2)固定到所述第2自由端；

步骤2，可穿戴设备自身配置有上位机；表扣本体(1)配置有处理器；

所述处理器通过接口电路(9)与所述上位机进行双向通信，进而实现可穿戴设备防摘功能，具体包括：

步骤2.1，当人体佩戴完成可穿戴设备，需要进行上锁操作时，上位机接收用户输入的携带有身份验证信息的上锁指令；

步骤2.2，上位机对接收到的身份验证信息进行身份验证，判断该上锁指令是否来自合法授权用户，如果通过身份验证，则执行步骤2.3；

步骤2.3，上位机向处理器发送上锁指令；

步骤2.4，当处理器上电时，所述处理器接收到来自上位机的上锁指令；然后，处理器通过控制供电输出控制接口，进而使电磁线圈(6)断电；当电磁线圈(6)断电时，复位弹簧(7)向电磁锁锁芯(5)施加复位弹力，使所述电磁锁锁芯(5)插入到位于锁孔(4)的锁扣(2)通孔(2-1)中，实现上锁；

步骤2.5，当需要从人体摘下可穿戴设备，即需要进行开锁操作时，上位机接收用户输入的携带有身份验证信息的开锁指令；

步骤2.6，上位机对接收到的身份验证信息进行身份验证，判断该开锁指令是否来自合法授权用户，如果通过身份验证，则执行步骤2.7；

步骤2.7，上位机向处理器发送开锁指令；

步骤2.8，当处理器上电时，所述处理器接收到来自上位机的开锁指令；然后，处理器通过控制供电输出控制接口，进而使电磁线圈(6)通电；当电磁线圈(6)通电时，所述电磁线圈(6)向所述电磁锁锁芯(5)产生吸合力，并且，该吸合力大于所述复位弹簧(7)的压缩力，因此，使所述电磁锁锁芯(5)压缩所述复位弹簧(7)而向相反方向运动，进而使所述电磁锁锁芯(5)运动到锁扣(2)的通孔(2-1)外部，实现开锁。

优选的，对于所述可穿戴设备用微型防摘安全保护方法，还包括：

1)在电磁锁表扣为上锁状态下，如果发生意外断电状况，则由于电磁锁表扣通过复位弹簧的弹力而继续保持上锁状态；

在电磁锁表扣为开锁状态下，如果发生意外断电状况，则电磁线圈(6)的吸合作用消失，复位弹簧自动回弹上锁；

2)处理器设置有本地开锁功能，即：处理器存本地保存开锁密码，如果处理器接收到用户输入的正确的开锁密码，则处理器执行开锁操作；

此外，处理器设置有锁死功能，即：当处理器接收到用户输入的错误开锁密码次数超过预设极大值时，处理器启动锁死功能，禁止用户再次尝试输入开锁密码；只有当处理器上电复位后，才会允许用户继续尝试输入开锁密码；

3)处理器设置有远程开锁功能，即：当处理器接收到远端服务器通过网络发送的开锁指令时，所述处理器执行开锁操作；

4)处理器设置有复位功能，即：处理器连接有复位端口；当处理器通过所述复位端口接收到复位信号时，处理器同时执行以下操作：a)处理器向上位机发送电磁锁扣复位的通知消息；b)处理器执行开锁操作；c)处理器将本地保存的开锁密码恢复到缺省密码；d)处理器记录复位次数，当达到允许的最大复位次数后，电磁锁扣永久上锁；

5)处理器设置有休眠功能，即：处理器在设定时间间隔未收到来自上位机的交互消息时，处理器进入休眠省电状态，直到上位机发出任意命令，唤醒处理器，处理器才进入到工作状态；

6)处理器和上位机支持心跳探测功能，即：上位机每隔一定时长，向处理器发送心跳探测命令，并判断是否在设定时间内，接收到处理器返回的心跳响应消息，如果接收到，则上位机得出电磁锁扣状态正常的结论；如果未接收到，则上位机得出电磁锁扣状态异常的结论，并启动应急措施。

本发明提供的不可随意摘下的易用型可穿戴设备及方法具有以下优点：

(1)采用有限空间内实现转动与按压组合操作界面的机构，通过创新的机械电子结构，采用转动加按压操作用户界面的方式，整个可穿戴设备的外沿就是一个大旋钮转轮，而表镜就是一个大按钮，具有操作直观方便舒适，适合所有人群使用，尤其适用于老人儿童等有视力问题和阅读障碍的人群，以及不能分心的司机等人群使用，具有广泛的应用基础和巨大的实用价值。此外，本发明兼顾了超薄美观与操作方便两个目的，而且几乎不增加硬件成本，可广泛推广使用。

(2)采用可穿戴设备用微型防摘安全保护电磁锁表扣，电磁锁扣支持必备的安全措施，防止被随意破解、复位或者断电破坏。例如，当将电磁锁表扣安装到可穿戴设备表带并上锁后，只有授权人员采用遥控或本地方式，才能打开电磁锁表扣，取下可穿戴设备；否则，既使电磁锁表扣被人为断电，或者，既使电磁锁表扣的电池能源被耗尽时，电磁锁表扣仍然继续保持上锁状态，仍然无法取下可穿戴设备，从而有效的保证了可穿戴设备的数据采集连续性和有效性，实现对被防护人员的安全防护作用；

(3)电磁锁表扣具有体积小以及功耗低的优点，是一种专门针对可穿戴设备表带开发的微型化的电磁锁表扣。

附图说明

图1为本发明提供的不可随意摘下的易用型可穿戴设备的整体结构示意图；

图2为有限空间内实现转动与按压组合操作界面的机构整体组装后的外部结构示意图；

图3为有限空间内实现转动与按压组合操作界面的机构中，转轮组件、机芯组件和底壳组件组装后的结构示意图；

图4为有限空间内实现转动与按压组合操作界面的机构中，设备的剖面结构示意图；

图5为有限空间内实现转动与按压组合操作界面的机构中，转轮组件的结构示意图；

图6为有限空间内实现转动与按压组合操作界面的机构中，底壳组件的结构示意图；

图7为有限空间内实现转动与按压组合操作界面的机构中，机芯组件的结构示意图；

图8为有限空间内实现转动与按压组合操作界面的机构中，转轮、底壳和机芯组装状态下的剖面结构示意图；

图9为图8中K部分的局部放大图；

图10为图8中P部分的局部放大图；

图11为有限空间内实现转动与按压组合操作界面的机构中，动触点与静触点结合过程示意图；

图12为图11中H部分的局部放大图；

图13为有限空间内实现转动与按压组合操作界面的机构中，主处理器、静触点、常联触点和动触点的电路原理图；

图14为有限空间内实现转动与按压组合操作界面的机构中，转动手感咔嗒声的结构示意图；

图15为图14中J部分的局部放大示意图；

图16为本发明提供的电磁锁表扣的表扣本体和锁扣在分离状态下的示意图；

图17为锁扣插入到表扣本体的锁孔后且在开锁状态下的示意图；

图18为电磁锁表扣在上锁状态下的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明：

结合图1，本发明提供一种不可随意摘下的易用型可穿戴设备，不可随意摘下的易用型可穿戴设备集成有电磁锁表扣200和有限空间内实现转动与按压组合操作界面的机构100。以下对这两个集成件分别详细介绍：

(一)有限空间内实现转动与按压组合操作界面的机构100

有限空间内实现转动与按压组合操作界面的机构包括：轻触开关10、转轮组件20、机芯组件30、底壳组件40和表镜50。如图2所示，为设备整体组装后的外部结构示意图；如图3所示，为转轮组件、机芯组件和底壳组件组装后的结构示意图。

其操作原理为：将图2集成到可穿戴设备中，用户通过顺时针或逆时针转动转轮组件，进行菜单项切换，或者，进行通信录、联系人、群组、音量、频道、温湿度、设置参数等调节操作；然后，用户通过按压表镜，进行确认操作。例如，对于共有3个菜单项的界面，将菜单项依次记为：菜单项1、菜单项2和菜单项3；设最近一次有项的菜单项为菜单项2；此时，假设用户顺时针转动转轮组件，当转轮顺时针转动1次时，菜单项3被激活；当转轮继续顺时针转动1次时，菜单项1被激活；此时，如果用户按压表镜，则执行菜单项1的相关功能。

由此可见，本发明通过创新的机械结构与电子电路设计，在非常狭小的空间内实现顺逆时针转动和按压组合操作用户界面，整个设备外沿就是一个大旋钮转轮(旋钮、转盘)，可将可穿戴设备的核心电路板集成到转轮的内部腔体；而表镜就是一个大按钮，具有直观醒目、操作方便的优点，用户界面非常友好，非常适合老幼操作，也适合不能分心的人群，比如司机等操作可穿戴设备。本发明在可穿戴设备上兼顾了超薄美观、操作方便两个目的，而且几乎不增加硬件成本。

以下对本发明各主要部件分别详细说明：

(1)转轮组件

如图4所示，为本发明提供的整体设备的剖面结构示意图；如图5所示，为本发明提供的转轮组件的结构示意图；转轮组件20包括转轮外壳21以及固定安装于转轮外壳21内壁的至少两个动触点22。转轮外壳的材质可以是各种塑胶、金属、合金等。

此外，各个动触点之间相互连通，电路上等效为一个动触点。动触点可采用动触点弹片实现同，如果转轮外壳为金属材质，则各个动触点弹片直接焊接在转轮外壳上即可。而如果转轮外壳为非金属材质，例如塑胶，则各个动触点弹片需要在内壁进行物理连接，形成导通效果。

(2)底壳组件

如图6所示，为本发明提供的底壳组件的结构示意图；底壳组件40包括底壳本体41，结合图4，底壳本体41设置于转轮外壳21的下部空间的内部，且与转轮外壳21的下部分通过转动结构可转动连接；

本发明中，当转轮外壳21安装于底壳本体41上时，需要使转轮外壳21可转动，从而实现菜单切换功能，因为，本发明设计了一种特殊的转动结构，如图8所示，为转轮、底壳和机芯组装状态下的剖面结构示意图；如图10所示，为图8中P部分的局部放大图，也为底壳和转轮之间的配合关系示意图，参考图10，转动结构包括：限位卡环44、设置于底壳本体41外壁的环状的底壳限位卡槽46以及设置于转轮外壳21内壁的环状的转轮限位卡槽25；

其中，限位卡环44套设于底壳限位卡槽46和转轮限位卡槽25之间，并且，限位卡环44的内壁与底壳限位卡槽46固定安装，限位卡环44的外壁与转轮限位卡槽25过盈配合，使转轮外壳21可沿限位卡环44旋转，同时，转轮外壳21在旋转过程中不会脱离限位卡环44。也就是说，通过此处设置的转动结构，既保证转轮可绕限位卡环转动，实现菜单切换功能，同时，又防止了转轮在转动过程中发生偏离，提高了菜单切换的可靠性；另外，通过限位卡槽和限位卡环组合结构，确保转轮组件安装到位后，不会轻易被外力拔出。

(3)机芯组件

如图7所示，为本发明提供的机芯组件的结构示意图，机芯组件30包括机芯本体31，机芯本体31套设于转轮外壳21的上部空间的内部，机芯本体31的下表面设置有与底壳本体41的上表面设置的凹槽45配合的凸起36，参考图8，示出了凹槽45和凸起36的配合状态；参考图9，为图8中K部分的局部放大图，即：更为清楚的示出了凹槽45和凸起36的配合状态。当机芯本体31未受外力时，凸起36位于凹槽45内，并且，凸起36的底面与凹槽45的槽内底面之间具有间隔，其高度为L；在该间隔位置安装轻触开关10，并且，轻触开关10的行程等于高度L；机芯本体31的顶面固定安装表镜50；表镜可以是玻璃、亚克力、塑胶等任何所需材质。实际应用中，表镜可通过胶粘或者卡扣等方式安装固定在机芯组件的机芯本体的顶面。

当表镜50受外力被按压时，表镜50向下运动，进而推动机芯本体31向下运动，进而使凸起36不断插入到凹槽45内部，实现对轻触开关10的按压，当轻触开关10被有效按压时，实现确认功能。

在具体实现上，凹槽45为燕尾槽；凸起36为燕尾榫。更具体的，燕尾槽和燕尾榫均呈上窄下宽状，并且，燕尾榫的高度低于燕尾槽的深度。

也就是说，本发明中，在机芯组件的底部设置燕尾榫，在底壳组件的上表面设置燕尾槽，通过燕尾榫和燕尾槽的配合，允许机芯组件向下运动一定行程而触动轻触开关，形成按压确认操作；而当按压操作结束后，在轻触开关的反向弹力作用下，机芯组件复位，即：向上运动一定距离，但是，由于燕尾榫和燕尾槽的作用，机芯组件向上运动的距离也有限，不会使燕尾榫脱离燕尾槽。

另外，参考图11，为动触点与静触点结合过程示意图；参考图12，为图11中H部分的局部放大图；机芯本体31的外壁在同一高度沿环向设置有与动触点22适配的静触点32、常联触点33和虚拟触点34；动触点22、静触点32、常联触点33和虚拟触点34形成机械式编码开关，当转轮外壳21转动时，带动动触点22转动，进而实现动触点22与静触点32、常联触点33的导通，最终实现菜单功能的切换。

下面介绍对于由动触点22、静触点32、常联触点33和虚拟触点34形成的机械式编码开关：

动触点均匀分布安装于转轮组件内壁的动触点凹槽内，其个数(相位数)需要与机芯组件的静触点相位数划分相对应，最少为两相。当为三相结构时，设置三个动触点，其中，每个动触点为一个动触点弹片，3个动触点弹片是相互连通的，电路上等效为一个动触点；如果是四相结构，则4个动触点弹片相互连通。

机芯组件上面的触点分三种，静触点、常联触点和虚拟触点。其分布对应于组合结构所采取的相位数。例如，三相结构的静触点、常联触点和虚拟触点各占机芯组件的120度角度。如图11所示，即为三相结构示例。另外，静触点设置数量根据设计要求进行调整，最少为2个。在图11中，共设置6个静触点，分别为：静触点32a、32b、32c、32d、32e和32f。6个静触点占120度相位角。也就是说转动一圈可切换18次。静触点数量越多，每转动一次所需角度越小，可以快速进行菜单功能切换。而如果静触点数量过少，则每次转动需要较大角度，转动不灵敏。

对于机械式编码开关，其具体实现形式根据实际需要进行调整，本发明对机械式编码开关的具体形式并不限制，但是，出于节约空间的目的，本发明创新了两种特定结构的机械式编码开关：

机械式编码开关结构一：

以三相结构为例，其具体结构为：

动触点22为动触点弹片，动触点22的设置个数m与静触点32相位数划分相对应，即：m等于3；

此外，m个动触点弹片均匀分布安装于转轮外壳21内壁的各个动触点凹槽23内，并且，m个动触点弹片是相互连通的，电路上等效为一个动触点；

常联触点33的一端接地，另一端与m个动触点22之一常联接；即：无论转轮如何转动，常联触点均会与某一个动触点接触。

虚拟触点34的位置不设置任何金属触点，仅留出占有相应相位角度的空白位置；当转轮组件20转动时，m个动触点22之一停留在没有金属触点的虚拟触点34位置，不会混淆电路通断检测。

静触点32的设置数量为p；其中，p为自然数，并且，p≥2；并且，主处理器设置p个通用输入输出端口，每个通用输入输出端口唯一连接一个静触点32的检测端口；当转轮组件20转动时，当某个动触点22与某个静触点32连通时，即形成电路连通结构，此时，在主处理器的对应通用输入输出端口存在检测信号，即：主处理器可检测到与动触点22连通的静触点32；下一时刻，当某个动触点22与下一个静触点32连通时，主处理器可检测到连通的静触点32，通过比较相邻两次连通的静触点32，可计算得到转轮组件20转动方向和转动速度。

此处，当p＝6时，即：共设置6个静触点时，如图13所示，为主处理器、静触点、常联触点和动触点的电路原理图。

本结构设计虽然需要较多的CPU或MCU端口，但是通过端口与常联触点和动触点的通断判断，可以较简单的判断左右旋转和旋转速度，比如，待机状态下，静触点32a检测到接地或接高电平，而下一时刻，静触点32b检测到接地或接高电平，则可以判断是右转。反之则判断为左转。转动速度取决于每两次静触点通断所需时间。

机械式编码开关结构二：

在前一种结构中，主处理器通用输入输出端口的数量较多，因此，为了节省检测静触点导通的通用输入输出端口(GPIO)的数量，提供本实施例：

动触点22为动触点弹片，动触点22的设置个数m与静触点32相位数划分相对应，即：m等于3；

此外，m个动触点弹片均匀分布安装于转轮外壳21内壁的各个动触点凹槽23内，并且，m个动触点弹片是相互连通的，电路上等效为一个动触点；

常联触点33的一端接地，另一端与m个动触点22之一常联接；

虚拟触点34的位置设置p个相互连通成锯齿形状的p个静触点，由此形成第1静触点集合；当转轮组件20转动时，m个动触点22之一停留在第1静触点集合；

静触点32的设置数量为p；其中，p为自然数，并且，p≥2；该p个静触点相互连通成锯齿形状，由此形成第2静触点集合；

主处理器设置2个通用输入输出端口，第1通用输入输出端口连接第1静触点集合；第2通用输入输出端口连接第2静触点集合；

当转轮组件20转动时，主处理器通过第1通用输入输出端口和第2通用输入输出端口的脉冲时序，进而判断转轮组件20转动方向和转动速度。

以共设置6个静触点为例，机芯组件设置六个静触点32a、32b、32c、32d、32e、32f相互连通，形成锯齿形状的第1静触点集合，而虚拟触点34位置，同样放置相互联通的静触点32`a、32`b、32`c、32`d、32`e、32`f,，形成第2静触点集合；然后，第1静触点集合和第2静触点集合各与主处理器(CPU或MCU)的两个通用输入输出端口(GPIO)之一联接，形成电路通断检测，进而判断转轮的转动方向、次数和转动速度。在三相结构下，本方案的主处理器仅需要2个GPIO口。而静触点的锯齿数量，根据实际转轮转动次数进行调整。

上述结构的实现方法包括以下步骤：

当主处理器检测到静触点发生切换操作时，主处理器记录静触点导通的顺时针或/或逆时针顺序以及导通次数，直到主处理器检测到轻触开关10被导通时，主处理器执行以下步骤：

主处理器读取到最近一次发生菜单项切换后切换得到的菜单项，将该菜单项记为菜单项0；然后，按静触点导通的顺时针或/或逆时针顺序，以菜单项0为起点，相应的向前或向后读取对应的菜单项，当菜单项切换次数和静触点导通次数相同时，此时定位到的菜单项记为菜单项1，并激活菜单项1，至此实现对菜单项操作的过程。

基于上述结构，即可实现转动与按压组合操作界面的功能，另外，为进一步提高本发明提供的设备的操作体验以及设备工作可靠性，在实际应用中，根据实际需求，还可以进行以下几点改进：

改进1：

本改进主要用于实现当转轮转动时，形成咔哒的转动手感，从而提高用户操作体验。

如图14所示，为转动手感咔嗒声的结构示意图；如图15所示，为图14中J部分的局部放大示意图；在转轮外壳21的内壁还设置有n个转动手感凹槽24；在底壳本体41的内壁固定安装有至少一个转动手感弹片42；转动手感弹片的设置数量，与转轮转动的流畅度有关，转动手感弹片设置数量越多，弹片接触面积越大，摩擦力越大，因此，转动需要力度越大。一般需要3-4个转动手感弹片，均匀分布。转动手感弹片42安装于转动手感弹片凹槽43中；并且，转动手感弹片42与转动手感凹槽24配合；当转轮外壳21在外力作用下旋转时，转动手感弹片42通过依次撞击n个转动手感凹槽24，进而形成咔哒手感；其中，n为自然数。n的数量大于等于动触点转动一圈检测到的静触点导通次数。此外，转动一圈需要的咔哒次数，决定了转轮组件内壁上的转动手感凹槽数量。本示例为18个，与动触点转动一圈检测到的静触点导通次数相同。

如果转轮转动不需要咔哒手感，则不需要转动手感凹槽24与转动手感弹片42这两个结构部件。

改进2：

本改进为：在机芯本体31的底面还设置有插销37；在底壳本体41的上表面设置有插槽47；机芯本体31的插销37插到底壳本体41的插槽47内，进而限制机芯本体31仅能上下运动，不会发生左右倾斜，防止按压表镜的边缘位置而不是中央位置时，带动机芯组件上下运动时，产生跷跷板效应。

改进3：本发明提供的有限空间内实现转动与按压组合操作界面的设备，主要用于操纵可穿戴设备，因此，参考图4，PCB电路板组件60可安装在机芯组件的机芯结构件的PCB电路板支撑架35上面，在图4中，62为PCB电路板屏蔽罩，同时，为了确保PCB电路板组件60上面的触点焊盘与静触点、常联触点的良好接触，PCB电路板组件安装到机芯组件上之后，各触点焊盘处需要用焊锡进行焊接。

根据实际结构和电路设计要求，PCB电路板组件60、电池组件70、喇叭组件80等部件的位置和顺序可以调整，以满足功能和性能要求。为了突出专利核心，某些可穿戴设备所需部件，比如传感器、无线充电线圈、天线等，因与转轮表述无关，在此忽略。

作为一种具体实现方式，在附图中，电池组件70和喇叭组件80以及其他可穿戴设备必须的元器件和结构件，安装在底壳内部。底盖90以螺丝、螺纹、胶粘或者超声焊接等方式固定在底壳的底部。

另外，表镜50可以支持触摸屏51，而触摸屏技术可以是电阻式、电容感应式、红外线式、表面声波式、带力反馈的3D触屏技术等任何技术实现方式，可以与表镜50结合，也可以与显示屏结合(Oncell、Incell等任何技术)，也可以独立于表镜与显示屏63(如果设备支持显示屏)之外。

可穿戴设备可以是有屏或者无屏显示方式。有屏显示的显示屏63支持所有显示技术，包括并不仅限于LED灯阵、LED点阵、液晶段码、OLED、LCD、eINK墨水屏、mirasol屏等。

另外，触摸屏操作、轻触开关按压这两种操作技术可以组合使用，也就是说，轻轻触摸表镜，进行触摸操作，而力度稍大，可以按下表镜，进行确认等操作，此方式手感反馈强烈，用户界面友好。

另外，通过本发明所述的组合式结构实现的人机操作界面(用户界面)，还可以结合语音识别、声纹识别、语音提示、指纹识别等生物识别技术，进一步提升用户界面的操作简易程度与安全性。

由此可见，本发明提供的有限空间内实现转动与按压组合操作界面的机构及方法，通过转轮内壁的动触点与机芯的静触点、常联触点和虚拟触点，实现了转轮转动方向以及转动速度的检测，最终实现了操作界面的功能；另外，利用设备转轮组件与设备底壳组件的内壁，实现了转动手感结构，；又由于集成有轻触(微动)开关，使按压具有清晰的按压手感。好于采用力反馈技术的3D触摸屏技术。

与传统的可穿戴设备需要多个按钮，或者需要触摸屏等方式进行操作的设备相比，本发明通过创新的机械电子结构，采用转动加按压操作用户界面的方式，整个可穿戴设备的外沿就是一个大旋钮转轮，而表镜就是一个大按钮，具有操作直观方便舒适，适合所有人群使用，尤其适用于老人儿童等有视力问题和阅读障碍的人群，以及不能分心的司机等人群使用，具有广泛的应用基础和巨大的实用价值。此外，本发明兼顾了超薄美观与操作方便两个目的，而且几乎不增加硬件成本。

(二)可穿戴设备用微型防摘安全保护电磁锁表扣

本发明提供一种可穿戴设备用微型防摘安全保护电磁锁表扣，用于安装到可穿戴设备的表带，使可穿戴设备具有防摘功能，进而保证可穿戴设备的数据采集连续性和有效性，实现对被防护人员的安全防护作用。其中，可穿戴设备为现有技术中的任意可穿戴设备，包括但不限于普通电子手表、计步手环、智能手表、医疗腕带等设备。

结合图16-图18，电磁锁表扣包括：表扣本体1和锁扣2；电磁锁表扣固定到可穿戴设备表带的方式，可采用注塑、焊接、铆接或链扣等方式，将表扣本体与表带的一个自由端固定，将锁扣与表带的另一个自由端固定，从而通过表扣本体1和锁扣2的锁合作用，实现人体佩戴可穿戴设备的功能。

另外，本发明提供的电磁锁表扣，可灵活采用按扣、搭扣、蝴蝶扣、插扣或对扣等各种结构形式，本发明对此并不限制。

具体的，锁扣2开设有通孔2-1；

表扣本体1包括表扣外壳3；由于表扣本体的核心器件均整合在表扣外壳3的内部，因此，表扣外壳3采用高强度材料制成，可以防止一定程度的暴力拆解，提高电磁锁表扣的锁合防摘功能。

表扣外壳3设置有与锁扣2相适配的锁孔4，锁扣2可插入到锁孔4的孔内；

表扣外壳3的内腔安装有电磁锁锁芯5、电磁线圈6、复位弹簧7、处理器8、接口电路9和供电电池；

其中，电磁锁锁芯5的末端与复位弹簧7的一端固定连接，复位弹簧7的另一端固定到表扣外壳3的内壁；电磁锁锁芯5的外部套设电磁线圈6，电磁线圈6的供电引脚连接到处理器8的供电输出控制接口；处理器8的供电输入接口与供电电池连接；处理器8通过控制供电输出控制接口的通断电状态，进而控制电磁线圈6的通断电状态；当电磁线圈6断电时，复位弹簧7向电磁锁锁芯5施加复位弹力，使电磁锁锁芯5插入到位于锁孔4的锁扣2通孔2-1中，实现上锁；当电磁线圈6通电时，电磁线圈6向电磁锁锁芯5产生吸合力，并且，该吸合力大于复位弹簧7的压缩力，因此，使电磁锁锁芯5压缩复位弹簧7而向相反方向运动，进而使电磁锁锁芯5运动到锁扣2的通孔2-1外部，实现开锁。

通过对本发明提供的电磁锁表扣的上述结构进行分析，可以看出，电磁锁表扣采用常闭方式工作，即：如果电磁锁表扣被故意断电、或者供电中断，例如，可穿戴设备电量耗尽时，电磁锁表扣在复位弹簧的作用下，使电磁锁锁芯和锁扣扣合，实现断电时自动回弹上锁功能，直到恢复供电并用正确密码和开锁指令开锁，方能打开。因此，有效保证电磁锁表扣不会被随意打开，从而保证老人、儿童、犯人、病人等特定人群不会随便取下所佩戴的可穿戴设备。

在上述结构的基础上，本发明还可以进行以下附属改进，从而从不同角度扩展电磁锁表扣的功能：

(1)处理器8还与接口电路9连接，接口电路9为通信接口电路，包括I2C总线、SPI接口、并口、串行接口、WI-FI接口或蓝牙通信接口等。处理器通过接口电路9与设置于可穿戴设备等的上位机或其他远程服务器双向通信，实现授权范围的开锁和上锁功能，例如，当上位机接收到用户输入的开锁指令时，上位机首先通过密码或指纹、虹膜、心跳、声纹等生物特征，对用户身份进行验证，如果验证通过，则向处理器下发开锁指令，处理器在接收到来自上位机的开锁指令后，打开微型电磁锁表扣；然后，用户可以取下可穿戴设备。而当用户佩戴好可穿戴设备，当需要上锁时，上位机向处理器发送上锁指令，处理器再使电磁锁表扣上锁，防止用户随便取下可穿戴设备。

(2)表扣外壳3采用铁材料，同时可作为电磁线圈6的轭铁，进而增强电磁线圈6的吸合力，实现上锁的牢固性。

(3)表扣外壳3的内部还安装有用于扩展可穿戴设备功能的扩展功能单元；和/或扩展功能单元为传感器部件、执行器部件或收发器部件。

具体的，当上位机因空间限制和技术原因而无法使用某些传感器、执行器或低功耗收发器时，例如，传感器(sensor)包括并不仅限于音频、光学、红外、紫外、加速度、角动量、重力、地磁、温湿度、气压、气体、光感、指纹、心跳、血压、血糖等；执行器包括并不仅限于磁簧、微泵等；低功耗收发器(RF tranceiver)包括并不仅限于BT、WIFI等时，可以在电磁锁表扣内部扩展相应的功能器件，扩展可穿戴设备的功能，而不必改动可穿戴设备本体结构。

(4)电磁锁表扣的外壳、锁芯和控制接口等、均支持三防设计，防止使用时液体的渗入，造成设备损坏，延长电磁锁表扣使用寿命。

本发明还提供一种可穿戴设备用微型防摘安全保护方法，包括以下步骤：

步骤1，可穿戴设备固定有表带，该表带具有第1自由端和第2自由端；将表扣本体1固定到第1自由端，将锁扣2固定到第2自由端；

步骤2，可穿戴设备自身配置有上位机；表扣本体1配置有处理器；

处理器通过接口电路9与上位机进行双向通信，进而实现可穿戴设备防摘功能，具体包括：

步骤2.1，当人体佩戴完成可穿戴设备，需要进行上锁操作时，上位机接收用户输入的携带有身份验证信息的上锁指令；

步骤2.2，上位机对接收到的身份验证信息进行身份验证，判断该上锁指令是否来自合法授权用户，如果通过身份验证，则执行步骤2.3；

步骤2.3，上位机向处理器发送上锁指令；

步骤2.4，当处理器上电时，处理器接收到来自上位机的上锁指令；然后，处理器通过控制供电输出控制接口，进而使电磁线圈6断电；当电磁线圈6断电时，复位弹簧7向电磁锁锁芯5施加复位弹力，使电磁锁锁芯5插入到位于锁孔4的锁扣2通孔2-1中，实现上锁；

步骤2.5，当需要从人体摘下可穿戴设备，即需要进行开锁操作时，上位机接收用户输入的携带有身份验证信息的开锁指令；

步骤2.6，上位机对接收到的身份验证信息进行身份验证，判断该开锁指令是否来自合法授权用户，如果通过身份验证，则执行步骤2.7；

步骤2.7，上位机向处理器发送开锁指令；

步骤2.8，当处理器上电时，处理器接收到来自上位机的开锁指令；然后，处理器通过控制供电输出控制接口，进而使电磁线圈6通电；当电磁线圈6通电时，电磁线圈6向电磁锁锁芯5产生吸合力，并且，该吸合力大于复位弹簧7的压缩力，因此，使电磁锁锁芯5压缩复位弹簧7而向相反方向运动，进而使电磁锁锁芯5运动到锁扣2的通孔2-1外部，实现开锁。

还包括：

1)在电磁锁表扣为上锁状态下，如果发生意外断电状况，则由于电磁锁表扣通过复位弹簧的弹力而继续保持上锁状态；

在电磁锁表扣为开锁状态下，如果发生意外断电状况，则电磁线圈6的吸合作用消失，复位弹簧自动回弹上锁；

2)处理器设置有本地开锁功能，即：处理器存本地保存开锁密码，此密码可以由合法指令进行修改，并且，为提高密码使用的安全性，此密码经过安全方式加密保存，无法通过无损方式破解。如果处理器接收到用户输入的正确的开锁密码，则处理器执行开锁操作；

此外，处理器设置有锁死功能，即：当处理器接收到用户输入的错误开锁密码次数超过预设极大值时，处理器启动锁死功能，禁止用户再次尝试输入开锁密码；只有当处理器上电复位后，才会允许用户继续尝试输入开锁密码；

3)处理器设置有远程开锁功能，即：当处理器接收到远端服务器通过网络发送的开锁指令时，处理器执行开锁操作；

4)处理器设置有复位功能，即：处理器连接有复位端口；当处理器通过复位端口接收到复位信号时，处理器同时执行以下操作：a处理器向上位机发送电磁锁扣复位的通知消息；b处理器执行开锁操作；c处理器将本地保存的开锁密码恢复到缺省密码；d处理器记录复位次数，当达到允许的最大复位次数后，电磁锁扣永久上锁；

5)处理器设置有休眠功能，以节省电力，使电磁锁表扣具备超低待机功耗，保证电磁锁表扣长时间工作，具体的，处理器在设定时间间隔未收到来自上位机的交互消息时，处理器进入休眠省电状态，直到上位机发出任意命令，唤醒处理器，处理器才进入到工作状态；

6)处理器和上位机支持心跳探测功能，即：上位机每隔一定时长，该时长可任意设置，向处理器发送心跳探测命令，并判断是否在设定时间内，接收到处理器返回的心跳响应消息，如果接收到，则上位机得出电磁锁扣状态正常的结论；如果未接收到，则上位机得出电磁锁扣状态异常的结论，并启动应急措施，此处，电磁锁扣状态异常的可能原因，包括人为剪断可穿戴设备表带的事件发生。

综上所述，本发明提供的可穿戴设备用微型防摘安全保护电磁锁表扣及保护方法具有以下优点：

(1)电磁锁扣支持必备的安全措施，防止被随意破解、复位或者断电破坏。例如，当将电磁锁表扣安装到可穿戴设备表带并上锁后，只有授权人员采用遥控或本地方式，才能打开电磁锁表扣，取下可穿戴设备；否则，既使电磁锁表扣被人为断电，或者，既使电磁锁表扣的电池能源被耗尽时，电磁锁表扣仍然继续保持上锁状态，仍然无法取下可穿戴设备，从而有效的保证了可穿戴设备的数据采集连续性和有效性，实现对被防护人员的安全防护作用；

(2)本电磁锁表扣的机械和电子部分经过创新设计，解决了轭铁、衔铁、铁芯、线圈和锁扣等机械部件的微型化问题，并在内部留出了控制电路、传感器、执行器或收发器的安装空间，在确保安全牢固和三防的前提下，扩展了电磁锁表扣的功能，而不必改动可穿戴设备本体结构。

(3)电磁锁表扣具有体积小以及功耗低的优点，是一种专门针对可穿戴设备表带开发的微型化的电磁锁表扣。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。