一种基于SPI总线的模块化智能手表的制作方法

本实用新型涉及智能手表技术领域，尤其涉及一种基于SPI总线的模块化智能手表。

背景技术：

本项研究工作得到了中国国家自然科学基金资助(项目批准号：61571268)。

随着电子技术的不断进步，近年来智能手环/手表行业发展迅速，各种类型的智能手环/手表得以产生，比如小米手环、微软手环、Jawbone UP等；而这些手环基本都是一次成型的的环状件，功能在出厂之前就已经完全设定好，不管是样式还是功能都比较单一，然而不同的用户对智能手环/手表的功能需求不尽相同，因此设计一款可以进行个性化定制的智能手环/手表能够获得用户的青睐。中国专利文献CN201520193923.3公开了一种可以进行个性化定制的模块化手环，通过一个手环带将手环功能组件镶嵌在里面，在手环带内设置电路，手环功能组件通过触点和手环带内的电路相连，但是该手环的尺寸偏大，电路实现复杂。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种基于SPI总线的模块化智能手表，有效地解决了模块化智能手表各个模块之间的通信和控制问题，在实现智能手表的可扩展性和可定制性的基础上还缩小智能手表的尺寸、精简电路且控制简便。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型公开了一种基于SPI总线的模块化智能手表，包括主模块和至少一个功能模块，所述主模块与所述功能模块之间或所述功能模块与所述功能模块之间通过SPI总线连接。

优选地，所述主模块和至少一个所述功能模块上分别设有至少一个连接单元，所述主模块与所述功能模块之间或所述功能模块与所述功能模块之间通过所述连接单元固定连接。

优选地，所述主模块和所述功能模块上的SPI总线的接口均设置在相应的所述连接单元处。

优选地，所述连接单元是插接结构、卡扣结构或按扣结构；所述连接单元具有锁紧结构。

优选地，所述连接单元上设有旋转轴和/或防水结构。

优选地，所述主模块包括电源模块和主控制器，所述电源模块与所述主控制器连接，所述主控制器与至少一个所述功能模块通过SPI总线连接。

优选地，所述主模块还包括显示模块、按键模块、振动模块和存储模块，其中所述显示模块、所述按键模块、所述振动模块和所述存储模块分别与所述主控制器连接。

优选地，所述功能模块包括具有SPI接口的第一传感器。

优选地，所述功能模块包括第二传感器和具有SPI接口的微控制器，所述第二传感器与所述微控制器连接。

优选地，至少一个所述功能模块包括能够实现心搏或脉搏检测的心电检测传感器功能模块、测量体温的体温传感器功能模块、运动检测功能模块、定位穿戴着智能手表的人的位置的定位功能模块、检测环境参数的环境检测传感器功能模块、用于完成支付功能的近场支付功能模块、显示所述检测结果的显示器功能模块、可进行无线传输的无线通信功能模块、辅助提供电能的副电池功能模块、测量步数的计步功能模块、测量卡路里的功能模块中的一种或多种。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型的基于SPI总线的模块化智能手表包括主模块和至少一个功能模块，其中主模块与功能模块之间或功能模块与功能模块之间通过SPI总线连接，无需再将连接电路设置在模块之外的结构当中，直接将各个模块连接起来就构成智能手表，从而在实现智能手表的可扩展性和可定制性的基础上还缩小智能手表的尺寸、精简电路且控制简便。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例的智能手表的结构框图；

图2是本实用新型优选实施例的智能手表的原理示意图；

图3是本实用新型优选实施例的一种功能模块的结构示意图；

图4是本实用新型优选实施例的另一种功能模块的结构示意图；

图5是本实用新型优选实施例的功能模块的连接单元为按扣结构的示意图；

图6是本实用新型优选实施例的功能模块的连接单元为插接机构的示意图；

图7是图6中的插头结构的具体示意图。

具体实施方式

下面对照附图并结合优选的实施方式对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，是本实用新型优选实施例的基于SPI总线的模块化智能手表的结构框图，智能手表包括主模块组件1和功能模块组件2，主模块组件1与功能模块组件2之间通过SPI总线连接。主模块组件1包括主控制器11、电源模块12、显示模块13、按键模块14、振动模块15和存储模块16，其中主控制器11包括微控制器/微处理器以及低功耗蓝牙，主控制器11与功能模块组件2之间通过SPI总线连接，电源模块12、显示模块13、按键模块14、振动模块15和存储模块16分别与主控制器11连接。其中电源模块12包括充电器121、锂电池122和稳压器123，显示模块13采用OLED显示屏或LCD显示屏，振动模块15采用振动马达，存储模块16采用闪存。

SPI总线包括数据线、时钟信号线和片选信号线，其中全双工模式下数据线有两条，称为四线SPI，四线SPI总线由片选信号线SS_n、串行时钟信号线Sclk、主出从入数据线MOSI(Master Output Slave Input)和主入从出数据线MISO(Master Input Slave Output)构成。如图2所示，智能手表的主控制器11是SPI总线上的主设备，负责与多个功能模块21的通信以及根据功能模块21传输过来的数据进行分析、整合和处理；而功能模块21是SPI总线的从设备。将主控制器11(主设备)上的串行时钟信号线Sclk、主入从出数据线MISO、主出从入线MOSI引出分别与各个功能模块21(从设备)上的Sclk线、MISO线、MOSI线相连，功能模块21(从设备)上的片选SS_n线分别独占主控制器11(主设备)上的一条通用I/O引脚，由主控制器11控制选通与它们建立通信。通信是通过数据交换完成的，由于SPI是串行通讯协议，所以它的数据是一位一位的传输的；数据输出通过MOSI线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取完成一位数据传输，输入也使用同样原理；时钟信号线Sclk只由主设备控制，从设备不能控制信号线；当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据，也就是说，主设备通过对时钟信号线Sclk的控制可以完成对通讯的控制。

功能模块组件2包括多个功能模块21，其中功能模块21的结构可以是如图3或图4中的一种。如图3所示，功能模块21包含具有SPI接口的第一传感器211，且在功能模块21的两端分别设有连接公头212和连接母头213，连接公头212和连接母头213上分别设有由第一传感器211引出的SPI接口；如图4所示，功能模块21包含不具有SPI接口的第二传感器214和具有SPI接口的微控制器215，第二传感器214和微控制器215连接，该功能模块21的两端也同样设有连接公头212和连接母头213，连接公头212和连接母头213上分别设有由微控制器215引出的SPI接口。其中连接公头212和连接母头213可以是插扣结构、卡扣结构或按扣结构，用于各个模块之间的固定连接，不仅可以实现功能模块21与功能模块21之间的固定连接，也可以实现功能模块21与主控制器11之间的固定连接。具体地，通过一个功能模块21的连接公头212上设有的5个金属针插入到另一个功能模块21的连接母头213设有的5个金属孔内实现两个功能模块21的电气连接。在同一个功能模块21中，连接公头212的金属针和连接母头213的金属孔之间有导线连接，从左往右依次是电源线VCC、Sclk线、MISO线、MOSI线、接地线GND；其中在连接公头212的金属针和连接母头213的金属孔之间的导线上连接具有相应功能的传感器。

具体地，在一种实施例中，功能模块21的两端的连接公头212和连接母头213采用相互配合的按扣结构，如图5所示，连接公头212上具体包括金属针2121、旋转轴2122和防水结构2123，连接母头213上具体包括金属孔2131、绝缘材料层2132、旋转轴2133和防水结构2134；其中在将连接公头212与连接母头213连接时，连接公头212的金属针2121插入到金属孔2131中实现电气连接，绝缘材料层2132起到防止短路的作用。而在连接公头212和连接母头213上分别设置旋转轴2122和旋转轴2133，可以让各个功能模块21的端头实现旋转功能，即可以让各个功能模块21绕智能手表的宽度方向旋转，让用户佩戴时可以根据手型进行调整而更加舒适；在连接公头212和连接母头213上分别设置防水结构2123和防水结构2134，可以让连接公头212和连接母头213的固定连接处具有防水功能，有效起到防水作用，使得在运动、洗澡时也能佩戴。

在另一种实施例中，功能模块21两端的连接公头212和连接母头213采用相互配合的插接结构，如图6所示，其中连接公头212采用插头结构，连接母头213采用插座结构，连接公头212上设有旋转轴2122，连接母头213上设有旋转轴2133。其中连接公头212的插头结构的具体结构如图7所示，其中导线2167一端口连接电源线VCC，另一端口引至区域2161处；导线2168一端口连接Sclk线，另一端口引至区域2162处；导线2169一端口连接MISO线，另一端口引至区域2163处；导线2170一端口连接MOSI线，另一端口引至区域2164处；导线2171一端口连接接地线GND线，另一端口引至区域2165处；区域2161、2162、2163、2164、2165为环状均匀导通区域，引线时可连接至任意区域，绝缘环2166的作用在于防止不同的接线端口短路，防水结构2123的作用是防止水进入表链造成短路。

其中主模块组件1两端的连接单元的结构也可以采用上述两种功能模块21的任一种具体结构，从而可以具体实现主控制器11与功能模块21之间的电气连接、防止短路、防水处理、旋转等功能。

在另外的实施例中，功能模块21和主模块组件11也可以采用柔性材料制成，也同样可以让用户佩戴时根据手型进行调整而更加舒适。

更进一步地，功能模块21中的数字传感器分为以下两种情况：(1)如图3所示的具有SPI接口的第一传感器211，通过将第一传感器211的Sclk接口连到连接公头212和连接母头213上的Sclk线、MISO接口连到连接公头212和连接母头213上的MISO线、MOSI接口连到连接公头212和连接母头213上的MOSI线、电源接口连到连接公头212和连接母头213上的电源线VCC，第一传感器211的片选线接口和接地线接口都连到连接公头212和连接母头213上的接地线GND上；其中把第一传感器211的片选线接口接到接地线上GND，因为片选接口为低电平有效，在功能模块21接上时，将第一传感器211上的片选接口连到接地线GND，这样第一传感器211就被连通，可以开始进行工作，使得主控器器11就不需要每连一个功能模块21就引一条片选控制线出来，极大地减少了电路的复杂程度。(2)如图4所示的不具有SPI接口的第二传感器214，这种情况就要在功能模块21上多添加一个微控制器215以提供SPI接口，SPI接口的连线方式与前一种情况一样，微控制器215通过I/O引脚来控制第二传感器214，微控制器215读取传感器采集的数据，并且通过SPI总线与主控制器11完成通信与控制。

本实用新型的智能手表的各个模块通过SPI总线连接，可以根据需要对功能模块进行扩展或添加，当需要添加功能模块时，只需要把添加的功能模块上的Sclk线、MISO线、MOSI线和片选信号线SS_n对应地连到SPI总线上就可以实现通信了，实现了智能手表的可扩展性；另一方面，用户可以根据不同的需求更换不同的功能模块，功能模块可以是能够实现心搏或脉搏检测的心电检测传感器功能模块、测量体温的体温传感器功能模块、运动检测功能模块、定位穿戴着智能手表的人的位置的定位功能模块、检测环境参数的环境检测传感器功能模块、用于完成支付功能的近场支付功能模块、显示所述检测结果的显示器功能模块、可进行无线传输的无线通信功能模块、辅助提供电能的副电池功能模块、测量步数的计步功能模块、测量卡路里的功能模块等等，比如，在智能手表的电量不够用时可以添加一个副电池功能模块，在雾霾很严重的时候可以添加一个可以检测PM2.5的PM2.5检测模块，在运动的时候想要检测自己的运动参数就可以添加一个能检测运动参数的运动检测模块以计算出自己的步数、心率等参数，在想要检测自己是否有心血管疾病隐患的时候，则可以添加一个能检测心电参数的心电检测传感器功能模块等等，实现了智能手表的可定制性。而且，使用SPI总线对各个模块进行通信和控制传输速度很快(可以达到5Mbps以上)，占用端口比较少，电路很精简，无需再将连接电路设置在模块之外的结构当中，精简了智能手表的结构，从而可以缩小智能手表的尺寸。

本实用新型公开的智能手表的结构和连接方式同样适用于其他智能可穿戴设备。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。