智能硬件需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)范例一、引言這份需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)圍繞智能健康手環(huán)（以下簡(jiǎn)稱“手環(huán)”）的開(kāi)發(fā)需求展開(kāi)，為項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、測(cè)試及驗(yàn)收環(huán)節(jié)提供清晰指引，確保產(chǎn)品功能與性能符合市場(chǎng)定位與用戶期望。文檔覆蓋硬件架構(gòu)、軟件功能、接口設(shè)計(jì)、非功能需求等核心內(nèi)容，適用于研發(fā)團(tuán)隊(duì)、測(cè)試人員、產(chǎn)品經(jīng)理及合作供應(yīng)商參考。二、產(chǎn)品概述1.產(chǎn)品定位手環(huán)面向健身愛(ài)好者、亞健康人群及職場(chǎng)人士，以“輕量化健康管理”為核心，通過(guò)多維度傳感器實(shí)時(shí)采集生理與運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，結(jié)合算法分析提供個(gè)性化健康建議、運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，輔助用戶建立科學(xué)的生活方式。2.目標(biāo)用戶健身人群：監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、卡路里消耗，優(yōu)化訓(xùn)練計(jì)劃；亞健康人群：跟蹤睡眠質(zhì)量、心率變異性，預(yù)警疲勞/壓力風(fēng)險(xiǎn)；職場(chǎng)人士：久坐提醒、消息聚合提醒，平衡工作與健康。3.典型應(yīng)用場(chǎng)景日常監(jiān)測(cè)：24小時(shí)心率、血氧、睡眠監(jiān)測(cè)，生成日/周健康報(bào)告；運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景：識(shí)別跑步、游泳、騎行等8種運(yùn)動(dòng)模式，實(shí)時(shí)顯示配速、步頻、運(yùn)動(dòng)軌跡；應(yīng)急預(yù)警：心率驟升/驟降、血氧過(guò)低時(shí)，手環(huán)震動(dòng)+APP推送警告，支持緊急聯(lián)系人一鍵呼救；生活輔助：來(lái)電/短信/社交軟件消息提醒，久坐提醒（每小時(shí)提醒起身活動(dòng)）。三、功能需求1.核心功能模塊（1）健康數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)心率監(jiān)測(cè)：靜息狀態(tài)下每5分鐘采集1次數(shù)據(jù)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下實(shí)時(shí)采集（頻率10Hz）；精度要求：與專業(yè)醫(yī)療設(shè)備對(duì)比，誤差≤±2次/分鐘；異常預(yù)警：心率持續(xù)超過(guò)180次/分鐘（運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景）或低于40次/分鐘（靜息場(chǎng)景）時(shí)，手環(huán)震動(dòng)并推送警告至APP，同時(shí)記錄異常時(shí)段的心率曲線。睡眠監(jiān)測(cè)：自動(dòng)識(shí)別入睡/清醒狀態(tài)，區(qū)分深睡、淺睡、REM（快速眼動(dòng)）睡眠階段；支持手動(dòng)標(biāo)記“午睡”“小憩”，生成睡眠質(zhì)量報(bào)告（包含入睡時(shí)間、清醒次數(shù)、深睡占比等），并給出改善建議（如“深睡占比低于20%，建議增加睡前冥想”）。血氧監(jiān)測(cè)：支持手動(dòng)觸發(fā)（單次監(jiān)測(cè)）和定時(shí)監(jiān)測(cè)（每2小時(shí)一次）；精度要求：與專業(yè)設(shè)備對(duì)比，誤差≤±3%；低血氧預(yù)警：血氧值≤90%時(shí)，手環(huán)震動(dòng)提醒，APP同步推送預(yù)警信息。（2）運(yùn)動(dòng)模式與分析模式識(shí)別：自動(dòng)識(shí)別跑步、游泳、騎行、登山、橢圓機(jī)、跳繩、瑜伽、力量訓(xùn)練8種運(yùn)動(dòng)模式；切換響應(yīng)時(shí)間≤2秒（從運(yùn)動(dòng)開(kāi)始到模式識(shí)別完成）。運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)記錄：記錄運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)、距離（跑步/騎行）、卡路里消耗、平均心率、運(yùn)動(dòng)軌跡（需連接手機(jī)GPS）；運(yùn)動(dòng)結(jié)束后生成“運(yùn)動(dòng)效果報(bào)告”，分析運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度（如“本次跑步屬于高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練，建議補(bǔ)充蛋白質(zhì)”）。（3）健康報(bào)告與建議每日生成“健康日?qǐng)?bào)”，匯總心率、睡眠、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，用通俗易懂的語(yǔ)言解讀（如“今日深睡時(shí)長(zhǎng)2小時(shí)，達(dá)到日均建議的50%，繼續(xù)保持！”）；每周生成“健康周報(bào)”，對(duì)比歷史數(shù)據(jù)，分析趨勢(shì)（如“本周靜息心率下降3次/分鐘，壓力水平降低，健康狀態(tài)改善”）；支持用戶設(shè)置“健康目標(biāo)”（如“每周運(yùn)動(dòng)150分鐘”“日均步數(shù)8000”），系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤進(jìn)度并給予激勵(lì)（如“已完成本周運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的80%，加油！”）。2.輔助功能模塊消息提醒：支持手機(jī)來(lái)電、短信、微信、釘釘?shù)?0+款主流應(yīng)用的消息提醒，可自定義提醒優(yōu)先級(jí)（如“僅重要聯(lián)系人來(lái)電提醒”）；久坐提醒：默認(rèn)每60分鐘提醒一次（可自定義時(shí)間間隔），提醒方式為震動(dòng)+屏幕顯示“起身活動(dòng)”；個(gè)性化設(shè)置：用戶可自定義屏幕壁紙、提醒鈴聲（內(nèi)置5種可選）、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)、監(jiān)測(cè)頻率等參數(shù)。四、非功能需求1.性能需求續(xù)航能力：典型使用場(chǎng)景（心率每5分鐘監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)模式每日1小時(shí)、消息提醒10次/天）下，續(xù)航≥7天；極限續(xù)航（僅開(kāi)啟時(shí)間顯示）≥15天；充電效率：使用5V/1A充電器，充電30分鐘電量≥40%，充滿電時(shí)間≤2小時(shí)；響應(yīng)速度：屏幕點(diǎn)亮響應(yīng)時(shí)間≤0.5秒，功能菜單切換響應(yīng)時(shí)間≤1秒，運(yùn)動(dòng)模式識(shí)別響應(yīng)時(shí)間≤2秒。2.可靠性需求環(huán)境適應(yīng)性：工作溫度范圍-10℃~45℃，濕度范圍5%~95%（無(wú)凝結(jié)）；存儲(chǔ)溫度范圍-20℃~60℃；防水防塵：防水等級(jí)IP68（可在1.5米水深浸泡30分鐘，浸泡后功能正常），防塵等級(jí)6級(jí)（完全防止灰塵侵入）；機(jī)械可靠性：表帶與主體連接處可承受5000次彎折（彎折角度90°），屏幕防刮（莫氏硬度6級(jí)以上），按鍵壽命≥10萬(wàn)次按壓。3.兼容性需求手機(jī)系統(tǒng)：支持Android6.0及以上版本、iOS10.0及以上版本；藍(lán)牙版本：兼容藍(lán)牙4.2及以上版本（優(yōu)先使用藍(lán)牙5.0協(xié)議以降低功耗）；第三方服務(wù)：支持接入微信運(yùn)動(dòng)、AppleHealth、華為運(yùn)動(dòng)健康等主流健康平臺(tái)，數(shù)據(jù)同步延遲≤5分鐘。4.安全性需求隱私保護(hù)：默認(rèn)關(guān)閉“運(yùn)動(dòng)軌跡分享”功能，需用戶手動(dòng)開(kāi)啟；APP端提供“數(shù)據(jù)刪除”選項(xiàng)，支持用戶自主刪除歷史數(shù)據(jù)；權(quán)限管理：APP僅在用戶授權(quán)下訪問(wèn)手機(jī)傳感器（如GPS）、通訊錄（緊急聯(lián)系人），權(quán)限申請(qǐng)需明確說(shuō)明用途（如“訪問(wèn)GPS以記錄運(yùn)動(dòng)軌跡”）。五、硬件設(shè)計(jì)需求1.硬件架構(gòu)采用“主控芯片+傳感器模組+通信模塊+電源管理”的分層架構(gòu)，各模塊通過(guò)SPI/I2C/UART接口通信（硬件框圖可根據(jù)實(shí)際需求補(bǔ)充，此處文字描述：主控芯片為核心，連接心率/血氧傳感器、加速度計(jì)/陀螺儀、藍(lán)牙模塊、電源管理芯片、屏幕驅(qū)動(dòng)芯片、按鍵電路、充電電路等）。2.核心組件選型主控芯片：STM32H743VIT6（Cortex-M7內(nèi)核，主頻480MHz，F(xiàn)lash2MB，RAM1MB，支持低功耗模式）；傳感器模組：心率/血氧傳感器：MAX____（集成紅光、紅外光LED，支持心率、血氧檢測(cè)，功耗低）；運(yùn)動(dòng)傳感器：BMI270（6軸加速度計(jì)+陀螺儀，支持運(yùn)動(dòng)模式識(shí)別、計(jì)步、姿態(tài)檢測(cè)）；通信模塊：nRF____（藍(lán)牙5.0，支持BLE，傳輸距離≥10米，功耗低）；電源管理：IP5306（集成充電管理、放電管理、電量計(jì)，支持5V/1A充電，5V/1A放電）；屏幕：1.3英寸TFT彩屏（分辨率240×240，亮度≥300nit，支持觸摸操作）；電池：200mAh鋰聚合物電池（能量密度≥600Wh/L，循環(huán)壽命≥500次）。3.外設(shè)接口設(shè)計(jì)充電接口：Type-C接口（支持正反插，充電協(xié)議兼容USBPD2.0）；按鍵：2個(gè)物理按鍵（電源鍵：長(zhǎng)按3秒開(kāi)機(jī)/關(guān)機(jī)，短按點(diǎn)亮屏幕；功能鍵：短按切換菜單，長(zhǎng)按進(jìn)入設(shè)置）；傳感器接口：心率/血氧傳感器（I2C接口，地址0x67）、運(yùn)動(dòng)傳感器（I2C接口，地址0x68）；調(diào)試接口：預(yù)留SWD調(diào)試接口（用于固件燒錄、調(diào)試）。六、軟件設(shè)計(jì)需求1.軟件架構(gòu)采用“驅(qū)動(dòng)層+系統(tǒng)層+應(yīng)用層”的分層架構(gòu)，各層職責(zé)明確：驅(qū)動(dòng)層：實(shí)現(xiàn)硬件外設(shè)的底層驅(qū)動(dòng)（如傳感器驅(qū)動(dòng)、屏幕驅(qū)動(dòng)、藍(lán)牙驅(qū)動(dòng)），向上提供標(biāo)準(zhǔn)化接口；系統(tǒng)層：基于FreeRTOS操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理、低功耗管理；應(yīng)用層：包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、通信、UI、設(shè)置等模塊，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能。2.操作系統(tǒng)與中間件操作系統(tǒng)：FreeRTOSV10.4.3（支持任務(wù)優(yōu)先級(jí)調(diào)度、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)、低功耗模式，RAM占用≤50KB）；中間件：藍(lán)牙協(xié)議棧：NordicSoftDeviceS140（支持BLE5.0，支持GATT服務(wù)器/客戶端模式）；文件系統(tǒng)：LittleFS（輕量級(jí)文件系統(tǒng)，支持掉電保護(hù)，占用Flash≤100KB）；算法庫(kù)：CMSIS-DSP（數(shù)字信號(hào)處理庫(kù)，用于心率濾波、運(yùn)動(dòng)模式識(shí)別）。3.應(yīng)用層功能模塊（1）數(shù)據(jù)采集模塊定時(shí)采集心率、血氧、運(yùn)動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)，采樣率可配置（如靜息時(shí)心率采樣率1Hz，運(yùn)動(dòng)時(shí)10Hz）；數(shù)據(jù)預(yù)處理：對(duì)原始傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波（如卡爾曼濾波）、去噪，減少干擾。（2）數(shù)據(jù)處理模塊運(yùn)動(dòng)模式識(shí)別：基于加速度計(jì)、陀螺儀數(shù)據(jù)，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法（如隨機(jī)森林）識(shí)別8種運(yùn)動(dòng)模式；健康指標(biāo)分析：計(jì)算心率變異性（HRV）、睡眠階段、卡路里消耗等指標(biāo)，算法精度需通過(guò)臨床驗(yàn)證（如HRV分析誤差≤5%）；異常檢測(cè)：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)心率、血氧異常，觸發(fā)預(yù)警邏輯。（3）通信模塊藍(lán)牙通信：與手機(jī)APP建立BLE連接，支持?jǐn)?shù)據(jù)同步（健康數(shù)據(jù)、運(yùn)動(dòng)記錄）、命令下發(fā)（如OTA升級(jí)、參數(shù)設(shè)置）；數(shù)據(jù)同步策略：Wi-Fi環(huán)境下自動(dòng)同步，非Wi-Fi環(huán)境下手動(dòng)觸發(fā)同步，同步失敗自動(dòng)重試（最多3次）。（4）UI模塊主界面：顯示時(shí)間、步數(shù)、心率（或血氧）、電量；菜單界面：包含“健康”“運(yùn)動(dòng)”“消息”“設(shè)置”等子菜單，支持滑動(dòng)/點(diǎn)擊操作；預(yù)警界面：異常發(fā)生時(shí)彈出全屏警告（如“心率過(guò)高！請(qǐng)減速”），顯示當(dāng)前心率值、建議措施。（5）設(shè)置模塊系統(tǒng)設(shè)置：調(diào)整屏幕亮度、震動(dòng)強(qiáng)度、提醒鈴聲、監(jiān)測(cè)頻率等；賬戶設(shè)置：綁定/解綁手機(jī)、設(shè)置緊急聯(lián)系人、管理數(shù)據(jù)權(quán)限；升級(jí)設(shè)置：檢查更新、手動(dòng)觸發(fā)升級(jí)、查看版本信息。七、接口需求1.外部接口（1）藍(lán)牙接口協(xié)議：BLE5.0，支持GATT協(xié)議；服務(wù)：自定義“健康數(shù)據(jù)服務(wù)”（包含心率、血氧、睡眠特征值）、“運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)服務(wù)”（包含運(yùn)動(dòng)模式、軌跡特征值）、“設(shè)備管理服務(wù)”（包含OTA、設(shè)置特征值）；數(shù)據(jù)格式：健康數(shù)據(jù)采用JSON格式（如`{"heartRate":75,"spo2":98,"sleepStage":"deep","timestamp":"____08:00:00"}`），運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)包含經(jīng)緯度、時(shí)間戳、運(yùn)動(dòng)模式等。（2）充電接口協(xié)議：USBPD2.0（兼容QC2.0/3.0）；功能：充電、固件升級(jí)（通過(guò)Type-C接口燒錄固件，備用升級(jí)方式）。2.內(nèi)部接口（1）傳感器與主控接口心率/血氧傳感器：I2C接口，速率400kHz，寄存器地址0x00~0xFF，支持讀取原始數(shù)據(jù)、配置采樣率；運(yùn)動(dòng)傳感器：I2C接口，速率1MHz，支持FIFO（先入先出）緩存，可配置中斷觸發(fā)（如運(yùn)動(dòng)檢測(cè)中斷、計(jì)步中斷）。（2）通信模塊與主控接口藍(lán)牙模塊：UART接口，波特率____，數(shù)據(jù)位8，停止位1，無(wú)校驗(yàn)；通信協(xié)議：自定義AT指令集（如`AT+DATA?`查詢數(shù)據(jù)，`AT+OTA=1`觸發(fā)升級(jí)）。八、測(cè)試需求1.功能測(cè)試（1）健康監(jiān)測(cè)功能心率監(jiān)測(cè)：在靜息（靜坐5分鐘）、運(yùn)動(dòng)（跑步30分鐘）、異常（心率帶模擬異常數(shù)據(jù)）場(chǎng)景下，與專業(yè)醫(yī)療設(shè)備（如心電圖機(jī)、血氧儀）對(duì)比，誤差≤±2次/分鐘（心率）、≤±3%（血氧）；睡眠監(jiān)測(cè)：邀請(qǐng)20名志愿者進(jìn)行睡眠測(cè)試，與多導(dǎo)睡眠圖（PSG）對(duì)比，睡眠階段識(shí)別準(zhǔn)確率≥85%，入睡時(shí)間誤差≤15分鐘；運(yùn)動(dòng)模式識(shí)別：模擬8種運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景（每種場(chǎng)景測(cè)試20次），識(shí)別準(zhǔn)確率≥90%，模式切換響應(yīng)時(shí)間≤2秒。（2）輔助功能消息提醒：測(cè)試10+款主流應(yīng)用（微信、釘釘、短信等），提醒延遲≤3秒，漏提醒率為0；OTA升級(jí)：模擬低電量（20%）、弱藍(lán)牙信號(hào)（-80dBm）場(chǎng)景下升級(jí)，升級(jí)成功率≥95%，升級(jí)后功能正常；個(gè)性化設(shè)置：修改屏幕壁紙、提醒鈴聲、監(jiān)測(cè)頻率等參數(shù)，設(shè)置后立即生效，重啟后參數(shù)保留。2.性能測(cè)試?yán)m(xù)航測(cè)試：在典型場(chǎng)景下（心率每5分鐘監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)1小時(shí)/天、消息提醒10次/天），連續(xù)使用至電量≤5%，續(xù)航時(shí)間≥7天；充電測(cè)試：從電量0%開(kāi)始充電，記錄30分鐘、1小時(shí)、2小時(shí)的電量，30分鐘≥40%，2小時(shí)內(nèi)充滿；響應(yīng)速度測(cè)試：屏幕點(diǎn)亮、菜單切換、運(yùn)動(dòng)模式識(shí)別的響應(yīng)時(shí)間分別≤0.5秒、1秒、2秒。3.可靠性測(cè)試環(huán)境測(cè)試：在-10℃、25℃、45℃環(huán)境下各測(cè)試24小時(shí)，功能正常，續(xù)航無(wú)明顯下降（≤10%）；防水測(cè)試：1.5米水深浸泡30分鐘后，開(kāi)機(jī)檢查功能，所有功能正常，無(wú)進(jìn)水痕跡；機(jī)械測(cè)試：表帶彎折5000次后，連接處無(wú)斷裂；屏幕用莫氏硬度6級(jí)鉛筆刮擦，無(wú)明顯劃痕；按鍵按壓10萬(wàn)次后，觸感正常，功能響應(yīng)正常。4.兼容性測(cè)試手機(jī)系統(tǒng)：測(cè)試Android6.0/7.0/8.0/9.0/10.0，iOS10/11/12/13/14，APP安裝成功率100%，數(shù)據(jù)同步成功率≥95%；藍(lán)牙設(shè)備：測(cè)試藍(lán)牙4.2、5.0、5.1設(shè)備，連接成功率≥98%，傳輸延遲≤1秒；第三方平臺(tái)：接入微信運(yùn)動(dòng)、AppleHealth、華為運(yùn)動(dòng)健康，數(shù)據(jù)同步延遲≤5分鐘，同步成功率≥95%。九、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)1.功能驗(yàn)收所有功能點(diǎn)（健康監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)分析、消息提醒、OTA升級(jí)等）通過(guò)測(cè)試，功能符合需求描述；異常場(chǎng)景（低電量、弱信號(hào)、傳感器故障）下，系統(tǒng)降級(jí)策略有效（如低電量時(shí)關(guān)閉非必要功能，保證心率監(jiān)測(cè)可用）。2.性能驗(yàn)收續(xù)航時(shí)間≥7天（典型場(chǎng)景），充電時(shí)間≤2小時(shí)；