无线穿戴式设备

无线穿戴式设备（精选七篇）

无线穿戴式设备 篇1

目前,在我国消防部队的灭火作战和抢险救援过程中,战斗现场的通信指挥工作存在效率较低的问题,主要原因在于:战斗现场的通信指挥主要采用传统的大功率对讲机、车载台等设备,在指战员之间进行半双工的语音通信。而在在战斗现场环境嘈杂(被困人员的哭喊声、物质的燃烧声、破裂的气体管道喷出高压气声等)的情况下,很难用对讲机及时准确地进行交流、协作与指挥。在消防战例中,经常可以看到通信不畅的状况,很大程度上是由于环境和通信工具造成的(如1995年12月16日的北京罗马公寓地下仓库火灾、2003年11月3日的湖南衡阳火灾、2004年2月15日的吉林中百商厦火灾、2004年4月16日的重庆天原化工厂氯气泄漏事故、2005年11月13日吉林石化公司双苯厂苯胺车间发生的爆炸火灾等过程中都提到了通信不畅的问题)［１－２］。

同时,鉴于传统移动通信不能同时高速传送音频、视频、数据的现状,许多国家都开始了替代移动通信工具(可穿戴式通信计算机:Wearable Computer)的研究,这些研究主要应用于军事、公安等特殊行业。在这一系列研究中,军事上最具代表性且最成功的是美国的数字化单兵系统———陆地勇士系统［３］(Land Warrior)。

因此,鉴于国内消防灭火和抢险救援战斗通信指挥形势及国外军事等特殊行业对可穿戴式通信计算机的研究状况,为切实提高消防部队在噪音环境下灭火作战和抢险救援中的工作效率,减少灾害带来的人员与财产损失,降低战斗中的人员伤亡,建立一个噪音环境下可穿戴式通信计算机消防无线组网方案是十分必要和迫切的。

1可穿戴式通信计算机

可穿戴式通信计算机(Wearable Computer)是一类微型或超微型、可穿戴、人机“最佳结合与协同”的新概念微型个人移动计算系统,其在体系结构、功能、形态及使用方式上都迥异于现今流行的移动计算系统。它通过穿戴在使用者身上的方式来实现人机紧密结合,表现为一种人- 机共生的形式,体现了人- 机紧密结合与协同的新型关系,由此也决定了可穿戴式通信计算机具有传统计算机所不具备的属性、交互方式和功能。

可穿戴式通信计算机应具备以下5个特征:1可在运动状态下使用;2可腾出双手;3成为衣物的一部分;4可进行控制;5可持续性。可穿戴式通信计算机的典型系统由主机、电源、输入设备(键盘、鼠标等)和输出设备(头戴显示器HMD)等几部分组成。另外,根据用户的不同需求,还可配备相应的外部设备,如无线通信设备、语音输入输出设备、图像采集设备、全球定位系统(GPS系统或北斗星系统)以及各种传感器。

2以可穿戴式计算机为载体的消防战斗现场无线通信指挥模式设计

2.1模式功能设计

(1)可穿戴式通信计算机持有者之间能进行较高音质的双工语音通信。要求改变使用语音质量较差、容易操作失误的半双工对讲机通话的现状,实现在噪音环境下清晰的双工语音通信。

(2)消防通信指挥车能显示、控制、管理、记录可穿戴式通信计算机持有者的通信。

2.2硬件设计

2.2.1可穿戴式通信计算机硬件设计

为满足消防战斗通信指挥的需求,可穿戴式通信计算机必须拥有音频双向传输、交互功能。

其中,前后方消防指令的传达、信息的传输由802. 11g无线通信技术完成;可穿戴式通信计算机主机与手控键盘、耳机、Microphone终端设备的信息传输由Blue- tooth无线通信技术完成;参战消防员之间的信息交互、 配合由颅骨振动式消防通信头盔完成。 可穿戴式通信计算机具体可实现的功能及用于完成相应功能的部件如图1所示。

2.2.2消防通信指挥车硬件设计

消防通信指挥车中配备服务器,以有线方式与AP相连,用于与可穿戴式通信计算机持有者之间的音频信息传输、记录与管理。同时,在服务器控制端安装无线通信控制软件(类似QQ、MSN的音频显示控制软件),用于管理各可穿戴式通信计算机持有者之间的通信。

2.3软件设计

为便于实现消防通信指挥车服务器端与可穿戴式通信计算机之间的信息传输,笔者对指挥车服务器与可穿戴式通信计算机的软件功能进行了初步设计。

2.3.1消防通信指挥车服务器端

由于消防通信指挥车的服务器必须通过AP以IEEE802.11g和消防现场的可穿戴式通信计算机进行通信。因此,在服务器端的软件必须具有用户管理功能、通信功能、音频记录与切换功能等,具体如下:1用户管理功能:主要负责核实用户的身份与权限,负责用户登录、定位管理;2通信功能:用来负责与可穿戴式通信计算机之间的通信;3音频记录、切换功能:切换各穿戴式计算机持有者的通话,进行监听和录音。

2.3.2可穿戴式通信计算机端

软件主要具有用户状态功能与通信功能:1用户状态功能:主要负责用户的工作状态;2通信功能:负责可穿戴式通信计算机与服务器、可穿戴式通信计算机之间的信息传输。

2.4无线通信网络设计

由于消防战斗的移动性与指挥的分布性特点,使消防信息的交互与指挥的执行都要通过无线传输来实现。因此,现场消防通信指挥车与佩戴可穿戴式通信计算机的消防战斗员之间采用何种无线通信网络技术实现音频信息的传输显得十分重要。

2.4.1蓝牙(Bluetooth)技术

通过在可穿戴式通信计算机中安装蓝牙(Bluetooth) 2.0+技术,实现可穿戴式通信计算机主机与通信头盔(含针孔摄像头、颅骨振动式耳机、耳麦)、手控键盘等终端设备之间的信息传输。传输过程如图2所示。

2.4.2 IEEE802.11g技术

现场参战消防员之间的交互主要通过组建基于IEEE802.11g技术的WLAN来实现。图3为网络通信功能示意。

消防现场采用IEEE802.11g支持的无线局域网技术。可穿戴式通信计算机主机配有支持IEEE802.11g协议的无线网卡,消防通信指挥车上配有AP。 此外, IEEE802.11g采用的2.4GHz通信频段,会因为建筑物的阻挡而在室内传播距离有限,因此要根据抢险救援及火灾现场建筑物情况来设置无线通信网络。

(1)空旷地带的火灾及抢险救援现场通信组网。可采用一辆消防通信指挥车、一个AP与各个参战消防员组网的方式进行通信,通信状况如图4所示。

(2)火灾建筑物面积较小情况下的通信组网。由于建筑物面积较小,故建筑物中的每个角落都在消防指挥车的无线网络覆盖范围之内,因此其组网方式与空旷地带通信类似,具体情况如图5所示。

(3)火灾建筑物面积较大情况下的通信组网。出动一辆消防通信指挥车,随车携带一至两个小型无线移动AP, 在灭火或抢险救援过程中,由消防战斗员放置移动小型AP于火场合适位置作为中继使用,实现战斗员与指挥车的无线通信,具体情况如图6所示。

(4)在建筑物平面面积很大时的通信组网。在消防通信指挥车无线网络覆盖范围无法达到的地方,消防队员之间的交互则需要依靠自组网(Ad hoc)。Ad hoc无线自组网的终端是一个节点,同时也是一个路由点,结合了路由协议,能够以接力的方式将信号传输到自身网络不能发送的地点,以一种更为灵活的方式进行通信。所以在特殊情况下,在消防现场可以采用infrastructure和Ad hoc相结合的混合模式进行通信,室外采用infrastructure,室内采用Ad hoc,将两种模式结合以保证通信的持续性。

消防现场人员佩戴可穿戴式通信计算机,现场采用WLAN进行互连,硬件支持设备包括可穿戴式通信计算机的WLAN无线网卡和消防通信指挥车上的接入点AP。 现场部分消防员还能够通过可穿戴式通信计算机上的WLAN无线网卡与消防通信指挥车进行交互,接收指挥车的指挥、管理并共享数据,形成一个分布式的移动多媒体协作系统。部分消防员根据自己的需要通过Ad hoc建立协作,进行语音的自由交互。

2.5消防战斗现场通信指挥模式设计

鉴于当前消防部队的各级领导在灾害发生后都在灾害现场成立指挥部进行现场指挥的实际,消防战斗现场通信指挥分为两个层次:

(1)现场指挥一级网:入网人员为大队以下指战员,消防通信车装备一个AP作为中转台(一般一个大队拥有一辆消防通信指挥车),进行无线数据的中转。当消防通信车的无线覆盖范围超过火灾建筑或抢险救援现场时,无线通信的实现如图5所示;当消防通信车的无线覆盖范围仅为火灾建筑或抢险救援现场的一部分时,可以采用移动小型AP于火场合适位置进行中继的方式实现无线通信,具体如图6所示。

(2)现场指挥二级网:支队以上单位派指挥员参加灭火求援行动,与地方政府、公安、水电、行业专家共同组成总指挥部,各通信车构成前沿指挥部,总指挥部利用消防指挥车与参战的大队及中队指挥员组建二级指挥网(见图7),对现场的灭火救援行动进行指挥。为了取得稳定、良好、高速的传输效果,总指挥部与前沿指挥部的消防通信车通过防火、耐高温同轴电缆传输信息。

2.6模式发展阶段设计

鉴于可穿戴式通信计算机装备的昂贵以及操作员必须具备一定计算机知识,考虑未来成本降低及人员素质提高的方式是,将消防用可穿戴式通信计算机的配备分为3个阶段进行:第一阶段,先成立可穿戴式通信计算机实验消防大队,队员由选拔出的高素质消防员组成;第二阶段, 积累一定经验并培训一批掌握可穿戴式通信计算机性能的特勤消防员后,由实验阶段转向推广阶段,特勤大队队员配备可穿戴式通信计算机;第三阶段,随着经济条件的成熟,人员素质水平的提高,消防战斗员的配备实现一人一机、定人定机,并不断提高消防部队的灭火与抢险救援能力。当然,在简单的灭火或抢险救援过程中,仍可采用对对讲讲机机等等传传统统通通信信设设备备进进行行现现场场通通信信指指挥挥。。

参考文献

[1]康青春,黄金印.中外抢险救援典型战例精选[M].北京:红旗出版社,2005:35-45,106-122,359-367.

[2]STEVE MANN.Humanistic computing:wearcomp as a new framework and application for intelligent signal[J].Proceedings of The IEEE,1998,86(11):2123-2151.

[3]陈东义.可穿戴式计算机的发展与趋势(Ⅰ)[J].重庆大学学报:自然科学版,2000,23(3):119-124.

[4]丛明可.穿戴计算机简介[J].计算机仿真,2005(2):261-264.

[5]王玉玺,沈为民.可穿戴式通信计算机的研究发展现状[J].哈尔滨师范大学自然科学学报,2002(5):38-43.

颠覆生活体验 穿戴式智能设备 篇2

何为穿戴式智能设备

“穿戴式设备”是指应用穿戴式技术对日常穿戴进行智能化设计、开发出可以穿戴的设备，如眼镜、手套、手表、服饰及鞋等。穿戴式技术在国际计算机学术界和工业界一直都备受关注，只不过由于造价成本高和技术复杂，很多相关设备仅仅停留在概念领域。随着移动互联网的发展、技术进步和高性能低功耗处理芯片的推出，部分穿戴式设备已经从概念化走向商用化，新式穿戴式设备不断推出。

钢铁侠的穿戴式智能人生

如果要说最酷的穿戴式智能设备，小编认为钢铁侠的钢铁外衣绝对是热门候选之一。

除了超强火力的攻击和防护能力之外，这个“铁壳子”还可以提供通讯、状态、联络、引导等各种信息，在头盔面板上显示，并且能提供相应的反馈帮助提示，堪称男主角的最佳助理，令其所向披靡。设想几十年后我们也许可能拥有跟钢铁侠一样的炫酷设备，那时我们的生活会充满便捷：你可以通过手表及时接收路况信息，避开拥堵的交通；只要用眼镜一扫，就能将所见所闻传送给最好朋友分享；脚上的鞋子会时刻提醒你健康运动锻炼状况……不过这些都只是存在于未来之中。但是现在呢，有没有类似体验的的一些产品？

别急，小编下面就给大家介绍一下一些新颖的穿戴式智能设备产品，根据应用的身体部位的不同，分为头戴式、身着式、手戴式、脚穿式。

谷歌眼镜（Google Glass）

毫无疑问，Google Glass是目前最成熟的可穿戴式智能设备。这款2012发布的产品虽然尚未正式投入市场，不过谷歌公司已有高管在公共场合佩戴设备出面，并对该产品进行小众测试。

谷歌眼镜本质上属于微型投影仪+摄像头+传感器+存储传输+操控设备的结合体。它可以将眼镜、智能手机、摄像机集于一身，通过电脑化的镜片将信息以智能手机的格式实时展现在用户眼前。另外它还是生活助手，可以为我们提供GPS导航、收发短信、摄影拍照、网页浏览等功能。它的工作原理其实很简单，通过眼镜中的微型投影仪先将光投到一块反射屏上，而后通过一块凸透镜折射到人体眼球，实现所谓的“一级放大”，在人眼前形成一个足够大的虚拟屏幕，可以显示简单的文本信息和各种数据。

智能T恤衫

我们知道，医院是一个令病人沮丧的地方。但碍于那些监听仪器，病人又不得不躺在床上，不能随意走动。智能T恤衫的出现，有效解决了该问题。

该T恤衫的监控传感器可以时刻追踪病人的心跳及体温，甚至还可以进行远程EKG（心电图）检测，所有监测到的数据都可以通过无线连接传送至中央监控站，让医护人员实时了解病人的情况。除此之外，该智能T恤衫还内置了GPS及加速表，以监控病人的地理位置以和运动情况（跑步、站立或者躺下休息等）。这项新发明可以让病人自由地在医院周围散散步，舒缓心情。它出自西班牙马德里卡洛斯三世大学的一个团队之手，目前正在测试阶段。该设计团队表示，他们将作进一步研究，让病人可以舒适地呆家中。

智能手表

谷歌和苹果的竞争让智能手表炙手可热，而见识到谷歌眼镜“威力”后，各品牌厂商对于智能手表这样门槛较低的科技产品显然更感兴趣。索尼更新了自家的智能手表 SmartWatch，推出了 SmartWatch 2 第二代产品。与前代产品相比，新 SW 功能上似乎没有突破，依然还是看邮件、短信，打电话，控制拍照等功能。但屏幕尺寸增大到 1.6 英寸，分辨率为 220 × 176。新 SW 的机身不仅比前代更薄，更换为铝制机身，还增加了 IP57 级防水防尘性能。此外，深圳奋达科技联合元太科技EInk，在台北发布了智能手表Smartwatch产品，产品领域热闹非凡。

Nike+跑鞋和STANDALONE 跑步数据传感器

其实在谷歌眼镜和智能手表走进人们视野以前，不少走在时尚前沿的消费者已经开始接触Nike+跑鞋和STANDALONE 跑步数据传感器这样的产品了。

NIKE+系列跑鞋看上去与普通的耐克跑鞋差不多，但是其拥有的nike+技术配合STANDALONE 跑步数据传感器可直接与iPod产品相连使用，超强敏感性能在你的疾驰过程中随时记录跑程、热量消耗等数据，以先进技术彻底改写你的跑步生活。关于跑步运动的nike+app有两个一个是ios系统自带的Nike+iPod，功能较简单且需要配合传感器使用；另一个是Nike+running，需要在app store里下载，功能较丰富，并且无需传感器即可使用，支持GPS最终跑步轨迹、卡路里计算、计时、计速的功能。还可以设置跑步计划，另外底部的是自己设置的跑步目标，如卡路里燃烧目标、跑步里程目标、跑步时间目标等，并与nike+网站上的数据实时同步。

花絮：打擦边球的智能袜子

市场对穿戴式智能设备关注度的飙升同样引发了厂商的兴趣，除常见的智能眼镜、智能手表外，Heapsylon开发出了一种智能袜子“Sensoria”，它可以监控使用者的卡路里消耗和运动情况。据了解，这款智能袜子并不能算是真正的智能设备，它类似微软Kinect传感输入器（该公司的两个创始人曾经参与Kinect开发工作）。使用者还需要带上一个蓝牙脚环，利用该脚环将监控得到的数据传递给智能手机，并作出相应显示和分析。也就是说，实际上智能袜子只是类似传感器一样的东西。

冷眼看穿戴式智能设备

穿戴式智能设备的出现，为我们带来了全新的生活方式，但平心而论，由于科技水平及成本水平等其他因素的限制，现在穿戴式智能设备成熟度还不够，不能难达到令人满意的期望。可穿戴设备仍不够轻盈，而且不足以无缝连接，对于如何与其他众多设备的有效连接问题，仍是一个需要厂家迫切解决的问题。数据变得越来越大，越来越复杂——如何处理和访问数据？WIFI和移动数据通信技术是否跟得上？技术太快、电池太慢、遇到跟智能手机类似的问题，在新电池技术出来之前似乎不能得到有效的解决。实用性不足成推广短板等主要问题，成为穿戴式智能设备能否普及的关键要素。

在一定程度上，可穿戴式设备解放了用户的双手，一些功能的设置也确实能让用户的生活更为方便了。但是目前的可穿戴设备不管在国内还是国外，仍处于噱头有余实用性不足的尴尬境地。而且穿戴式智能设备也引发了人们的种种忧虑，比如，会让人们过度地依赖科技，就像智能手机曾经做到的那样，这样的设备将对人们的交流、导航和效率等方面产生重要影响，但也让我们更加迷恋科技，更容易忽略周围的存在。当我们与数字世界互动的门槛降低之后，我们肯定会花更多时间在上面。又如，穿戴式智能设备可能会涉及一些隐私和个人安全问题，开车的时候打电话是危险的举动，但如果开车的时候玩几下智能手表或者看一眼智能眼镜呢，那就更加危险了。

科技改变生活背后的金矿

就像任何一次重大技术变革一样，穿戴式智能设备的出现肯定会引发各种问题，因为新的技术总会走在法律和人们的礼节之前。但不管我们是否准备好了，穿戴式设备的时代已经到来了。众厂商也开始跃跃欲试，谷歌、苹果、微软、索尼、奥林巴斯等诸多科技公司也都开始在这个全新领域深入探索，以占据未来市场的先机。2016年，全球穿戴式智能设备市场的规模将达到60亿美元。为了占据有利的领先地位，世界知名公司已率先吹响了号角。在面市之初的两三年，这是不起眼的小众市场，但在未来三到五年后，这一领域将创造出不菲的收入。2017年将售出7000万台可联网的穿戴式智能设备，而2013年仅为1500万台。虽然未来的趋势还不得而知，但有一点是可以确定的——未来穿戴式智能设备市场将会非常庞大，定会吸引相当部分人的参与！

智能眼镜、智能手表、智能手环等或许还只是穿戴式智能设备的一个开始。分析认为，在未来，智能服装、鞋子、耳环、手镯、帽子等配件，都有可能进入并改变人们的生活。商品市场的脉动时刻牵动着资本市场的神经。受GoogleGlass等利好影响，今年以来，谷歌股价已累计上涨了16%以上，市值超越微软，成为仅次于苹果的全球第二大科技公司。

“蝴蝶效应”也传导到了千里之外的中国股市，智能眼镜、智能手表等概念股横空出世，相关个股遭遇暴炒，丹邦科技、北京君正、环旭电子、奋达科技，一个又一个的涉及穿戴式智能设备的企业股价的“飞升”，让我们清清楚楚地看到了科技改变生活背后的金矿！

无线穿戴式设备 篇3

智能服装将可能成为新的引爆点

智能服装, 说得直白一点的就是智能技术与服装融为一体的高科技产品, 包括衣服、帽子、鞋、腰带等各类智能服饰。

这类服装是如何实现“智能”的?目前主要通过以下两类方式:一类是运用智能服装材料, 包括形状记忆材料、相变材料、变色材料和刺激——反应水凝胶等;另一类是将传感技术、微电子技术和信息技术引入人们日常穿着的服装中, 包括应用导电材料、柔性传感器、低功耗芯片技术、低功耗无线通信技术和电源等。

拥有一套智能服装, 可以实现一些基本的功能, 比如:能给手机充电, 能接上耳机听音乐, 能通过蓝牙接听电话等。在我们看来, 智能服装在一些特殊的场景应用需求更为迫切。例如, 如果你喜欢运动, 它就能通过感知你的运动状态, 用变换服饰颜色的方式来告知天气、行程安排、健康状况;或者直接改变衣服的通风度、长度配合正在运动的你。如果你看重健康, 它通过皮肤传感等生物识别技术监测心率、应力、呼吸、体温、血糖等。

实际上, 谷歌在2015年度开发大会上就提出了“缇花计划”, 并与服装品牌Levi‘s (李维斯) 合作, 研发具有轻触式遥控功能的智能导线纤维服饰, 预计2016年秋季面世。而美国诺贝尔纤维科技公司也研发了一款智能纤维Circuite X, 可以全天候监控患者的身体状况, 收集呼吸和心率等数据来为患者制定医疗服务。丹麦设计公司Ohmatex设计出一种智能袜子, 能够检测腿脚水肿, 提前预测心脏衰竭和先兆癫痫。

由上可知, 曾经我们梦想的很多功能, 都能通过智能服装加以实现, 而2016年可能就是它爆发的一年!

儿童智能手表将爆发

自从苹果推出Apple Watch这一全新品类, 智能手表就正式进入普通大众的生活之中。按IDC的预测, Apple Watch的销量将会从2015年的1300万增加到2019年的4520万。而Apple Watch最大的竞争对手Android Wear出货量将从2015年的320万增加到2019年的3430万。

对于大多数用户来说, 智能手表仅仅充当显示文本和健康追踪的角色, 虽然有华为、中兴、三星等众多手机厂商介入, 但单一的功能并没有让用户感到惊喜。对于智能手表而言, 未来将会逐渐增加包括LTE网络连接、医疗类传感器以及更多的第三方应用。但是目前, 大多数的智能手表 (包括Apple Watch在内) 都只能与特定平台的智能手机连接, 因此目前来看只能算是一种价格昂贵的配件, 而并非单独的智能设备。再加上应用的匮乏和续航的缺点, 让智能手表的推广之路并不顺畅。

2016年算是智能手表的一道“坎”, 相关机构认为其爆发点将在儿童手表的细分市场上。从2015年9、10、11月的数据看, 排名儿童智能手表销售量前几位的分别是:小天才 (22万/月) 、阿巴町 (17万/月) 、卫小宝 (5万/月以上) 、糖猫 (4万/月以上) 、哇喔 (3万/月以上) 。除此之外, 华为的儿童手表 (荣耀小K) 目前为止还没大量出货, 但是预计未来很有可能成为儿童手表市场主力之一。另外, 还有像KIDO等新兴智能手表品牌的进入, 让中国的儿童智能手表市场呈现两极分化, 形成高低端区隔明显的市场态势。

另外, 随着中国二胎计划的推动和家长对儿童安全的重视程度, 未来十年间, 儿童智能手表将成为普通大众的刚需。

VR将是大势所趋

VR设备共有3种:手机VR眼镜盒子、与PC或游戏主机连接的VR头盔以及不借助任何其他设备的VR一体机。随着谷歌Cardboard、三星Gear VR、Oculus Rift、索尼Play Station VR和HTC等厂商都开始涉足虚拟现实VR技术之后, 该领域也被越来越多的产业资本所关注。

穿戴式设备将是最大的市场机遇 篇4

咕咚网一路走来，有许多铁杆粉丝随行，不断扩大的用户群为其发展提供了更大的可能性。其运动产品也在寻找其它的功能。咕咚网CEO申波在接受记者采访时提到：“我们一直围绕运动来做，不仅有步行、跑步相关的产品，也有适合骑行使用的产品，我们后续还会针对特定运动人群来开发产品，比如为篮球、网球运动者提供产品，来提醒其运动强度，球的方向等。穿戴式设备是智能手机之后最大的市场机遇，但手机是统一的东西，而穿戴式设备有很多种，形态各异，可以与很多方面结合，针对不同的运动也可以推出不同的产品。”

随着各行各业的加入，健康设备行业涌入了大量的从业者，在申波看来，竞争越多越好，竞争越充分便会有更多的发展机遇。他说：“逐渐的，我们会与更多的公司展开合作，会把我们现有手环等设备的硬件方案，搭配我们的服务，共同推给第三方公司。我们的目标是，在潜移默化中改变用户的行为习惯。比如有人原来一周锻炼一次，使用了我们的产品和服务后一周可以锻炼三四次。我们是通过服务来改变用户的行为和习惯的。但是任何东西可能都只是一段时间可以保持新鲜感，如果手环无法使用户保持新鲜感，就可以通过服务去激励。我们是通过娱乐化的方式鼓励用户去运动。”

nlc202309011501

无线穿戴式设备 篇5

该公司在周二发布的报告中称, 全球市场在穿戴式设备上的花费将在今年达到14亿美元。到2018年, 这一数字将达到190亿美元。该公司的分析师尼廷?巴斯 (NITin Bhas) 在一份声明中称, 之所以会出现如此大规模的增长, 很大程度在于人们对于穿戴式设备消费意识的提升。

人们对于穿戴式设备消费意识的提升主要还是归功于苹果打算发布新款智能手表的报道以及三星已经发售的Galaxy Gear产品。此外, 搜索巨头谷歌的Google Glass也吸引了大量关注, 人们有意挖掘Google Glass在提高生产力方面的潜质。

据Juniper称, 穿戴式设备的发展不仅能使产品制造商受益, 软件研发者或许也能从中分到一杯羹。

Juniper认为, 这一行业的快速发展将给应用研发者提供良机, 尤其在健康、健身、运动以及通讯领域。

无线穿戴式设备 篇6

关键词：穿戴式医疗设备,MCU选型,Cortex M0+,高能效

0 引言

近年来穿戴式医疗设备的市场需求在快速增长,将成为拉动经济增长的一个创新型产业。根据艾媒(ii Media Research)公布的《2012-2013中国移动医疗市场年度报告》显示[1],在2012年我国移动医疗市场规模达到18.6亿元,其中穿戴式医疗设备占4.2亿元,较上一年增长20%。预计到2017年底,我国穿戴式医疗设备的市场规模将接近50亿元,在未来十年内呈现急速增长的态势。

随着市场需求的增长和产品的普及,穿戴式医疗设备正在往低成本、高性能、续航时间长和体积小的方向发展,这就对设备的控制核心——微控制器(MCU)提出了更苛刻的要求。可穿戴的趋向使得设备所选用的MCU必须具有低成本、低功耗、高运算能力、高集成度的特质[2],否则将会被市场和用户淘汰。

1 穿戴式医疗设备的简介

穿戴式医疗设备将非介入式生理信号检测技术融合到日常穿戴衣物、器件当中,具有简易便携、长时间监测的优点。这类设备可随时随地长时间监测人体生理状况,已经广泛应用于慢性疾病监测、家庭护理保健、睡眠质量监测等方面,有利于实现慢性、隐性疾病的早发现、早诊断、早治疗。

1.1 穿戴式医疗设备的应用

在市场和用户的追捧热潮下,各种穿戴式医疗设备的解决方案和新产品层出不穷,功能和性能也在不断提升。例如我国的迈瑞公司推出的MC-6800型动态血压监测仪[3],仅需将充放气的袖带绑在用户手臂上,就能在各种状况下进行24 h无创性动态血压监测。美国Medtronic公司推出的血糖实时连续监测系统(CGMS)可以连续工作3 d[4],仅需将检测探头贴在患者腹部,每10 s会对皮下间质液里的葡萄糖浓度进行测量,并将获得的数据通过无线方式传送到接收器上。美国SPO Medical公司推出的Pulse Ox 6000型“血氧手指套”能长时间工作500 h[5],仅需套在手指上即可实时监测用户的血氧饱和度和心率,可靠性堪比体温计或血压计。这些产品都体现了区别于常规电子仪器的显著特征:1非介入地检测生理信号;2通过无线或有线的方式连接用户、医护人员和数据系统;3续航时间长;4安全可靠。

1.2 穿戴式医疗设备的需求分析

为了满足穿戴式医疗设备在功耗、性能、体积等方面的要求,所选用的MCU需要满足以下要求:1低成本;2高能效;3高休眠效率;4高集成度。在控制成本方面,可以考虑低功耗的8/16 bit单片机或基于ARM Cortex-M系列内核的32 bit单片机,这些芯片出货量巨大,批量价格一般比较低。在能效方面,应选用低运行功耗、高运算能力的MCU系列,低功耗可以提高续航能力,高运算能力有利于在片上运行复杂算法和数据处理。在休眠效率方面,应选择拥有灵活多样的休眠模式、超低休眠功耗、极短唤醒时间的MCU系列。在集成度方面,可选用那些外设丰富且性能优越的MCU系列,有利于减少体积尺寸、降低硬件成本和提高系统稳定性。

2 典型低功耗MCU系列的比较

各大半导体公司如Freescale、ST、NXP、SiliconLabs、Atmel、TI、Microchip等,纷纷推出适用于穿戴式医疗设备的中低端MCU系列。表1和表2将16bit和32 bit典型的低功耗MCU系列展开对比,8 bitMCU不在比对列表中。这是因为8 bit MCU已经不适合穿戴式医疗设备的发展趋势,其市场也正被ARMCortex-M系列内核的MCU蚕食。

表1重点比较了16 bit/32 bit内核的性能差别,32bit的内核在运算效率方面全面超越16 bit的内核,意味着当穿戴式医疗设备需要在片上执行数据处理和复杂算法时,Cortex-M系列内核的32 bit MCU更具优势。表2则将典型的低功耗MCU展开能效对比,可以发现16 bit MCU在低功耗方面的优势已不明显,以低功耗著称的MSP430系列在运行功耗和休眠功耗方面跟Cortex-M系列32 bit内核的STM32L系列相差无几。而32 bit MCU在休眠状态下的唤醒时间也能做到了10μs以下,在休眠效率、快速响应方面有良好表现[6]。

综合表1和表2可见,Cortex-M系列内核的32 bitMCU在功耗水平上已经做到与传统8 /16 bit MCU相当,而在运算效率上优势明显,更适合那些对任务和算法有较高要求的穿戴式医疗设备。

3 基于Cortex-M0+内核的MCU选型分析

3.1 Cortex M系列内核的对比

Cortex-M系列中低功耗成员有M3、M0和M0+,是ARM公司针对那些对成本敏感、同时对能效有较高要求的应用而设计的。当传统的8/16 bit MCU在性能、功能上表现越来越乏力时,ARM公司于2009年推出了低成本、低功耗、高能效的Cortex-M0内核[8]。Cortex-M0内核以优异的表现击败了传统的8bit MCU,成功杀入低端的MCU市场。在这契机下,ARM公司于2012年相应适宜地推出M0的升级版——M0+,在能效和功能上作进一步的优化和增设,以超低的能耗提供更快的任务处理能力。

注:(1)内核性能的测试结果(Core Mark Scores)以EEMBC组织[7]公布的数据为准。

注: (1) 对于表1的MCU系列具体型号的测试报告,所挑选的型号片上配置相近,Flash容量均为64 kB; (2) 常温条件+25 oC,所有外设关闭,程序从Flash运行;MCU供电电压除了PIC24的3.3 V、Nano120的3.6 V之外,其他均为3.0 V;各 型号的测试结果均为当前主频下的最佳配置; (3) 休眠功耗的测试标准:片内主时钟和所有外设关闭,RTC打开,保留RAM。

从表1和2的数据可知,三者内核性能的排序为M3>M0+>M0,运行功耗的排序为M3>M0>M0+,即M0+内核的能效高于M0,运算性能仅次于M3。由于M0+在价格方面比M3有优势,故更适合于执行低成本、高能效的任务。综合可知,那些对功耗有苛刻要求、运算处理任务较复杂、且需要控制成本的设备选择M0+内核的MCU最为合适。

3.2 基于Cortex M0+内核的主流MCU系列

各大MCU生产厂商 结合自身 的优势对Cortex-M0+内核加以整合优化,在功耗、性能和外设方面各有所长。表3列举了市场上M0+内核的主流MCU系列,并结合穿戴式医疗设备的需求进行分析。

上述Cortex M0+内核的MCU系列可为穿戴式医疗设备开发者提供多种选择,而具体的MCU型号要根据设备的实际需求来决定。在同一系列里,MCU的最高主频、内核效率、功耗状况都是一致的,具体型号之间的差别在于片上资源。如表4所示,STM32L0系列分为3条主要的产品线,差异就体现在一些特殊的集成外设,如DAC、USB控制器和LCD控制器。恰当地选用这些高集成度的MCU有助于减少外部芯片的个数,可降低系统成本和功耗。因此,片上集成资源的种类、数量、功耗和性能,都是决定MCU选型的重要参考因素。

3.3 MCU系统的低功耗策略

Cortex M0+内核的MCU系列兼具低功耗、高性能和灵活的休眠模式,为穿戴式医疗设备的开发提供了优良的平台和电气基础。然而,如何在保持高性能的情况下,将任务的整体平均功耗降到最低,将是设备开发者的重要任务。MCU系统的低功耗策略决定了设备的性能和续航时间,策略的制定需要从以下四个方面入手:

注:(1) ST公司和NXP公司都建立了涵盖Cortex-M系列所有内核的产品线,Cortex-M系列MCU的中国市场在2012年达到1.68亿美元,其中 ST以35%的市场份额居于首位,而NXP位居第二占有32%[10]; (2) Silicon Labs于2013年收购了专攻低功耗领域的Energy Micro,之后推出的Zero Gecko系列吸取了以往EFM32系列超低功耗的优点。

(1) 合理地控制MCU的时钟系统,针对特定的任务,选择适合系统运行的时钟频率[11],迅速完成复杂的任务争取更多的休眠时间;

(2) 选择恰当的休眠模式和休眠时间;

(3) 进入休眠模式时 , 将未用到的外设以及时钟关闭;

(4) 优化任务的时间片,将平均功耗降到最低。

图1展示了基于表3的Zero Gecko系列设计的动态心电记录仪的低功耗策略,MCU系统任务的理论耗电流如图2所示。其中,MCU主要在三个模式之间切换:运行模式1(EM0_1),运行模式2(EM0_2),深度睡眠模式(EM2)。平时MCU工作在EM2,高频时钟和外设关闭,耗电流为IEM2;当定时器发生中断时,MCU从EM2中唤醒,将进入EM0_1以f1主频高速运行,此时耗电流为IEM0_1,同时启动A/D进行心电信号采样,采样完毕后将数据暂存在RAM中;如果缓存的数据量没有达到阈值,MCU将直接进入EM2并定时等待;如果缓存的数据量达到阈值,则MCU切换到更高的f2主频进入EM0_2,耗电流短时间内达到IEM0_2,对缓存数据进行处理并存储到SD卡上,存储完毕后进入EM2。运行模式下使用到两个不同的主频f1和f2,分别是由A/D采样任务和SD卡存储任务对运算能力的不同需求来决定,将任务的平均功耗最优化。

4 穿戴式医疗设备的MCU选型案例

血氧饱和度的监测是了解人体心血管生理状况的重要手段[12],设计一款腕带式血氧饱和度监测仪,设计目标:基于反射式光电容积脉搏波的测量方法,实现无创、连续地检测人体动脉血的血氧饱和度;对脉搏波信号进行处理、分析,计算得到心率和呼吸频率这两个重要的生理参数[13];当用户的血氧饱和度或心率超出正常预定范围时,会自动报警提醒。

根据设计方案和目标进行系统功能规划,腕戴式血氧饱和度监测仪的功能框图如图3所示。该设备对MCU的特殊要求有:

(1) 高能效,即低运行功耗、超低休眠功耗和较高的运算性能;

(2) 低功耗的ADC,采样精度不低于10 bit,脉搏波采样频率设为200Hz;

(3) USB控制器,需要通过USB接口烧写程序或与主机通讯。

综合考虑了该设备对MCU性能、功耗以及外设所提出的要求,可以分三个步骤来进行MCU选型:

(1) 结合前文对不同内核的分析,选择低功耗、高性能的Cortex-M0+内核;

(2) 根据Cortex M0+内核MCU系列的横向比较,选择集成了低功耗12 bit ADC的STM32L0系列,满足长时间采样的需求;

( 3 ) 考虑到带U S B控制器的型号 , 可以选择STM32L052C8作为设备的主控制器,从而达到在性能、功耗、成本和体积方面的最佳平衡。

在实际的MCU选型中要具体问题具体分析,根据现有的MCU系列和设备的切实需求,做出最恰当的抉择。

5 结语

无线穿戴式设备 篇7

这个画面也许很快将成为现实。

以往我们必须学习如何与机器互动，现在则是完全相反：机器必须学习如何为我们工作。

欢迎来到未来，在这里，你的身体与感知触觉就是科技。

随着智能手机中配置的感知器与高运算能力成为常态，穿戴式电脑科技正在快速发展。数据显示，全球市场2011年共卖出1400万件高科技穿戴式设备；估计到2016年这个市场将会膨胀到最少60亿美元营收。Juniper研究机构预测，2017年将会卖出将近7000万件智能穿戴式装备。

与此同时，穿戴式科技也越来越受到业界巨头如亚马逊、苹果、Facebook、谷歌与微软等公司的重视。

未来十年，智能耳机与眼镜或将取代手机

“增强现实”的谷歌眼镜，是目前穿戴式科技最被人广为讨论的例子。被昵称为“投射眼镜”的这项产品，是电脑化的镜片能够以类似于智能手机的格式将消息展示在用户眼前，同时能够语音控制导航应用程序和浏览网络。

谷歌眼镜可以帮助你找到想去的地方、展示你收到的短信、告知天气状况、在夜空中查找星座、管理你的音乐与视频，以及其他许多功能。虽然普通用户还未能订购，但有消息传出之前在谷歌I/O开发者大会上订购的民众，有望在2013上半年拿到现货，在今年年底前应该就可开放一般民众订购。

谷歌眼镜成功创造了话题，但也开始有竞争对手浮出台面。在今年拉斯维加斯的CES国际消费电子展上，一家名为Vunix的公司展示了Android系统的智能眼镜。

谷歌眼镜的竞争对手之一Vunix将在暑假上市智能眼镜。

用户戴上这个轻巧的设备后，右眼前有个小小的彩色显示宽屏，刚好落在用户视线上缘处。用户可以按下按钮固定在耳朵旁，或者透过蓝牙与智能手机配对。

尽管该产品初步的功能只有摄制和上传视频，但Vunix认为，开发者很快就会想出其他用途。该公司相信，智能耳机与眼镜将会在未来十年取代许多用户的手机。

智能手表将会成为我们日常生活的重要部分

谷歌眼镜虽然很先进，可是戴在脸上却太过招摇，手表就似乎人人能够接受。

在智能手表类别中最引人注意的，就是透过集资网站Kickstarter一战成名的鹅卵石智能手表（Pebble Watch）。当初本来想集资十万美元，最后却超过100万美元，其创始人、四个硅谷的小伙子一夜间从麻雀变凤凰，也让这个初创小公司在CES上出尽风头，超过同样推出智能手表的索尼。

在Kickstarter上，鹅卵石手表吸引了将近七万人投资。

设计简洁的鹅卵石手表，就像是将电脑戴在手腕上，可以直接操作应用，其特殊的省电电子纸显示屏，不但可以在阳光直射下轻松读取，同时电力可持续一周。

除了智能手表，手环也是最近很受注目的产品。耐克最近大力宣传自家产品“燃烧手环”（FuelBand），戴上后会自动侦测使用者在锻炼时所燃烧的热量，上个月更宣布与热门减肥应用“Lose it！”合作，将资料同步上传到该应用，方便用户随时进行体重管理。

还有传言指出，苹果将会公布自己的穿戴式设备，这也让许多人满心期待，更加深了对于智能手表的信心。

鹅卵石手表的CEO艾瑞克·米奇柯维斯基（Eric Migicovsky）在接受采访时表示：“对于在移动装置上能更轻易地获得电子邮件、短信和提醒等通知，我们亲眼见到市场上有极大需求。我也相信智能手表与类似的穿戴式设备将会成为我们日常生活的重要部分。”

智能服饰呼之欲出

未来有可能头戴谷歌眼镜，手腕上是智能手表，身上穿着智能服饰吗？这个画面也许很快将成为现实。

目前已经有公司研究将科技整合到纺织品，其中需要突破的最大挑战在于如何将电子零部件结合到柔软的布料上。虽然专家相信，智能服饰的主要应用范围应该会在监控医疗与锻炼上，但同时也有可能会扩大到娱乐层面：比如拍拍衣袖就可以调低扬声器的音量；随时改变身上衣服的颜色；甚至在恤衫上随时更换上面的图案或字样。

现在已经有少数的智能服饰出现在市面上。一款上面有“雷达屏幕”的恤衫，可以扫描同一个区域内是否有其他穿着同款恤衫的人。销售该款恤衫的网站上，还有一款衣服可以侦测你所在的位置附近有没有WiFi热点。

我们同样也可预期很快将看到智能手套，据说谷歌已经正在积极研发。谷歌智能手套的原型包括指端上有摄影机、罗盘、陀螺仪、时速表，与其它动作探知器，以及处理器、记忆储存卡和无线通讯的配备。

以往我们必须学习如何与机器互动，现在则是完全相反——韧，器必须学习如何为我们工作

科技与我们的身体更紧密结合，新的挑战也随之而生。许多问题或许不在科技本身，而是在人。资深分析师莎拉·艾普斯（sarahEpps）在最新的报告中点出，产品的设计者必须本着以人为主的概念去设计，人才是创新的重心，而非设备。

即使越来越普遍，技术上也不是问题，但是让这些穿戴式智能设备融入日常生活，以及一般人的生活习惯里，可能比克服技术上的困难还有挑战性。最有卖点的智能设备将是可以帮助我们改变行为或接受新习惯的服务。科技或许进展神速，但要改变行为却需要很多时间与努力。

穿戴式科技产品必须耐用；必须以最自然的方式配合我们的生活形态与习惯，同时还需有流行性。除此之外，这些智能设备也得要容易操作，消费者还得觉得有花钱的价值。以往我们必须学习如何与机器互动，现在则是完全相反——机器必须学习如何为我们工作。

延伸阅读

部分可穿戴的科技设备

移动框架手套：可以让聋人和盲人发短信

工作原理：手套和智能手机之间通过蓝牙连接转换文本，反之亦然。手套里内置小振动电动机，当人有感觉的时候，就代表他收到了新的消息。

太阳能比基尼：可以给你的手机充电

工作原理：配备了光电薄膜带的比基尼，通过吸收太阳光线，给你的手机和其他电子产品充电。同时，它还是防水的。

键盘牛仔裤：时尚的随行键盘

工作原理：裤子通过蓝牙连接到你的电脑，并嵌入了一对音箱，以及无线鼠标和键盘。

节拍手套：一种可穿戴的乐器

工作原理：这种手套使用了Lilypad Adruino控制器，每个手指的指尖都有触摸式压力传感器，你可以用它们来打节拍。

社交牛仔裤

可以更新Facebook状态