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智能手表增添无线通信链路连-接功

  智能手表和智能眼镜等产品正在激增,其中大多数产品具有多种传感器,低功耗嵌入式处理器,直视或虚拟显示器以及无线通信链路(Wi-Fi或Wi-Fi等),可提供各种功能。蓝牙)连接到智能手机,主机系统或互联网。尽管这些高度集成的系统中的许多都提供了所需的功能,但它们通常“笨重”并且缺乏时尚配饰的风格吸引力。随着苹果,摩托罗拉,谷歌,三星,Timex,Pebble等公司推出时尚智能手表,这种情况开始发生变化(图1)。对智能眼镜以及手镯,吊坠,甚至服装(从运动鞋到衬衫,甚至是连衣裙)也同样注重风格,以赋予产品时尚魅力。

  图1:四款最新智能手表提供广泛的功能组合。 Apple iWatch的三个版本显示(a)使用数字表冠在屏幕上进行缩放和滚动,而Motorola 360提供圆形面部和语音控制来发送文本,设置提醒,检查天气和询问方向(b)中。三星Gear 2不甘示弱,它包含一个摄像头和一个红外发射器,可以作为电视和其他红外控制设备的遥控器(c)。最后,Timex Ironman One GPS +针对健身爱好者,包括GPS定位跟踪,SOS预设信息,如果外出,音乐播放器和触摸屏显示器出现问题(d)。

  最近的关注获得了苹果在2014年9月发布其iWatch的详细信息时,许多其他大多数已经提供第一代设备的公司正在准备他们的第二代设备,这些设备将与Apple iWatch设定的标准相匹配。根据英国市场研究公司Generator Research Ltd.的统计,已有超过51家公司提供智能手表,还有其他公司计划进入市场。

  使可穿戴产品时尚化将有助于确保因为很少有人喜欢被嘲笑穿着缺乏吸引眼球的产品,所以会穿戴这些产品。虽然这给时装业带来了负担,以便提出具有吸引力的案例,但它更难以设计工程师创建占据最小空间的高度集成的子系统,从而为时装设计师提供更多自由。几乎任何便携式设备都会遇到额外的设计挑战:降低功耗,使内部电池可以在两次充电之间持续数天或数周。此外,由于目标是让最终产品看起来更加时尚,这对缩小电池尺寸以减少系统体积提出了额外的挑战,同时保持电池可以提供的能量一致。

  为了保持时尚外观,蓝牙智能(也称为蓝牙低功耗,BTLE)和低功耗Wi-Fi接口等设备内置的无线连接是在可穿戴设备之间传输数据的两个主要连接以及智能手机,平板电脑或其他平台。这些无线接口消除了早期设备用于下载数据的连接器和电缆的需要。无线充电系统也开始出现,从而消除了设备所需的最后一个可能的连接器电缆。此外,主动式电源管理算法和电路必须集成到节能的嵌入式处理器和传感器中。此外,基于电子墨水,OLED或LCD等技术的低功耗显示器(大多数具有触摸屏功能)必须协同工作,以最大限度地减少功耗,同时提供各种工作或娱乐功能 - 电子邮件,预约时间表,位置信息,电话通知,心率监测,体温,GPS定位等等智能手表中有什么?

  当您检查任何智能手表时,它们的基本内部功能有些类似。设备中的有源电路通常包括低功率嵌入式处理器,无线通信接口(例如BT Smart),各种传感器(运动,压力,温度),为电路供电的电池以及某种类型的显示器,通常具有触摸屏功能(图2)。当然,为可穿戴设备的每个部分选择的组件将根据设备所要提供的性能和功能而有所不同。

  图2:典型的智能手表需要高度整合。在该系统图中,基本上有五个主要功能 - 运行应用程序代码的嵌入式处理器,蓝牙智能或Wi-Fi等无线接口,一个或多个传感器(陀螺仪,加速度计,温度等)以收集数据,显示器(通常是彩色LCD或AMOLED),以及具有电源管理支持的电池。例如,让我们来看看用户可自定义的Pebble电子纸手表(图3),它连接到iPhone和Android智能手机使用蓝牙,提醒用户对来电,电子邮件和消息进行无声振动。

  图3:Pebble电子手表允许用户查看来自电子邮件,短信,来电者的通知ID,日历和其他应用。它允许佩戴者下载表面以适合他/她的风格和兴趣。关键的内部组件将在下面讨论。

  已发布的报告1表明Pebble手表的主板包含一个Panasonic RF模块,为其提供蓝牙和蓝牙低功耗(BLE)功能。 Panasonic提供Digi-Key的两个蓝牙低功耗模块系列,单模PAN1720是蓝牙智能设备和蓝牙智能就绪的双模系列。在Pebble中,Panasonic蓝牙低功耗模块由德州仪器CC2564蓝牙控制器供电。 CC256x解决方案基于TI的第七代蓝牙核心,在单个芯片中支持蓝牙4.0双模(BR/EDR/LE)协议。 TI为开发人员提供免版税的软件蓝牙堆栈,该蓝牙堆栈预先集成了TI的MSP430和ARMCortex ® -M3和Cortex-M4 MCU。

  如图2所示,应用处理器是连接智能手表的关键元素。例如,考虑一下STMicroelectronics的高度集成处理器STM32F437,该处理器几乎包含了智能设备所需的所有电路。该MCU及其同类产品STM32F439xx基于高性能ARMCortex-M4 32位RISC内核,工作频率高达180 MHz。 RISC引擎具有单精度浮点单元(FPU),支持所有ARM单精度数据处理指令和数据类型。它还实现了一整套DSP指令。另外,处理器包括增强应用安全性的存储器保护单元。真正的随机数发生器(RNG)和硬件加密/解密引擎也支持系统安全性。

  STM32F437/439器件集成了高速嵌入式存储器(闪存高达2 Mbyte,高达256 kbytes) SRAM),高达4千字的备份SRAM,以及连接到两条APB总线,两条AHB总线位多AHB总线矩阵的各种增强型I/O和外设。所有器件均提供三个12位ADC,两个DAC,一个低功耗RTC,十二个通用16位定时器,包括两个用于电机控制的PWM定时器,两个通用32位定时器。它们还具有标准和高级通信接口以及具有XGA分辨率的LCD-TFT控制器。

  集成处理器只是适用于智能手表设计的众多高度集成的现成解决方案之一。然而,许多公司正在制定他们自己的专用IC解决方案,通过利用65纳米或更小的工艺节点来实现更高水平的集成和性能。这将允许处理器在更高的时钟频率下工作 - 通常超过250 MHz - 而不会增加功耗。反过来,较高的时钟频率开辟了新的功能可能性,因为处理器具有更多的计算周期,它可以在更复杂的应用程序中投入或同时运行多个应用程序。

  总之,本文提供了一些最新的可供消费者使用的腕戴式可穿戴计算设备。这些主要用于健身应用,并采用体域网络,基于低功率蓝牙无线接口,可以将佩戴者连接到智能手机或附近的基站,从而消除任何线路。我们还检查了为这些设计选择的一些部件。

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