陳文霆

(湖北省宜昌市第一中學(xué),湖北 宜昌 443000)

可穿戴設(shè)備打造未來(lái)新生活

陳文霆

(湖北省宜昌市第一中學(xué),湖北 宜昌 443000)

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展,智能設(shè)備越來(lái)越多地進(jìn)入到人們的日常生活之中.近幾年,尤其是可穿戴智能產(chǎn)品,不斷更新?lián)Q代,科技感和實(shí)用性越來(lái)越強(qiáng).可直接穿戴在人身上或整合進(jìn)衣物中的智能移動(dòng)設(shè)備被稱為可穿戴設(shè)備,例如現(xiàn)在的智能手表、智能手環(huán)、智能眼鏡等,理想的智能穿戴設(shè)備尺寸小、能聯(lián)網(wǎng)、功能眾多,是人們的貼身生活助理.本文從智能穿戴的概念講起,總結(jié)了智能穿戴的分類、技術(shù)和發(fā)展,最后對(duì)智能穿戴的未來(lái)做出一定的展望.

可穿戴設(shè)備;智能化芯片;新生活

1 可穿戴設(shè)備簡(jiǎn)介

1.1 可穿戴設(shè)備的概念

可穿戴設(shè)備作為新世紀(jì)以來(lái)最火的科技概念之一,一直被電子產(chǎn)業(yè)所大力研究和推廣.顧名思義,可穿戴設(shè)備就是可以直接穿或戴在人身體上,或整合到人類衣物中的智能設(shè)備.然而根據(jù)情況不同,在不同的發(fā)展時(shí)期,可穿戴設(shè)備卻有著不同的定義.一般先進(jìn)的智能穿戴設(shè)備可貼身、尺寸小,能夠?qū)崟r(shí)與互聯(lián)網(wǎng)溝通,讓人們發(fā)現(xiàn)和捕獲信息的能力更強(qiáng),信息的傳遞和交互也變得更加及時(shí)、輕松和快速,可以讓人們無(wú)論身處何地都可以便捷地訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng),獲取所需的信息,滿足各種生活、辦公和娛樂(lè)的需求.

1.2 可穿戴設(shè)備的應(yīng)用

隨著可穿戴技術(shù)的不斷發(fā)展,伴隨著各種科技的不斷碰撞,可穿戴設(shè)備的產(chǎn)品形態(tài)變得豐富多樣,智能設(shè)備可以穿戴在人體的多個(gè)部位,如圖1所示.

圖1 可穿戴設(shè)備

比較常見(jiàn)的智能穿戴產(chǎn)品有手環(huán)、手表、眼鏡、飾品等,而現(xiàn)在穿在身上的電子織物、智能外套、智能頭盔等也開(kāi)始普及,未來(lái)嵌入皮膚內(nèi)的電路紋身、戴在眼睛上的隱形眼鏡都可能被人們使用.隨著科技的發(fā)展,可穿戴設(shè)備將越來(lái)越不被人們所感知,在不影響人們正?；顒?dòng)的情況下,以更加自然的狀態(tài)時(shí)刻采集數(shù)據(jù),并為用戶提供服務(wù).

依托現(xiàn)有的產(chǎn)品及服務(wù),可穿戴設(shè)備主要運(yùn)用在運(yùn)動(dòng)健身、健康醫(yī)療、娛樂(lè)等領(lǐng)域,如通過(guò)智能手環(huán)和手表測(cè)量運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及步數(shù)、監(jiān)測(cè)睡眠、測(cè)量心率等功能.隨著硬件與軟件技術(shù)的不斷變革和市場(chǎng)需求的日益擴(kuò)大,可見(jiàn)的是智能穿戴的應(yīng)用領(lǐng)域還會(huì)不斷擴(kuò)大,擴(kuò)大到智能家居、軍事、車聯(lián)網(wǎng)等多個(gè)行業(yè).

2 可穿戴設(shè)備的發(fā)展

雖然智能可穿戴的概念在近幾年才流行,但其實(shí)早在20世紀(jì)60~70年代,可穿戴設(shè)備就已有雛形.

到20世紀(jì)70~80年代,首款內(nèi)置計(jì)算機(jī)的手表Pulsar問(wèn)世.這是首款"智能"計(jì)算機(jī)手表,它的走紅讓惠普、卡西歐紛紛在這個(gè)時(shí)代推出自己的計(jì)算機(jī)手表,在科技界和時(shí)尚界都掀起了一股潮流風(fēng).除了計(jì)算機(jī)手表,頭戴式攝像機(jī)和高端助聽(tīng)器也開(kāi)始出現(xiàn).這些外觀功能多樣的初期可穿戴設(shè)備,為后續(xù)智能可穿戴的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ),智能手表、頭戴式攝影設(shè)備等都成為了現(xiàn)在可穿戴設(shè)備的原型.另外,計(jì)算機(jī)手表、數(shù)字助聽(tīng)器等在廣告牌、雜志上的宣傳,也讓公眾對(duì)可穿戴設(shè)備有了初步的認(rèn)識(shí),可穿戴設(shè)備的概念開(kāi)始走入尋常百姓家.

到20世紀(jì)末21世紀(jì)初,可穿戴設(shè)備開(kāi)始進(jìn)入騰飛的應(yīng)用時(shí)期.2000年,首款藍(lán)牙耳機(jī)問(wèn)世,解放了人類的雙手;耐克和Fitbit分別在2006年和2008年將運(yùn)動(dòng)融入到可穿戴設(shè)備中.作為運(yùn)動(dòng)可穿戴產(chǎn)品的先行者,這兩款產(chǎn)品的出現(xiàn)拉開(kāi)了運(yùn)動(dòng)可穿戴開(kāi)發(fā)的大幕,后續(xù)出現(xiàn)的手環(huán)、手表的功能多有借鑒.在這個(gè)時(shí)期的可穿戴設(shè)備在外觀上已經(jīng)做到了微小化,可以較為輕松地穿戴在身上,功能也更加實(shí)用.

而從2012年至今,智能穿戴產(chǎn)品則進(jìn)入了蓬勃的快速發(fā)展期.Pebble是第一款通過(guò)眾籌而開(kāi)發(fā)出來(lái)的智能手表,在預(yù)定時(shí)就被搶購(gòu)一空;谷歌研發(fā)出高端產(chǎn)品谷歌眼鏡,這款增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡具有和智能手機(jī)一樣的功能,可以通過(guò)聲音控制拍照、進(jìn)行視頻通話、辨別方向以及處理文字信息等.這個(gè)時(shí)期,智能穿戴設(shè)備迎來(lái)了密集發(fā)布期,三星的GalaxyGear系列、索尼的Smart Watch、Nike FuelBand等眾多優(yōu)秀的可穿戴產(chǎn)品的出現(xiàn),使可穿戴產(chǎn)品變得流行起來(lái).

3 可穿戴設(shè)備的相關(guān)技術(shù)

3.1 關(guān)鍵器材

可穿戴設(shè)備的關(guān)鍵器材包括芯片、傳感器、柔性元件、屏幕、電池等,其中芯片和傳感器最為重要.

3.1.1 芯片

相比較于智能手機(jī),可穿戴設(shè)備中的芯片種類和數(shù)量要少很多.根據(jù)芯片的不同功能,芯片可以分為主控芯片和輔助芯片,一般有藍(lán)牙、WiFi、GPS、NFC芯片等.

(1)主控芯片.根據(jù)是否具備無(wú)線通信功能,可穿戴設(shè)備大體可以分為兩類.與智能手機(jī)類似,具備無(wú)線通信設(shè)備的芯片方案,一般采用SoC芯片解決方案或者AP+基帶的解決方案.基于功耗及續(xù)航能力的考慮,現(xiàn)階段絕大多數(shù)可穿戴設(shè)備并不具備無(wú)線通信功能,而是通過(guò)WiFi或者藍(lán)牙與智能設(shè)備或者現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)連接,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?主要的一些芯片組合情況見(jiàn)表1.

表1 可穿戴設(shè)備的芯片組合

其中,與手機(jī)、平板電腦等傳統(tǒng)智能設(shè)備不同,MCU幾乎是常見(jiàn)可穿戴設(shè)備的標(biāo)配,如手環(huán)等設(shè)備甚至是基于MCU解決方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和研發(fā).MCU對(duì)腕帶類可穿戴產(chǎn)品的功耗和待機(jī)時(shí)間起決定性作用,按照產(chǎn)品的不同類型和性能要求,應(yīng)該選擇不同的MCU芯片.

近幾年,主控芯片的廠商都積極布局可穿戴領(lǐng)域,發(fā)布了一系列專用的芯片.例如英特爾的Edison系列、聯(lián)發(fā)科的Aster系列、飛思卡爾的WaRP系列等,同時(shí)基于ARM架構(gòu)的功能更加強(qiáng)大的主控芯片正在開(kāi)發(fā)之中.

(2)其它芯片.除了主控芯片外,低功耗藍(lán)牙、WiFi、藍(lán)牙、GPS以及基帶射頻芯片等,也是可穿戴設(shè)備的常用芯片.這幾類芯片會(huì)根據(jù)不同的產(chǎn)品需求和應(yīng)用場(chǎng)景,被開(kāi)發(fā)成不同的芯片組合,單一類型的芯片方案往往應(yīng)用在功能較為簡(jiǎn)單的產(chǎn)品上,其它芯片的主要情況如表2所示.

表2 可穿戴設(shè)備其它芯片情況

3.1.2 傳感器

各種各樣的傳感器是可穿戴產(chǎn)品的另一核心部件,同時(shí)它也是不可或缺的器件之一.沒(méi)有傳感器的設(shè)備就像無(wú)頭蒼蠅一樣,不能發(fā)揮任何作用.具體來(lái)說(shuō),可穿戴設(shè)備中的傳感器可以分為以下幾種.

(1)運(yùn)動(dòng)傳感器.偵測(cè)運(yùn)動(dòng)量的傳感器稱之為運(yùn)動(dòng)傳感器,一般包括加速度傳感器、陀螺儀、電子羅盤(pán)、大氣壓傳感器、觸控傳感器等,其主要是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、導(dǎo)航、娛樂(lè)、人機(jī)交互等功能.通過(guò)運(yùn)動(dòng)傳感器隨時(shí)測(cè)量、記錄和分析人體的活動(dòng)情況具有很大的作用,通過(guò)這些傳感器,用戶可以準(zhǔn)確地知道自己的步數(shù)、游泳圈數(shù)、騎車距離、能量消耗和睡眠時(shí)間,包括睡眠質(zhì)量等.

(2)生物傳感器.監(jiān)測(cè)生物體征量的傳感器稱之為生物傳感器,包括血糖傳感器、血壓傳感器、心電傳感器、肌肉傳感器、腦電波傳感器、體溫傳感器等.這些傳感器的主要功能是監(jiān)測(cè)健康狀況,通過(guò)佩戴這些傳感器的產(chǎn)品,可以實(shí)現(xiàn)健康預(yù)警和病情控制等功能.多應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域,醫(yī)生可以通過(guò)可穿戴設(shè)備中的傳感器提高診斷精度,患者也可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)自身的情況.

(3)環(huán)境傳感器.檢測(cè)環(huán)境中各種物理量變化的傳感器稱之為環(huán)境傳感器,一般有溫度傳感器、氣體傳感器、PH傳感器、紫外線傳感器、氣壓傳感器等,主要起到環(huán)境監(jiān)測(cè)、天氣預(yù)報(bào)、健康提醒等功能.

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

可穿戴設(shè)備是新興的智能產(chǎn)品領(lǐng)域,其技術(shù)也是以低功耗的連接技術(shù)、顯示技術(shù)、處理器、傳感器、人機(jī)交互及整體解決方案為主,與智能手機(jī)和平板有較大的差異.

可穿戴設(shè)備的常用技術(shù)如表3所示.

雖然各項(xiàng)技術(shù)在可穿戴產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用深度和成熟度不同,但是推動(dòng)可穿戴產(chǎn)品的繁榮和方便、豐富人們的生活體驗(yàn)是它們共同的目標(biāo).

4 可穿戴設(shè)備的未來(lái)

雖然經(jīng)歷了這幾年技術(shù)的突飛猛進(jìn),但是可穿戴領(lǐng)域還是存在著許多問(wèn)題,其更多受限于續(xù)航、柔性器件、傳感器、安全等關(guān)鍵技術(shù)的瓶頸.未來(lái)可穿戴設(shè)備主要會(huì)向以下幾個(gè)方向發(fā)展.

(1)續(xù)航能力的提升.對(duì)于電池供電的設(shè)備,提升續(xù)航性能一般從開(kāi)源和節(jié)流兩個(gè)方面來(lái)解決問(wèn)題.也就是說(shuō),要么采用新能源和無(wú)線充電技術(shù)提升和補(bǔ)充電池電量,要么通過(guò)對(duì)主控、傳感器、顯示等單元的優(yōu)化來(lái)降低功耗.

(2)傳感器技術(shù)優(yōu)化.傳感器是可穿戴設(shè)備的"眼鏡和耳朵",對(duì)提升設(shè)備性能起著決定性作用.可越來(lái)越多的生物和智能傳感器被加入到可穿戴設(shè)備中,實(shí)現(xiàn)醫(yī)療領(lǐng)域的革命.而自帶的傳感器也會(huì)向智能化、低功耗、低成本和小體積方向發(fā)展.

(3)在設(shè)計(jì)上,可穿戴產(chǎn)品也會(huì)增強(qiáng)用戶的體驗(yàn).尺寸小巧,輕薄貼身;解放雙手,不用點(diǎn)按即可操作;隨時(shí)在線,實(shí)時(shí)溝通;擁有強(qiáng)大的抗干擾能力.

表3 可穿戴設(shè)備的常用技術(shù)

總之,可穿戴設(shè)備將越來(lái)越多地走進(jìn)人們的日常生活之中,不論何時(shí)何地,我們都將通過(guò)這些產(chǎn)品解決生活上的實(shí)際問(wèn)題,提高生活情趣和效率,可穿戴設(shè)備會(huì)像現(xiàn)在的手機(jī)一樣,成為每一個(gè)人的標(biāo)配.

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