縮短設計周期的方案 快速的傳感器設計 快速的MCU設計

電子工程師在設計可穿戴設備的時候往往會受到諸多限制，如功耗、重量和尺寸等，而其中對于大多數(shù)工程師來說，最為關鍵的一個設計參數(shù)便是產(chǎn)品上市速度，即工程師將設計概念轉(zhuǎn)化為實際可用產(chǎn)品的速度。越快完成這項轉(zhuǎn)化，就能越早針對系統(tǒng)中的重要部分以及應用進行進一步開發(fā)與優(yōu)化。

絕大多數(shù)可穿戴設備都以傳感器為基礎，用以測量用戶的步數(shù)、心率、姿態(tài)等相關參數(shù)。傳感器采集的數(shù)據(jù)由單個微控制器讀取并進行基本處理和存儲，隨后進行無線輸出，通常傳輸至智能手機上，而手機則進一步將這些數(shù)據(jù)發(fā)送至云端進行處理和報告。

作為業(yè)內(nèi)首個融合電子商務與在線社區(qū)的高質(zhì)量電子元件與解決方案分銷商，e絡盟將從設計方法、設計模式及整個設計生態(tài)系統(tǒng)的視角依次對這些模塊進行分析，以尋求有助于縮短各個模塊設計用時的方法。

更快速的傳感器設計

從傳感器上獲取原始數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)化為有實際意義的信息以供使用，這絕非易事。

所有傳感器都面臨這種難題，無論是加速計、陀螺儀、磁力計、光伏計、溫度計、壓力計還是可穿戴應用測量所使用的其他類型傳感器。工程師往往需要花費數(shù)周時間用于開發(fā)實現(xiàn)線性化的算法、調(diào)整傳感器偏移并逐個校準。盡管如此，仍有諸多方法來為這一進程提速。以Microchip Technology Inc. （美國微芯科技公司）生產(chǎn)的一款運動協(xié)處理器Microchip SSC7150 為例，它可以輕松地執(zhí)行基于嵌入式應用的運動功能，工程師無需精通傳感器技術，可加速上市進程。該處理器采用小型6mm × 6mm QFN封裝，支持9軸傳感器融和輸入，包括3D加速計、3D陀螺儀以及3D磁力計。主應用 MCU不再負責信息的收集和處理工作。與主MCU進行I2C連接后，主MCU便可從設備上直接讀取準確且已處理的位置和定位信息，從而實現(xiàn)更加快速的應用開發(fā)。

采用這種設計方案時還需將單個傳感器與協(xié)處理器相連接。此外還有一種更加簡捷的設計，即將傳感器預裝在模塊之上。Microchip生產(chǎn)的模塊MM7150，整合了SSC7150運動協(xié)處理器、Bosch BMC150（六軸數(shù)字羅盤）和BMG 160（三軸陀螺儀）。Microchip MM7150運動模塊采用單面設計，在制造過程中可輕松焊接。

更快速的MCU設計

談過了傳感器，在可穿戴應用的研發(fā)過程中，下一步就是MCU的選擇及固件的開發(fā)。

MCU用于控制應用、讀取輸入、驅(qū)動輸出以及實現(xiàn)不同系統(tǒng)模塊之間的通信。在嵌入式應用的設計流程中，軟件開發(fā)是最耗時也是最復雜的環(huán)節(jié)。大多數(shù)情況下工程師會使用C語言編程。他們需要為周邊設備編制驅(qū)動，并借助復雜的中斷例程整合各種周邊設備。此外，他們還需要開發(fā)更高水平的應用功能。通常那些運行較快的軟件其性能會更高，而軟件的開發(fā)、測試和調(diào)試往往需要經(jīng)歷一個迭代過程，這都需要付出時間和努力不斷改進。

在此階段，工程師若能縮短開發(fā)時間并實現(xiàn)尺寸與功耗的最優(yōu)化，將能夠切實推動可穿戴產(chǎn)品設計更快上市。市面上存在幾種方案有助于實現(xiàn)這一目標。Microchip以獨立于內(nèi)核的外設（CIP）理念為基礎，開發(fā)了大量8位和16位MCU，這樣一來，即使是簡單的設備也能夠更加廣泛地應用于多種應用當中。配備大量智能型互聯(lián)CIP的典型設備能夠整合這些外設在無內(nèi)核的情況下自主實現(xiàn)各類功能。由于這些功能完全依賴硬件而非軟件來實現(xiàn)，因此使用CIP能夠?qū)崿F(xiàn)遠勝于傳統(tǒng)8位MCU的系統(tǒng)性能，這就有利于簡化設計流程，并縮短軟件開發(fā)周期以及由此產(chǎn)生的測試和調(diào)試時間。此外，CIP可免除對復雜控制系統(tǒng)中各功能的驗證需要。

加快無線開發(fā)

多數(shù)可穿戴應用都設有無線連接功能。某些醫(yī)療應用或其他日志應用在通過USB等工具下載收集的信息之前，可能會先直接存儲數(shù)據(jù)。但一般而言，這些應用都是以無線方式連接。有時候，工程師可能還需要支持遠距離操作的無線連接。

這種情況下，我們有多種選擇，比如遠距離無線通信（LoRa）。然而多數(shù)情況下，可穿戴技術一般通過智能手機連接至個人網(wǎng)絡。在這類應用中，藍牙無線技術是最普遍的無線連接方式。

藍牙無線技術讓可穿戴產(chǎn)品設計師能夠任意選用數(shù)十億種Bluetooth Smart Ready智能手機作為其產(chǎn)品主機設備。借助低功耗藍牙或Bluetooth Smart技術，應用無需經(jīng)過硬件驗證便可直接連接至蘋果手機（包括iPhone 4S及其后代產(chǎn)品）。與傳統(tǒng)藍牙技術相比，這些技術可讓產(chǎn)品設計更快上市，同時也為應用設備能夠使用iBeacon協(xié)議提供了可能性。

就傳感器來說，一個適當?shù)哪K便可極大地加速在設計中添加藍牙無線技術的進程。所謂適當模塊就是指RF認證、天線設計與協(xié)議棧開發(fā)等已經(jīng)完成，工程師無需再為之耗費任何時間與精力。

加快云集成速度

大多數(shù)可穿戴應用需要連接到云端，這并不是一項輕松的任務。若要保證連接成功，就需要消除嵌入式設計人員與IT專業(yè)人員理念上的差異。

這兩組人員的工作處于完全不同的兩個世界。嵌入式設計人員關注字位和字節(jié)數(shù)，而IT專業(yè)人員關注的則是千兆與兆兆字節(jié)。這種差異化特點也存在于云連接嵌入式系統(tǒng)中的方方面面。

嵌入式工程師如何運行云應用呢？在設計過程中，他們需要綜合考慮服務器、存儲、安全性等諸多方面。慶幸的是，業(yè)內(nèi)現(xiàn)在有許多服務可以簡化和加速云解決方案的開發(fā)。其中之一就是亞馬遜云服務（AWS），包括亞馬遜彈性計算云服務（EC2）以及新近推出的AWS物聯(lián)網(wǎng)平臺。EC2服務讓用戶能夠以多種不同配置方式獲取和配置任意數(shù)量的服務器資源。AWS物聯(lián)網(wǎng)平臺能夠讓連接設備方便地與云應用及其他設備進行安全交互。AWS物聯(lián)網(wǎng)平臺還能夠支持數(shù)以億計的設備與信息，安全可靠地處這些理信息并發(fā)送到AWS端點及其他設備。藉此，設計人員無需管理任何基礎設施，便可以直接構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)應用，用于收集、處理、分析連接設備生成的數(shù)據(jù)并執(zhí)行相應任務。

總之，構(gòu)建可穿戴應用涉及許多復雜的開發(fā)難題，但同時，也存在一些模塊、工具及生態(tài)系統(tǒng)能夠切實加快可穿戴應用的開發(fā)。在可穿戴應用開發(fā)方面，電子元件僅僅是更復雜系統(tǒng)依托的平臺，構(gòu)建這個平臺并使之快速運行才是成功設計的關鍵所在。