智能手表增添無線通信鏈路連接功能

智能手表和智能眼鏡等產(chǎn)品正在激增，其中大多數(shù)產(chǎn)品具有多種傳感器，低功耗嵌入式處理器，直視或虛擬顯示器以及無線通信鏈路（Wi-Fi或Wi-Fi等），可提供各種功能。藍牙）連接到智能手機，主機系統(tǒng)或互聯(lián)網(wǎng)。盡管這些高度集成的系統(tǒng)中的許多都提供了所需的功能，但它們通?！氨恐亍辈⑶胰狈r尚配飾的風(fēng)格吸引力。隨著蘋果，摩托羅拉，谷歌，三星，Timex，Pebble等公司推出時尚智能手表，這種情況開始發(fā)生變化（圖1）。對智能眼鏡以及手鐲，吊墜，甚至服裝（從運動鞋到襯衫，甚至是連衣裙）也同樣注重風(fēng)格，以賦予產(chǎn)品時尚魅力。

圖1：四款最新智能手表提供廣泛的功能組合。 Apple iWatch的三個版本顯示（a）使用數(shù)字表冠在屏幕上進行縮放和滾動，而Motorola 360提供圓形面部和語音控制來發(fā)送文本，設(shè)置提醒，檢查天氣和詢問方向（b）中。三星Gear 2不甘示弱，它包含一個攝像頭和一個紅外發(fā)射器，可以作為電視和其他紅外控制設(shè)備的遙控器（c）。最后，Timex Ironman One GPS +針對健身愛好者，包括GPS定位跟蹤，SOS預(yù)設(shè)信息，如果外出，音樂播放器和觸摸屏顯示器出現(xiàn)問題（d）。

最近的關(guān)注獲得了蘋果在2014年9月發(fā)布其iWatch的詳細信息時，許多其他大多數(shù)已經(jīng)提供第一代設(shè)備的公司正在準(zhǔn)備他們的第二代設(shè)備，這些設(shè)備將與Apple iWatch設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)相匹配。根據(jù)英國市場研究公司Generator Research Ltd.的統(tǒng)計，已有超過51家公司提供智能手表，還有其他公司計劃進入市場。

使可穿戴產(chǎn)品時尚化將有助于確保因為很少有人喜歡被嘲笑穿著缺乏吸引眼球的產(chǎn)品，所以會穿戴這些產(chǎn)品。雖然這給時裝業(yè)帶來了負擔(dān)，以便提出具有吸引力的案例，但它更難以設(shè)計工程師創(chuàng)建占據(jù)最小空間的高度集成的子系統(tǒng)，從而為時裝設(shè)計師提供更多自由。幾乎任何便攜式設(shè)備都會遇到額外的設(shè)計挑戰(zhàn)：降低功耗，使內(nèi)部電池可以在兩次充電之間持續(xù)數(shù)天或數(shù)周。此外，由于目標(biāo)是讓最終產(chǎn)品看起來更加時尚，這對縮小電池尺寸以減少系統(tǒng)體積提出了額外的挑戰(zhàn)，同時保持電池可以提供的能量一致。

為了保持時尚外觀，藍牙智能（也稱為藍牙低功耗，BTLE）和低功耗Wi-Fi接口等設(shè)備內(nèi)置的無線連接是在可穿戴設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)的兩個主要連接以及智能手機，平板電腦或其他平臺。這些無線接口消除了早期設(shè)備用于下載數(shù)據(jù)的連接器和電纜的需要。無線充電系統(tǒng)也開始出現(xiàn)，從而消除了設(shè)備所需的最后一個可能的連接器電纜。此外，主動式電源管理算法和電路必須集成到節(jié)能的嵌入式處理器和傳感器中。此外，基于電子墨水，OLED或LCD等技術(shù)的低功耗顯示器（大多數(shù)具有觸摸屏功能）必須協(xié)同工作，以最大限度地減少功耗，同時提供各種工作或娛樂功能 - 電子郵件，預(yù)約時間表，位置信息，電話通知，心率監(jiān)測，體溫，GPS定位等等智能手表中有什么？

當(dāng)您檢查任何智能手表時，它們的基本內(nèi)部功能有些類似。設(shè)備中的有源電路通常包括低功率嵌入式處理器，無線通信接口（例如BT Smart），各種傳感器（運動，壓力，溫度），為電路供電的電池以及某種類型的顯示器，通常具有觸摸屏功能（圖2）。當(dāng)然，為可穿戴設(shè)備的每個部分選擇的組件將根據(jù)設(shè)備所要提供的性能和功能而有所不同。

圖2：典型的智能手表需要高度整合。在該系統(tǒng)圖中，基本上有五個主要功能 - 運行應(yīng)用程序代碼的嵌入式處理器，藍牙智能或Wi-Fi等無線接口，一個或多個傳感器（陀螺儀，加速度計，溫度等）以收集數(shù)據(jù)，顯示器（通常是彩色LCD或AMOLED），以及具有電源管理支持的電池。例如，讓我們來看看用戶可自定義的Pebble電子紙手表（圖3），它連接到iPhone和Android智能手機使用藍牙，提醒用戶對來電，電子郵件和消息進行無聲振動。

圖3：Pebble電子手表允許用戶查看來自電子郵件，短信，來電者的通知ID，日歷和其他應(yīng)用。它允許佩戴者下載表面以適合他/她的風(fēng)格和興趣。關(guān)鍵的內(nèi)部組件將在下面討論。

已發(fā)布的報告1表明Pebble手表的主板包含一個Panasonic RF模塊，為其提供藍牙和藍牙低功耗（BLE）功能。 Panasonic提供Digi-Key的兩個藍牙低功耗模塊系列，單模PAN1720是藍牙智能設(shè)備和藍牙智能就緒的雙模系列。在Pebble中，Panasonic藍牙低功耗模塊由德州儀器CC2564藍牙控制器供電。 CC256x解決方案基于TI的第七代藍牙核心，在單個芯片中支持藍牙4.0雙模（BR/EDR/LE）協(xié)議。 TI為開發(fā)人員提供免版稅的軟件藍牙堆棧，該藍牙堆棧預(yù)先集成了TI的MSP430和ARM?Cortex ? -M3和Cortex-M4 MCU。

主板上的其他注意事項包括：

STMicroelectronics的STM32F205RE ARM Cortex-M3 MCU，最高速度為120 MHz

STMicroelectronics LIS3DH 3軸加速度計

德州儀器（TI）bq24040 1 A電池充電器

飛思卡爾Xtrinsic MAG3110 3D數(shù)字磁力計

如圖2所示，應(yīng)用處理器是連接智能手表的關(guān)鍵元素。例如，考慮一下STMicroelectronics的高度集成處理器STM32F437，該處理器幾乎包含了智能設(shè)備所需的所有電路。該MCU及其同類產(chǎn)品STM32F439xx基于高性能ARMCortex-M4 32位RISC內(nèi)核，工作頻率高達180 MHz。 RISC引擎具有單精度浮點單元（FPU），支持所有ARM單精度數(shù)據(jù)處理指令和數(shù)據(jù)類型。它還實現(xiàn)了一整套DSP指令。另外，處理器包括增強應(yīng)用安全性的存儲器保護單元。真正的隨機數(shù)發(fā)生器（RNG）和硬件加密/解密引擎也支持系統(tǒng)安全性。

STM32F437/439器件集成了高速嵌入式存儲器（閃存高達2 Mbyte，高達256 kbytes） SRAM），高達4千字的備份SRAM，以及連接到兩條APB總線，兩條AHB總線和一條32位多AHB總線矩陣的各種增強型I/O和外設(shè)。所有器件均提供三個12位ADC，兩個DAC，一個低功耗RTC，十二個通用16位定時器，包括兩個用于電機控制的PWM定時器，兩個通用32位定時器。它們還具有標(biāo)準(zhǔn)和高級通信接口以及具有XGA分辨率的LCD-TFT控制器。

集成處理器只是適用于智能手表設(shè)計的眾多高度集成的現(xiàn)成解決方案之一。然而，許多公司正在制定他們自己的專用IC解決方案，通過利用65納米或更小的工藝節(jié)點來實現(xiàn)更高水平的集成和性能。這將允許處理器在更高的時鐘頻率下工作 - 通常超過250 MHz - 而不會增加功耗。反過來，較高的時鐘頻率開辟了新的功能可能性，因為處理器具有更多的計算周期，它可以在更復(fù)雜的應(yīng)用程序中投入或同時運行多個應(yīng)用程序。

總之，本文提供了一些最新的可供消費者使用的腕戴式可穿戴計算設(shè)備。這些主要用于健身應(yīng)用，并采用體域網(wǎng)絡(luò)，基于低功率藍牙無線接口，可以將佩戴者連接到智能手機或附近的基站，從而消除任何線路。我們還檢查了為這些設(shè)計選擇的一些部件。