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物聯(lián)網(wǎng)穿上了基于傳感器的可穿戴設(shè)備

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關(guān)鍵詞: 可穿戴設(shè)備,智能手表,谷歌眼鏡

      可穿戴設(shè)備將在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域占據(jù)相當(dāng)大的份額。 基于傳感器并以無(wú)線方式連接的可穿戴設(shè)備,正從科幻劇《星際迷航》中的幻想產(chǎn)品變身為市場(chǎng)上實(shí)實(shí)在在的智能手表、健身腕帶和聯(lián)網(wǎng)式眼鏡(如,谷歌眼鏡)。怎樣才能迅速地被廣為接受?可穿戴設(shè)備需要相當(dāng)長(zhǎng)的電池使用壽命、足夠的隱私保護(hù)能力和足夠低的成本。

      讓可穿戴技術(shù)由一時(shí)的熱門貨 變?yōu)闀r(shí)尚流行品,錢不是問(wèn)題。 根據(jù) IDTechEx 提供的數(shù)據(jù),Microsoft、Google、Cisco、Apple 和 Oracle 公司共掌控著 2450 億美元現(xiàn)金,這些公司都對(duì)可穿戴技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 和人聯(lián)網(wǎng) (IOP) 表現(xiàn)出濃厚的興趣。 成立投資基金的公告經(jīng)常占據(jù)著各大媒體頭條,包括 Salesforce Ventures 針對(duì)新型移動(dòng)應(yīng)用和聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的 1 億美元專項(xiàng)投資。

      Intel 與 Fossil 最近關(guān)于可穿戴技術(shù)開(kāi)發(fā)的共同聲明,也是這一潮流到來(lái)的明證。 在Intel 最近舉辦的 Intel 開(kāi)發(fā)者論壇期間,該公司首席執(zhí)行官 Brian Krzanich 指出,通過(guò)推出其它的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和系統(tǒng),Intel 將繼續(xù)沿著可穿戴這條道路走下去。 例如,該公司的 Edison 平臺(tái)是一臺(tái)微型計(jì)算機(jī),采用了一塊具有 Wi-Fi 和藍(lán)牙功能的 22 nm 芯片,并可設(shè)計(jì)到針對(duì)下一代可穿戴設(shè)備的零件中。 各種計(jì)劃包括更高的可用性和更強(qiáng)的時(shí)尚性,而后者是獲得大眾認(rèn)可的關(guān)鍵。

      盡管可穿戴概念已不是新生事物,但迄今為止,其功能化應(yīng)用仍更多地停留在工業(yè)領(lǐng)域,并且只有少數(shù)人使用象 MicroOptical 之類工具顯示保養(yǎng)說(shuō)明、指示零件故障。 谷歌眼鏡已用于固定資產(chǎn)維護(hù)以及健身、醫(yī)療領(lǐng)域。

      所有這些應(yīng)用均依賴最基礎(chǔ)的傳感器,在新產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)激動(dòng)人心的功能。 例如,象 Texas Instruments 2.4 GHz 藍(lán)牙低功耗片上系統(tǒng) SensorTag 開(kāi)發(fā)套件中使用的傳感器、STMicroelectronics 的 L3GD20 MEMS 運(yùn)動(dòng)傳感器和該公司的 BlueNRG 之類傳感器,便是目前已在使用的傳感器產(chǎn)品類型的實(shí)例,同樣實(shí)例還有 Honeywell 的磁阻傳感器 IC。 讓我們探討一下其中的原因。

      藍(lán)牙技術(shù)能效高、功耗低、安全性強(qiáng)且易于實(shí)施。 換言之,藍(lán)牙技術(shù)對(duì)于可穿戴通訊來(lái)說(shuō)是一種很自然的選擇。 Texas Instruments 的 CC2541SensorTag 開(kāi)發(fā)套件設(shè)計(jì)用于簡(jiǎn)化低功耗藍(lán)牙傳感器應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。 應(yīng)用開(kāi)發(fā)商利用藍(lán)牙技術(shù)能夠快速、輕松地為低功耗藍(lán)牙配件編寫智能手機(jī)應(yīng)用,而無(wú)需開(kāi)發(fā)其它嵌入式硬件或軟件。

       SensorTag 套件包括(圖 1)包括:

      ·1 個(gè)帶有外殼的 CC2541 SensorTag

      ·1 塊 CR2032 電池

      ·1 顆螺釘(用于固定外殼)

      快速入門指南

      該套件的射頻電路板已通過(guò) FCC 和 IC 認(rèn)證和測(cè)試,滿足 ETSI/R&TTE 從 0°C 至 +35°C 的超溫要求并且集成了一個(gè) PCB 天線。

    物聯(lián)網(wǎng)穿上了基于傳感器的可穿戴設(shè)備

      圖 1:Texas Instruments 的 SensorTag 開(kāi)發(fā)套件采用六個(gè)傳感器,能讓開(kāi)發(fā)人員輕松、簡(jiǎn)單地完成設(shè)計(jì)。

      SensorTag 套件包括以下傳感器:

      ·Texas Instruments 的 IR 溫度傳感器 (TMP006)

      ·Sensirion 的濕度傳感器

      ·Epcos 的壓力傳感器

      ·Kionix 的加速計(jì)

      ·InvenSense 的陀螺儀

      ·Freescale 的磁力儀 (MAG3110)

      TI 的 SensorTag CC2541(圖 2)的基礎(chǔ)器件是六個(gè)傳感器,這些傳感器均是高能效、低成本、小型表面貼裝器件。 這些傳感器采用 I2C 接口,并通過(guò)獨(dú)立的使能信號(hào)與相同的接口總線連接。 為保持低電流消耗,所有傳感器的默認(rèn)狀態(tài)為“禁用”,且在相鄰兩次測(cè)量期間處于休眠模式。

    物聯(lián)網(wǎng)穿上了基于傳感器的可穿戴設(shè)備 

      圖 2:TI SensorTag 的功能框圖。

      CC2541 特別適合要求超低功耗的系統(tǒng)。 該器件的工作模式轉(zhuǎn)換時(shí)間較短,能夠進(jìn)一步降低功耗。 具體應(yīng)用包括 2.4 GHz 專有和低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)、人機(jī)接口設(shè)備、消費(fèi)類電子產(chǎn)品和移動(dòng)電話應(yīng)用。

      使用可穿戴設(shè)備時(shí),重點(diǎn)是需要知道您在哪里以及將去向哪里,并且提供這些信息的傳感器必須體積小、性能高、可靠。 采用 STMicroelectronics LSM303C 電子羅盤的一個(gè)例子如圖 3 所示。 該器件被宣稱是全球體積最小的電子陀螺儀,它在單封裝中集成了一個(gè) 3 軸加速計(jì)和一個(gè) 3 軸磁力儀。

    物聯(lián)網(wǎng)穿上了基于傳感器的可穿戴設(shè)備 

      圖 3:針對(duì)可穿戴設(shè)備的 STMicroelectronics LSM303C 電子羅盤框圖。

      該芯片尺寸僅 2 mm x 2 mm 且比同類器件縮小近 20%,可用于實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的導(dǎo)航和運(yùn)動(dòng)敏感性功能。

      該器件的特性包括:

      ·傾斜補(bǔ)償羅盤

      ·地圖旋轉(zhuǎn)

      ·位置檢測(cè)

      ·運(yùn)動(dòng)激活功能

      ·自由落體檢測(cè)

      ·單擊/雙擊識(shí)別

      ·步程計(jì)

      ·智能化節(jié)電功能

      在運(yùn)動(dòng)監(jiān)視腕帶或智能手表中節(jié)省空間極為關(guān)鍵,ST 的 LSM303C 電子羅盤相比同類競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品可節(jié)省近 1 mm2 印刷電路板空間。 設(shè)計(jì)人員能優(yōu)化元件布局,將 Wi-Fi、藍(lán)牙和蜂窩式無(wú)線電干擾降至最小。LSM303C 的小尺寸有助于減小可穿戴設(shè)備的體積。

      自然地,這不完全是傳感器本身——還有向可穿戴應(yīng)用提供具有魔術(shù)般功能的使能技術(shù),如 STMicroelectronics 的 BlueNRG 低功耗藍(lán)牙無(wú)線網(wǎng)絡(luò)處理器。 在諸如手表、健身器材、保健和體育運(yùn)動(dòng),以及消費(fèi)類醫(yī)療和生活輔助之類應(yīng)用中,BlueNRG 可用作主設(shè)備或者從設(shè)備。

      這 種完全型低功耗藍(lán)牙協(xié)議棧在嵌入式 ARM Cortex-M0 內(nèi)核上運(yùn)行,同時(shí)非易失性閃存存儲(chǔ)器則允許現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)。 它設(shè)計(jì)用于在使用標(biāo)準(zhǔn)紐扣電池時(shí)滿足嚴(yán)格的峰值電流要求,在 1 dBm 輸出功率時(shí)的最大峰值電流僅 10 mA。 超低功耗休眠模式和非常短的工作模式轉(zhuǎn)換時(shí)間,可確保非常小的平均電流消耗,進(jìn)而達(dá)到更長(zhǎng)的電池續(xù)航時(shí)間。 BlueNRG 還提供了利用 SPI 傳輸層連接外部微控制器的選用功能。

      能夠滿足超高靈敏度、低電流運(yùn)行和超小基底面要求的器件,當(dāng)屬 Honeywell 的 Nanopower(微功耗)系列。 該系列提供兩個(gè)磁性靈敏度,以適應(yīng)各種設(shè)計(jì)需求,包括用于要求磁靈敏度超高、電流消耗非常低的應(yīng)用中的 SM351LT。 相比之下,SM353LT 適用于需要非常高的磁靈敏度和非常低的電流消耗的應(yīng)用。

      這種充滿各類型傳感器的物聯(lián)網(wǎng)與可穿戴應(yīng)用的融合,在實(shí)時(shí)事件監(jiān)視和結(jié)果通訊比較重要的應(yīng)用中將繼續(xù)擴(kuò)大。 此外,只要現(xiàn)場(chǎng)人員為解決問(wèn)題或者評(píng)估當(dāng)前條件而需要訪問(wèn)數(shù)據(jù),這種融合也會(huì)擴(kuò)大。 隨著這些技術(shù)更頻繁地被采用,成本將降低,使得甚至是今天難以想象的新應(yīng)用也會(huì)得以更大量地使用。

    (審核編輯: 智匯張瑜)

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