可穿戴設備打造未來新生活

陳文霆

(湖北省宜昌市第一中學,湖北 宜昌 443000)

可穿戴設備打造未來新生活

陳文霆

(湖北省宜昌市第一中學,湖北 宜昌 443000)

隨著現代電子技術和信息技術的不斷發展,智能設備越來越多地進入到人們的日常生活之中.近幾年,尤其是可穿戴智能產品,不斷更新換代,科技感和實用性越來越強.可直接穿戴在人身上或整合進衣物中的智能移動設備被稱為可穿戴設備,例如現在的智能手表、智能手環、智能眼鏡等,理想的智能穿戴設備尺寸小、能聯網、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,總結了智能穿戴的分類、技術和發展,最后對智能穿戴的未來做出一定的展望.

可穿戴設備;智能化芯片;新生活

1 可穿戴設備簡介

1.1 可穿戴設備的概念

可穿戴設備作為新世紀以來最火的科技概念之一,一直被電子產業所大力研究和推廣.顧名思義,可穿戴設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備.然而根據情況不同,在不同的發展時期,可穿戴設備卻有著不同的定義.一般先進的智能穿戴設備可貼身、尺寸小,能夠實時與互聯網溝通,讓人們發現和捕獲信息的能力更強,信息的傳遞和交互也變得更加及時、輕松和快速,可以讓人們無論身處何地都可以便捷地訪問互聯網,獲取所需的信息,滿足各種生活、辦公和娛樂的需求.

1.2 可穿戴設備的應用

隨著可穿戴技術的不斷發展,伴隨著各種科技的不斷碰撞,可穿戴設備的產品形態變得豐富多樣,智能設備可以穿戴在人體的多個部位,如圖1所示.

圖1 可穿戴設備

比較常見的智能穿戴產品有手環、手表、眼鏡、飾品等,而現在穿在身上的電子織物、智能外套、智能頭盔等也開始普及,未來嵌入皮膚內的電路紋身、戴在眼睛上的隱形眼鏡都可能被人們使用.隨著科技的發展,可穿戴設備將越來越不被人們所感知,在不影響人們正常活動的情況下,以更加自然的狀態時刻采集數據,并為用戶提供服務.

依托現有的產品及服務,可穿戴設備主要運用在運動健身、健康醫療、娛樂等領域,如通過智能手環和手表測量運動狀態及步數、監測睡眠、測量心率等功能.隨著硬件與軟件技術的不斷變革和市場需求的日益擴大,可見的是智能穿戴的應用領域還會不斷擴大,擴大到智能家居、軍事、車聯網等多個行業.

2 可穿戴設備的發展

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

到20世紀70~80年代,首款內置計算機的手表Pulsar問世.這是首款"智能"計算機手表,它的走紅讓惠普、卡西歐紛紛在這個時代推出自己的計算機手表,在科技界和時尚界都掀起了一股潮流風.除了計算機手表,頭戴式攝像機和高端助聽器也開始出現.這些外觀功能多樣的初期可穿戴設備,為后續智能可穿戴的發展打下了良好的基礎,智能手表、頭戴式攝影設備等都成為了現在可穿戴設備的原型.另外,計算機手表、數字助聽器等在廣告牌、雜志上的宣傳,也讓公眾對可穿戴設備有了初步的認識,可穿戴設備的概念開始走入尋常百姓家.

到20世紀末21世紀初,可穿戴設備開始進入騰飛的應用時期.2000年,首款藍牙耳機問世,解放了人類的雙手;耐克和Fitbit分別在2006年和2008年將運動融入到可穿戴設備中.作為運動可穿戴產品的先行者,這兩款產品的出現拉開了運動可穿戴開發的大幕,后續出現的手環、手表的功能多有借鑒.在這個時期的可穿戴設備在外觀上已經做到了微小化,可以較為輕松地穿戴在身上,功能也更加實用.

而從2012年至今,智能穿戴產品則進入了蓬勃的快速發展期.Pebble是第一款通過眾籌而開發出來的智能手表,在預定時就被搶購一空;谷歌研發出高端產品谷歌眼鏡,這款增強現實眼鏡具有和智能手機一樣的功能,可以通過聲音控制拍照、進行視頻通話、辨別方向以及處理文字信息等.這個時期,智能穿戴設備迎來了密集發布期,三星的GalaxyGear系列、索尼的Smart Watch、Nike FuelBand等眾多優秀的可穿戴產品的出現,使可穿戴產品變得流行起來.

3 可穿戴設備的相關技術

3.1 關鍵器材

可穿戴設備的關鍵器材包括芯片、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,可穿戴設備中的芯片種類和數量要少很多.根據芯片的不同功能,芯片可以分為主控芯片和輔助芯片,一般有藍牙、WiFi、GPS、NFC芯片等.

(1)主控芯片.根據是否具備無線通信功能,可穿戴設備大體可以分為兩類.與智能手機類似,具備無線通信設備的芯片方案,一般采用SoC芯片解決方案或者AP+基帶的解決方案.基于功耗及續航能力的考慮,現階段絕大多數可穿戴設備并不具備無線通信功能,而是通過WiFi或者藍牙與智能設備或者現有網絡連接,實現數據傳輸的功能.主要的一些芯片組合情況見表1.

表1 可穿戴設備的芯片組合

其中,與手機、平板電腦等傳統智能設備不同,MCU幾乎是常見可穿戴設備的標配,如手環等設備甚至是基于MCU解決方案進行設計和研發.MCU對腕帶類可穿戴產品的功耗和待機時間起決定性作用,按照產品的不同類型和性能要求,應該選擇不同的MCU芯片.

近幾年,主控芯片的廠商都積極布局可穿戴領域,發布了一系列專用的芯片.例如英特爾的Edison系列、聯發科的Aster系列、飛思卡爾的WaRP系列等,同時基于ARM架構的功能更加強大的主控芯片正在開發之中.

(2)其它芯片.除了主控芯片外,低功耗藍牙、WiFi、藍牙、GPS以及基帶射頻芯片等,也是可穿戴設備的常用芯片.這幾類芯片會根據不同的產品需求和應用場景,被開發成不同的芯片組合,單一類型的芯片方案往往應用在功能較為簡單的產品上,其它芯片的主要情況如表2所示.

表2 可穿戴設備其它芯片情況

3.1.2 傳感器

各種各樣的傳感器是可穿戴產品的另一核心部件,同時它也是不可或缺的器件之一.沒有傳感器的設備就像無頭蒼蠅一樣,不能發揮任何作用.具體來說,可穿戴設備中的傳感器可以分為以下幾種.

(1)運動傳感器.偵測運動量的傳感器稱之為運動傳感器,一般包括加速度傳感器、陀螺儀、電子羅盤、大氣壓傳感器、觸控傳感器等,其主要是實現運動檢測、導航、娛樂、人機交互等功能.通過運動傳感器隨時測量、記錄和分析人體的活動情況具有很大的作用,通過這些傳感器,用戶可以準確地知道自己的步數、游泳圈數、騎車距離、能量消耗和睡眠時間,包括睡眠質量等.

(2)生物傳感器.監測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測健康狀況,通過佩戴這些傳感器的產品,可以實現健康預警和病情控制等功能.多應用在醫療領域,醫生可以通過可穿戴設備中的傳感器提高診斷精度,患者也可以及時發現自身的情況.

(3)環境傳感器.檢測環境中各種物理量變化的傳感器稱之為環境傳感器,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,主要起到環境監測、天氣預報、健康提醒等功能.

3.2 關鍵技術

可穿戴設備是新興的智能產品領域,其技術也是以低功耗的連接技術、顯示技術、處理器、傳感器、人機交互及整體解決方案為主,與智能手機和平板有較大的差異.

可穿戴設備的常用技術如表3所示.

雖然各項技術在可穿戴產品領域的應用深度和成熟度不同,但是推動可穿戴產品的繁榮和方便、豐富人們的生活體驗是它們共同的目標.

4 可穿戴設備的未來

雖然經歷了這幾年技術的突飛猛進,但是可穿戴領域還是存在著許多問題,其更多受限于續航、柔性器件、傳感器、安全等關鍵技術的瓶頸.未來可穿戴設備主要會向以下幾個方向發展.

(1)續航能力的提升.對于電池供電的設備,提升續航性能一般從開源和節流兩個方面來解決問題.也就是說,要么采用新能源和無線充電技術提升和補充電池電量,要么通過對主控、傳感器、顯示等單元的優化來降低功耗.

(2)傳感器技術優化.傳感器是可穿戴設備的"眼鏡和耳朵",對提升設備性能起著決定性作用.可越來越多的生物和智能傳感器被加入到可穿戴設備中,實現醫療領域的革命.而自帶的傳感器也會向智能化、低功耗、低成本和小體積方向發展.

(3)在設計上,可穿戴產品也會增強用戶的體驗.尺寸小巧,輕薄貼身;解放雙手,不用點按即可操作;隨時在線,實時溝通;擁有強大的抗干擾能力.

表3 可穿戴設備的常用技術

總之,可穿戴設備將越來越多地走進人們的日常生活之中,不論何時何地,我們都將通過這些產品解決生活上的實際問題,提高生活情趣和效率,可穿戴設備會像現在的手機一樣,成為每一個人的標配.

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