可穿戴设备打造未来新生活

陈文霆

(湖北省宜昌市第一中学,湖北 宜昌 443000)

可穿戴设备打造未来新生活

陈文霆

(湖北省宜昌市第一中学,湖北 宜昌 443000)

随着现代电子技术和信息技术的不断发展,智能设备越来越多地进入到人们的日常生活之中.近几年,尤其是可穿戴智能产品,不断更新换代,科技感和实用性越来越强.可直接穿戴在人身上或整合进衣物中的智能移动设备被称为可穿戴设备,例如现在的智能手表、智能手环、智能眼镜等,理想的智能穿戴设备尺寸小、能联网、功能众多,是人们的贴身生活助理.本文从智能穿戴的概念讲起,总结了智能穿戴的分类、技术和发展,最后对智能穿戴的未来做出一定的展望.

可穿戴设备;智能化芯片;新生活

1 可穿戴设备简介

1.1 可穿戴设备的概念

可穿戴设备作为新世纪以来最火的科技概念之一,一直被电子产业所大力研究和推广.顾名思义,可穿戴设备就是可以直接穿或戴在人身体上,或整合到人类衣物中的智能设备.然而根据情况不同,在不同的发展时期,可穿戴设备却有着不同的定义.一般先进的智能穿戴设备可贴身、尺寸小,能够实时与互联网沟通,让人们发现和捕获信息的能力更强,信息的传递和交互也变得更加及时、轻松和快速,可以让人们无论身处何地都可以便捷地访问互联网,获取所需的信息,满足各种生活、办公和娱乐的需求.

1.2 可穿戴设备的应用

随着可穿戴技术的不断发展,伴随着各种科技的不断碰撞,可穿戴设备的产品形态变得丰富多样,智能设备可以穿戴在人体的多个部位,如图1所示.

图1 可穿戴设备

比较常见的智能穿戴产品有手环、手表、眼镜、饰品等,而现在穿在身上的电子织物、智能外套、智能头盔等也开始普及,未来嵌入皮肤内的电路纹身、戴在眼睛上的隐形眼镜都可能被人们使用.随着科技的发展,可穿戴设备将越来越不被人们所感知,在不影响人们正常活动的情况下,以更加自然的状态时刻采集数据,并为用户提供服务.

依托现有的产品及服务,可穿戴设备主要运用在运动健身、健康医疗、娱乐等领域,如通过智能手环和手表测量运动状态及步数、监测睡眠、测量心率等功能.随着硬件与软件技术的不断变革和市场需求的日益扩大,可见的是智能穿戴的应用领域还会不断扩大,扩大到智能家居、军事、车联网等多个行业.

2 可穿戴设备的发展

虽然智能可穿戴的概念在近几年才流行,但其实早在20世纪60~70年代,可穿戴设备就已有雏形.

到20世纪70~80年代,首款内置计算机的手表Pulsar问世.这是首款"智能"计算机手表,它的走红让惠普、卡西欧纷纷在这个时代推出自己的计算机手表,在科技界和时尚界都掀起了一股潮流风.除了计算机手表,头戴式摄像机和高端助听器也开始出现.这些外观功能多样的初期可穿戴设备,为后续智能可穿戴的发展打下了良好的基础,智能手表、头戴式摄影设备等都成为了现在可穿戴设备的原型.另外,计算机手表、数字助听器等在广告牌、杂志上的宣传,也让公众对可穿戴设备有了初步的认识,可穿戴设备的概念开始走入寻常百姓家.

到20世纪末21世纪初,可穿戴设备开始进入腾飞的应用时期.2000年,首款蓝牙耳机问世,解放了人类的双手;耐克和Fitbit分别在2006年和2008年将运动融入到可穿戴设备中.作为运动可穿戴产品的先行者,这两款产品的出现拉开了运动可穿戴开发的大幕,后续出现的手环、手表的功能多有借鉴.在这个时期的可穿戴设备在外观上已经做到了微小化,可以较为轻松地穿戴在身上,功能也更加实用.

而从2012年至今,智能穿戴产品则进入了蓬勃的快速发展期.Pebble是第一款通过众筹而开发出来的智能手表,在预定时就被抢购一空;谷歌研发出高端产品谷歌眼镜,这款增强现实眼镜具有和智能手机一样的功能,可以通过声音控制拍照、进行视频通话、辨别方向以及处理文字信息等.这个时期,智能穿戴设备迎来了密集发布期,三星的GalaxyGear系列、索尼的Smart Watch、Nike FuelBand等众多优秀的可穿戴产品的出现,使可穿戴产品变得流行起来.

3 可穿戴设备的相关技术

3.1 关键器材

可穿戴设备的关键器材包括芯片、传感器、柔性元件、屏幕、电池等,其中芯片和传感器最为重要.

3.1.1 芯片

相比较于智能手机,可穿戴设备中的芯片种类和数量要少很多.根据芯片的不同功能,芯片可以分为主控芯片和辅助芯片,一般有蓝牙、WiFi、GPS、NFC芯片等.

(1)主控芯片.根据是否具备无线通信功能,可穿戴设备大体可以分为两类.与智能手机类似,具备无线通信设备的芯片方案,一般采用SoC芯片解决方案或者AP+基带的解决方案.基于功耗及续航能力的考虑,现阶段绝大多数可穿戴设备并不具备无线通信功能,而是通过WiFi或者蓝牙与智能设备或者现有网络连接,实现数据传输的功能.主要的一些芯片组合情况见表1.

表1 可穿戴设备的芯片组合

其中,与手机、平板电脑等传统智能设备不同,MCU几乎是常见可穿戴设备的标配,如手环等设备甚至是基于MCU解决方案进行设计和研发.MCU对腕带类可穿戴产品的功耗和待机时间起决定性作用,按照产品的不同类型和性能要求,应该选择不同的MCU芯片.

近几年,主控芯片的厂商都积极布局可穿戴领域,发布了一系列专用的芯片.例如英特尔的Edison系列、联发科的Aster系列、飞思卡尔的WaRP系列等,同时基于ARM架构的功能更加强大的主控芯片正在开发之中.

(2)其它芯片.除了主控芯片外,低功耗蓝牙、WiFi、蓝牙、GPS以及基带射频芯片等,也是可穿戴设备的常用芯片.这几类芯片会根据不同的产品需求和应用场景,被开发成不同的芯片组合,单一类型的芯片方案往往应用在功能较为简单的产品上,其它芯片的主要情况如表2所示.

表2 可穿戴设备其它芯片情况

3.1.2 传感器

各种各样的传感器是可穿戴产品的另一核心部件,同时它也是不可或缺的器件之一.没有传感器的设备就像无头苍蝇一样,不能发挥任何作用.具体来说,可穿戴设备中的传感器可以分为以下几种.

(1)运动传感器.侦测运动量的传感器称之为运动传感器,一般包括加速度传感器、陀螺仪、电子罗盘、大气压传感器、触控传感器等,其主要是实现运动检测、导航、娱乐、人机交互等功能.通过运动传感器随时测量、记录和分析人体的活动情况具有很大的作用,通过这些传感器,用户可以准确地知道自己的步数、游泳圈数、骑车距离、能量消耗和睡眠时间,包括睡眠质量等.

(2)生物传感器.监测生物体征量的传感器称之为生物传感器,包括血糖传感器、血压传感器、心电传感器、肌肉传感器、脑电波传感器、体温传感器等.这些传感器的主要功能是监测健康状况,通过佩戴这些传感器的产品,可以实现健康预警和病情控制等功能.多应用在医疗领域,医生可以通过可穿戴设备中的传感器提高诊断精度,患者也可以及时发现自身的情况.

(3)环境传感器.检测环境中各种物理量变化的传感器称之为环境传感器,一般有温度传感器、气体传感器、PH传感器、紫外线传感器、气压传感器等,主要起到环境监测、天气预报、健康提醒等功能.

3.2 关键技术

可穿戴设备是新兴的智能产品领域,其技术也是以低功耗的连接技术、显示技术、处理器、传感器、人机交互及整体解决方案为主,与智能手机和平板有较大的差异.

可穿戴设备的常用技术如表3所示.

虽然各项技术在可穿戴产品领域的应用深度和成熟度不同,但是推动可穿戴产品的繁荣和方便、丰富人们的生活体验是它们共同的目标.

4 可穿戴设备的未来

虽然经历了这几年技术的突飞猛进,但是可穿戴领域还是存在着许多问题,其更多受限于续航、柔性器件、传感器、安全等关键技术的瓶颈.未来可穿戴设备主要会向以下几个方向发展.

(1)续航能力的提升.对于电池供电的设备,提升续航性能一般从开源和节流两个方面来解决问题.也就是说,要么采用新能源和无线充电技术提升和补充电池电量,要么通过对主控、传感器、显示等单元的优化来降低功耗.

(2)传感器技术优化.传感器是可穿戴设备的"眼镜和耳朵",对提升设备性能起着决定性作用.可越来越多的生物和智能传感器被加入到可穿戴设备中,实现医疗领域的革命.而自带的传感器也会向智能化、低功耗、低成本和小体积方向发展.

(3)在设计上,可穿戴产品也会增强用户的体验.尺寸小巧,轻薄贴身;解放双手,不用点按即可操作;随时在线,实时沟通;拥有强大的抗干扰能力.

表3 可穿戴设备的常用技术

总之,可穿戴设备将越来越多地走进人们的日常生活之中,不论何时何地,我们都将通过这些产品解决生活上的实际问题,提高生活情趣和效率,可穿戴设备会像现在的手机一样,成为每一个人的标配.

[1]封顺天.可穿戴设备发展现状及趋势[J],中国工业经济,2014 年(3).

[2]宋博林.可穿戴设备的现状和未来发展方向概述[J].硅谷,2014 年(8).

[3]于南翔.可穿戴计算技术及其应用的新发展[J].数字通信,2012.04(3):13-33.

[4]陈东义.可穿戴式计算机的发展与趋势[J].重庆大学学报(自然科学版),2000,23(04):142-153.

[5]徐迎阳.可穿戴设备现状分析及应对策略[J].现代电信科技,2014.4(4):73-76.

TP309

A

1671-0711(2017)11(上)-0189-03