可穿戴式通信计算机

关键词： 空巢 人口老龄化 引言 老年人

可穿戴式通信计算机（精选十篇）

可穿戴式通信计算机 篇1

目前,在我国消防部队的灭火作战和抢险救援过程中,战斗现场的通信指挥工作存在效率较低的问题,主要原因在于:战斗现场的通信指挥主要采用传统的大功率对讲机、车载台等设备,在指战员之间进行半双工的语音通信。而在在战斗现场环境嘈杂(被困人员的哭喊声、物质的燃烧声、破裂的气体管道喷出高压气声等)的情况下,很难用对讲机及时准确地进行交流、协作与指挥。在消防战例中,经常可以看到通信不畅的状况,很大程度上是由于环境和通信工具造成的(如1995年12月16日的北京罗马公寓地下仓库火灾、2003年11月3日的湖南衡阳火灾、2004年2月15日的吉林中百商厦火灾、2004年4月16日的重庆天原化工厂氯气泄漏事故、2005年11月13日吉林石化公司双苯厂苯胺车间发生的爆炸火灾等过程中都提到了通信不畅的问题)［１－２］。

同时,鉴于传统移动通信不能同时高速传送音频、视频、数据的现状,许多国家都开始了替代移动通信工具(可穿戴式通信计算机:Wearable Computer)的研究,这些研究主要应用于军事、公安等特殊行业。在这一系列研究中,军事上最具代表性且最成功的是美国的数字化单兵系统———陆地勇士系统［３］(Land Warrior)。

因此,鉴于国内消防灭火和抢险救援战斗通信指挥形势及国外军事等特殊行业对可穿戴式通信计算机的研究状况,为切实提高消防部队在噪音环境下灭火作战和抢险救援中的工作效率,减少灾害带来的人员与财产损失,降低战斗中的人员伤亡,建立一个噪音环境下可穿戴式通信计算机消防无线组网方案是十分必要和迫切的。

1可穿戴式通信计算机

可穿戴式通信计算机(Wearable Computer)是一类微型或超微型、可穿戴、人机“最佳结合与协同”的新概念微型个人移动计算系统,其在体系结构、功能、形态及使用方式上都迥异于现今流行的移动计算系统。它通过穿戴在使用者身上的方式来实现人机紧密结合,表现为一种人- 机共生的形式,体现了人- 机紧密结合与协同的新型关系,由此也决定了可穿戴式通信计算机具有传统计算机所不具备的属性、交互方式和功能。

可穿戴式通信计算机应具备以下5个特征:1可在运动状态下使用;2可腾出双手;3成为衣物的一部分;4可进行控制;5可持续性。可穿戴式通信计算机的典型系统由主机、电源、输入设备(键盘、鼠标等)和输出设备(头戴显示器HMD)等几部分组成。另外,根据用户的不同需求,还可配备相应的外部设备,如无线通信设备、语音输入输出设备、图像采集设备、全球定位系统(GPS系统或北斗星系统)以及各种传感器。

2以可穿戴式计算机为载体的消防战斗现场无线通信指挥模式设计

2.1模式功能设计

(1)可穿戴式通信计算机持有者之间能进行较高音质的双工语音通信。要求改变使用语音质量较差、容易操作失误的半双工对讲机通话的现状,实现在噪音环境下清晰的双工语音通信。

(2)消防通信指挥车能显示、控制、管理、记录可穿戴式通信计算机持有者的通信。

2.2硬件设计

2.2.1可穿戴式通信计算机硬件设计

为满足消防战斗通信指挥的需求,可穿戴式通信计算机必须拥有音频双向传输、交互功能。

其中,前后方消防指令的传达、信息的传输由802. 11g无线通信技术完成;可穿戴式通信计算机主机与手控键盘、耳机、Microphone终端设备的信息传输由Blue- tooth无线通信技术完成;参战消防员之间的信息交互、 配合由颅骨振动式消防通信头盔完成。 可穿戴式通信计算机具体可实现的功能及用于完成相应功能的部件如图1所示。

2.2.2消防通信指挥车硬件设计

消防通信指挥车中配备服务器,以有线方式与AP相连,用于与可穿戴式通信计算机持有者之间的音频信息传输、记录与管理。同时,在服务器控制端安装无线通信控制软件(类似QQ、MSN的音频显示控制软件),用于管理各可穿戴式通信计算机持有者之间的通信。

2.3软件设计

为便于实现消防通信指挥车服务器端与可穿戴式通信计算机之间的信息传输,笔者对指挥车服务器与可穿戴式通信计算机的软件功能进行了初步设计。

2.3.1消防通信指挥车服务器端

由于消防通信指挥车的服务器必须通过AP以IEEE802.11g和消防现场的可穿戴式通信计算机进行通信。因此,在服务器端的软件必须具有用户管理功能、通信功能、音频记录与切换功能等,具体如下:1用户管理功能:主要负责核实用户的身份与权限,负责用户登录、定位管理;2通信功能:用来负责与可穿戴式通信计算机之间的通信;3音频记录、切换功能:切换各穿戴式计算机持有者的通话,进行监听和录音。

2.3.2可穿戴式通信计算机端

软件主要具有用户状态功能与通信功能:1用户状态功能:主要负责用户的工作状态;2通信功能:负责可穿戴式通信计算机与服务器、可穿戴式通信计算机之间的信息传输。

2.4无线通信网络设计

由于消防战斗的移动性与指挥的分布性特点,使消防信息的交互与指挥的执行都要通过无线传输来实现。因此,现场消防通信指挥车与佩戴可穿戴式通信计算机的消防战斗员之间采用何种无线通信网络技术实现音频信息的传输显得十分重要。

2.4.1蓝牙(Bluetooth)技术

通过在可穿戴式通信计算机中安装蓝牙(Bluetooth) 2.0+技术,实现可穿戴式通信计算机主机与通信头盔(含针孔摄像头、颅骨振动式耳机、耳麦)、手控键盘等终端设备之间的信息传输。传输过程如图2所示。

2.4.2 IEEE802.11g技术

现场参战消防员之间的交互主要通过组建基于IEEE802.11g技术的WLAN来实现。图3为网络通信功能示意。

消防现场采用IEEE802.11g支持的无线局域网技术。可穿戴式通信计算机主机配有支持IEEE802.11g协议的无线网卡,消防通信指挥车上配有AP。 此外, IEEE802.11g采用的2.4GHz通信频段,会因为建筑物的阻挡而在室内传播距离有限,因此要根据抢险救援及火灾现场建筑物情况来设置无线通信网络。

(1)空旷地带的火灾及抢险救援现场通信组网。可采用一辆消防通信指挥车、一个AP与各个参战消防员组网的方式进行通信,通信状况如图4所示。

(2)火灾建筑物面积较小情况下的通信组网。由于建筑物面积较小,故建筑物中的每个角落都在消防指挥车的无线网络覆盖范围之内,因此其组网方式与空旷地带通信类似,具体情况如图5所示。

(3)火灾建筑物面积较大情况下的通信组网。出动一辆消防通信指挥车,随车携带一至两个小型无线移动AP, 在灭火或抢险救援过程中,由消防战斗员放置移动小型AP于火场合适位置作为中继使用,实现战斗员与指挥车的无线通信,具体情况如图6所示。

(4)在建筑物平面面积很大时的通信组网。在消防通信指挥车无线网络覆盖范围无法达到的地方,消防队员之间的交互则需要依靠自组网(Ad hoc)。Ad hoc无线自组网的终端是一个节点,同时也是一个路由点,结合了路由协议,能够以接力的方式将信号传输到自身网络不能发送的地点,以一种更为灵活的方式进行通信。所以在特殊情况下,在消防现场可以采用infrastructure和Ad hoc相结合的混合模式进行通信,室外采用infrastructure,室内采用Ad hoc,将两种模式结合以保证通信的持续性。

消防现场人员佩戴可穿戴式通信计算机,现场采用WLAN进行互连,硬件支持设备包括可穿戴式通信计算机的WLAN无线网卡和消防通信指挥车上的接入点AP。 现场部分消防员还能够通过可穿戴式通信计算机上的WLAN无线网卡与消防通信指挥车进行交互,接收指挥车的指挥、管理并共享数据,形成一个分布式的移动多媒体协作系统。部分消防员根据自己的需要通过Ad hoc建立协作,进行语音的自由交互。

2.5消防战斗现场通信指挥模式设计

鉴于当前消防部队的各级领导在灾害发生后都在灾害现场成立指挥部进行现场指挥的实际,消防战斗现场通信指挥分为两个层次:

(1)现场指挥一级网:入网人员为大队以下指战员,消防通信车装备一个AP作为中转台(一般一个大队拥有一辆消防通信指挥车),进行无线数据的中转。当消防通信车的无线覆盖范围超过火灾建筑或抢险救援现场时,无线通信的实现如图5所示;当消防通信车的无线覆盖范围仅为火灾建筑或抢险救援现场的一部分时,可以采用移动小型AP于火场合适位置进行中继的方式实现无线通信,具体如图6所示。

(2)现场指挥二级网:支队以上单位派指挥员参加灭火求援行动,与地方政府、公安、水电、行业专家共同组成总指挥部,各通信车构成前沿指挥部,总指挥部利用消防指挥车与参战的大队及中队指挥员组建二级指挥网(见图7),对现场的灭火救援行动进行指挥。为了取得稳定、良好、高速的传输效果,总指挥部与前沿指挥部的消防通信车通过防火、耐高温同轴电缆传输信息。

2.6模式发展阶段设计

鉴于可穿戴式通信计算机装备的昂贵以及操作员必须具备一定计算机知识,考虑未来成本降低及人员素质提高的方式是,将消防用可穿戴式通信计算机的配备分为3个阶段进行:第一阶段,先成立可穿戴式通信计算机实验消防大队,队员由选拔出的高素质消防员组成;第二阶段, 积累一定经验并培训一批掌握可穿戴式通信计算机性能的特勤消防员后,由实验阶段转向推广阶段,特勤大队队员配备可穿戴式通信计算机;第三阶段,随着经济条件的成熟,人员素质水平的提高,消防战斗员的配备实现一人一机、定人定机,并不断提高消防部队的灭火与抢险救援能力。当然,在简单的灭火或抢险救援过程中,仍可采用对对讲讲机机等等传传统统通通信信设设备备进进行行现现场场通通信信指指挥挥。。

参考文献

[1]康青春,黄金印.中外抢险救援典型战例精选[M].北京:红旗出版社,2005:35-45,106-122,359-367.

[2]STEVE MANN.Humanistic computing:wearcomp as a new framework and application for intelligent signal[J].Proceedings of The IEEE,1998,86(11):2123-2151.

[3]陈东义.可穿戴式计算机的发展与趋势(Ⅰ)[J].重庆大学学报:自然科学版,2000,23(3):119-124.

[4]丛明可.穿戴计算机简介[J].计算机仿真,2005(2):261-264.

[5]王玉玺,沈为民.可穿戴式通信计算机的研究发展现状[J].哈尔滨师范大学自然科学学报,2002(5):38-43.

可穿戴式通信计算机 篇2

通用分组无线业务(GPRS)是在现有的全球移动通信系统(GSM)网络基础上叠加了一个新的网络，’它充分利用了现有移动通信网的设备，在GSM网络上增加一些硬件设备并进行软件升级，形成一个新的网络逻辑实体。它突破了GSM网只能提供电路交换的思维定式，以分组交换技术为基础，采用IP数据网络协议，能够提供比现有GSM网9．6kbps更高的数据速率，其数据速率可达170kbps；它可以给GSM用户提供移动环境下的高速数据业务，包括收发电子邮件、因特网浏览等IP业务功能[5]。

由于GPRS是分组交换技术，应用了统计复用技术，因此GPRS开通的数据通信是按用户数据的传输信息量计费，而不是按传统的按时计费方式，所以对用户而言还可以节省费用。另外，由于GPRS支持X．25协议和IP协议，因此，对于GSM网现有电路交换数据业务(CSD)和短信息业务(SMS)，GPRS是补充而不是替代。

GPRS开启了大众移动数据应用的大门。采用GPRS技术，用户可以得到以下好处：只对传输数据收费(实际用量)而对连接间隙不收费；保持永久连接；通过IP的直接ISP接人更廉价；新的应用能够实现真正的插人及操作方案；用户可以即时接人多种服务，如：在上网的同时可以进行语音呼叫；手机的IP功能(互联网、遥测、电子商务等)。

基于可穿戴计算机的可移动性和灵活性，能够与外界进行良好的无线通信成为其必备的功能。因此，笔者为WearComp配备了一个基于GPRS技术的无线网卡。

4．2 USB接口的GPRS Modem的设计

4．2．1 硬件设计

本Modem设计中用到的主要元件包括51系列单片机W77E58、独立的USB接口芯片PDIUSBD12及爱立信公司生产的GPRS模块GM47(如图4所示)。

图4

W77E58是由Winbond公司生产的与51系列兼容的单片机。它支持40MHz晶振频率且缩短了指令周期，具有与51系列兼容的指令集和与80C52兼容的引脚排列，以及32KB的Flash EPROM和1KB的片上SRAM；另外，它所提供的CMOS电平也与GM47模块所提供的CMOS电平完全兼容，无需再进行电平转换。以上这些特性都说明将单片机W77E58用于本Modem的设计是非常合适的[6]。

由PDIUSBD12和W77E58构成的USB接口电路：PDIUSBD12的8位并行数据接人W77E58的P0口，P2．6作为PDIUSBD12的命令或数据的选择线。PDIUSBD12与W77E58的数据交换采用中断方式(外部中断0)。USB设备通过四线电缆接入主机或USBHub，这四线分别是：Vbus(总线电源)、GND(地线)、D+和D-(数据线)。主机通过D+和D-上的电压变化检测设备的状态：刊。

由GM47模块和W77E58构成的GPRS接口电路：作为一种应用终端模块，GM47通过自带的UART端口与控制它的MCU或PC机联系。在UART端口引脚中，RD(串行数据输出)和TD(串行数据输入)作为数据口分别与W77E58的RXD和TXD连接，而CTS(发送清零)、TS(发送请求)、DTR(数据终端准备好)、DED(数据有效检测)作为控制口分别与W77E58的P1．0～P1．3连接。这样就完成了GM47与W77E58的通信控制连接。为了实现GPRS的功能，GM47模块还需要完成SIM卡、天线、电源等部分的连接。

4．2．2 软件设计

USB部分：W77E58对PDIUS

BD12的控制软件主要完成USB协议处理与数据交换以及其它应用功能程序。在本设计中，要求利用W77E58相对高的处理速度完成可穿戴计算机主机发来的较大数据量的处理(如经压缩过的视频、音频信号等)。

GPRS部分：GM47 GPRS模块的软件部分对外提供了一个控制系统操作的AT指令集，通过接收来自UART的AT指令，解释并执行相应的操作，从而实现无线Modem的对应功能。所有的Modem命令都是从一个特定的指令前缀(AT)开始，到一个命令结束标志结束。以下介绍几个常用的AT指令[8]：

ATD ／／拨号指令：在后面接电话号码，并可通过ME、SM、LD等控制字选择号码的来源是机器、SIM卡或是最近所拨号；

ATH ／／挂起：提示终止通话；

ATO ／／返回至在线数据模式：在通话过程中从在线控制模式转换到在线数据模式；

AT+CGATr／／是移动终端进入或离开GPRS服务(后接“1”为进入，“0”为离开)；

AT+CGDATA ／／进人数据状态：利用PPP等协议完成将移动终端连接到网络上的操作；

AT+CGEREP ／／GPRS事件报告；

AT+CDREG ／／GPRS网络登记状态。

GM47模块还提供了很多其他指令，这些指令为实现该模块强大的功能奠定了基础，也为众多应用开发人员提供了优良的开发平台。

认清可穿戴式计算的真正本质 篇3

针对可穿戴式计算技术的批评大多数围绕于社会接受程度上。比如有人说：“现在没人再戴手表了”、“我死也不会戴谷歌眼镜”，还有人则怀疑其实用性。“智能手机干不了的，智能手表和谷歌眼镜也干不了。”

之所以会有诸如此类的论调，是由于人们误解了可穿戴式计算革命的真正本质。这场革命的真正本质与设备本身无关，也与人们不必从口袋掏出手机这种便利无关。可穿戴式计算只是从根本上改变了我们与计算机和互联网的关系而已。

WPAN 问世

“个人局域网”（PAN）是以个人为中心的一种网络。当然了，无线PAN（WPAN）是指使用蓝牙、无线或近场通讯（NFC）等技术的这样一种网络。

过去，PAN概念围绕一台中央联网笔记本电脑。它是便携式（可以从一处搬移到另一处），而非移动式（搬移过程中可以使用）。无线计算革命有望让每个用户都拥有自己的移动WPAN。

WPAN模式就好比八九十年代兴起的一种平常的连接方式：局域网（LAN）。按照最简单的这种模式，诸多设备（主要是电脑和打印机）通过以太网连接到附近的服务器，而这台服务器又连接到互联网。

个人计算的未来就好比LAN，如果你愿意那样说的话。智能手机成了连接到互联网的服务器。可穿戴式设备成了用户手里担当大部分输入输出任务的主要设备。

就像LAN得到采用一方面归因于以太网技术方面的发展和标准形成，WPAN得到采用也将取决于新的蓝牙低能耗标准（这项无线规范之前名叫蓝牙4.0技术）。新蓝牙标准最早被iOS采用，最近集成到了安卓中，它让配备超小电池的耗电设备能够正常工作，唤醒对方，相互传送丰富数据。这就意味着，可穿戴式设备不仅能够接收文字、图片和声音，还能够接收视频。

WPAN市场迎迅猛发展

专家们预测，可穿戴式设备市场会迎来迅猛发展。英国研究公司Visiongain声称，今年可穿戴式设备市场的产值将达到46亿美元，未来5年内会“出现爆炸式增长和很高的采用率”。

Juniper Research公司预测，到2017年，可穿戴式设备的出货量将达到近7000万个（今年是1500万个）。

ABI Research持不同观点，大胆预测：单单健身和健康类可穿戴式设备市场在2017年就会有1.7亿个设备。

新设备纷呈亮相

早期的可穿戴式计算设备以健康、健身和“自我量化”（Quantified self）类应用为主。原因很简单：这不太复杂。

健康监测是指通过手表或胸带测量心率和活动量，然后将这些数据上传到某个集中位置，可长期跟踪健康变化。健身爱好者、医生和病人都有浓厚的兴趣，会积极接受这种自身监测技术，因而已经愿意花大钱购买新设备。

不过，健身和健康类应用会逐渐让位于个人信息管理以及通过基于语音的虚拟助手与互联网上的各种设备进行交互类应用。

眼下，人们将可穿戴式计算技术与智能手表、健身腕带和谷歌眼镜联系在一起。而可穿戴式设备将来可以穿戴在身上。

我们会看到各种各样的可穿戴式设备可别在衣服上。比如说，索尼很快会推出其智能蓝牙耳机SBH52，这款夹式设备可以与任何蓝牙设备相互传送无线电信号。它可以像手机那样使用（夹在耳朵上就能通话）。它还有调频收音机功能。这个设备好比是介于蓝牙耳机与夹式可穿戴式设备之间的过渡技术。

有些可穿戴式设备将嵌入到衣服中，包括衬衫、鞋子、袜子和帽子。Under Armour公司甚至有一段展望未来的视频，展示了衣服成为可穿戴式触摸电脑后，将是怎样一副场景。 可穿戴式设备到时可以像项链一样挂在脖子上。

有些可穿戴式设备可以挂在人体的不同部位上，包括颈部、手臂或胸部。一种挂在胸部的知名健身可穿戴式设备是Under Armour公司生产的Armour39。这款设备可测量运动表现，你可通过该产品的移动设备应用程序来查看和了解。

Misfit Shine可穿戴式健身设备之所以值得关注，是因为设备本身是个硬币大小的圆盘。附件让你能够将它戴在手腕上、挂在脖子上或别在衣服上，可自行选择。

我们还会看到谷歌眼镜之外的同类设备。Epiphany Eyewear、GlassUp、Oakley和Recon Instruments已经发布或已经在交付类似眼镜的可穿戴式设备。

当然，还会有大批手表来自大大小小的公司，包括宏碁、AGENT、Androidly、苹果、Cookoo、戴尔、EmoPulse、富士康、GEAK、谷歌、Hyetis、I'm Watch、英特尔、Kreyos、LG、Martian Metawatch、微软、Pebble、PHTL Qualcomm Rearden Technology、三星、Sonostar、索尼、东芝、Vachen及其他公司。

赋予语音功能

推动可穿戴式计算技术发展的最重大趋势之一是——语音技术兴起，加上采用人工智能的交互式虚拟助手大行其道。微软、Siri和Google Now已经是这方面的两个典型案例。

虚拟助手在远程联网电脑上运行，通过智能手机将信息传送到谷歌眼镜或苹果iWatch，或者通过某种微型的耳内蓝牙耳机对你窃窃私语，它会轻声但不停地打断你，让你知道当前情况。要是你有什么问题，只管提问，答案会报给你听。这不仅仅适用于类似维基百科的客观信息（“洛杉矶有多少人口？”），还适用于个人信息（“Steve的生日是哪天？”）以及两者的结合体（“我该带Steve上哪里过生日？”）。

这种虚拟助手功能还能够实现结合中介的组合查询（“给Steve买件我今天看到的那件合其身材的衬衫，精心包装一下，然后在生日那天送到他家”）。在这种场景下，你没必要立马知道生日、衬衫尺寸、邮寄地址或信用卡信息。虚拟助手会处理好这一切。

这对可穿戴式电脑来说是好事，因为这让这类电脑能够做得非常轻盈、小巧和普及。

智能手机充当交通警察

在我们抵达可穿戴式WPAN理想王国之前尚未克服的最大难题是对功能、特性和数据进行管理。

智能手机不得不为满天飞的各种应用程序、消息和通知充当空中交通管制塔的角色。比如说，你说出一个Google Now命令，谁来处理该命令？是面前的谷歌眼镜、手臂上的手表还是智能手机本身？命令结果又发至哪里，发至手表屏幕还是语音答复？

成千上万的应用程序都想接过主界面这一角色，要求获得优先权。你才不想1分钟内被打断10次，于是手机就得决定对哪些通知亮绿灯、又对哪些通知亮红灯。

最终，手机操作系统得学会如何学习——观察你的操作以及回应通知的方式，最后弄清楚如何管理各种设备、来自四面八方的诸多应用程序和通知。

为何我们都会穿戴它们

随着可穿戴式设备在今后一两年日渐被社会接受，实用性又显而易见，反对可穿戴式计算的论调会随之消失。一大原因在于，不像现在可穿戴式设备如同某种科幻装置，到时可穿戴式电脑会大量出现在普通消费者市场之外的领域。

首先，可穿戴式设备会受到各行人士的热烈欢迎。警察会头戴头盔式摄像头，医生会欣然接受谷歌眼镜。许多行业会让双手操作时需要连接互联网的工人佩戴谷歌眼镜。其次，可穿戴式设备会在盲人、聋哑人和残疾人当中立即普及起来。第三，可穿戴式设备会受到职业运动员的热烈欢迎。第四，技术爱好者、极客及其他人会完全接受可穿戴式设备。

一两年内，普通消费者会觉得可穿戴式设备遍地开花司空见惯。它们会迅速成为身份的象征，被认为是个人自我提升和获得工作优势的工具。

可穿戴式计算时代迎面而来。让智能手机操控我们身上的所有设备，这副场景太美妙了：这些设备回答问题、替我们做事、监测身体状况，并为我们提供强大的联网功能，不需要坐在桌前盯着屏幕。

这倒不是说我们需要购买更多的设备。可穿戴式计算的本质是丰富你我的整个生活，充分利用迅速改进的互联网服务，又不用成天盯着屏幕。

-沈建苗编译

可穿戴式跌倒检测与预警系统研究 篇4

人口老龄化己成为一个世界性的问题。我国早在1999年就已经进入老龄化社会。老年人占总人口的比重在持续攀升之中, 空巢老年人家庭也占了相当大的比例。如何更好的赡养老人已成为社会难题。除了可能的各种疾病外, 老年人在日常生活中跌倒的发生率也非常高, 是老年人伤残和死亡的主要原因之一。当老年人跌倒时, 若能够得到及时的救助, 那么可以减少伤痛带来的痛苦, 甚至可以避免死亡。可穿戴式跌倒检测与预警设备能够在佩戴者发生跌倒后及时报警, 接到报警的救助人员可采取相应措施尽快实施救助, 即使身边无人的情况下也能得到及时救助。

1 可穿戴式跌倒检测与预警系统结构设计

1.1 系统结构

本系统主要分两部分:一部分是人体运动采集和分析模块, 包括主处理器、三轴加速传感器、陀螺仪和蓝牙通信模块, 这部分佩戴在人体的腰部;第二部分是报警和定位模块, 此部分基于android的智能手机, 手机通过蓝牙接收到报警信号后, 启动GPS定位, 通过短信或电话形式向家人报警。本系统结构如图1所示。

1.2 模块功能

系统采用STM32作为主处理器, 接收来自陀螺仪、三轴加速度计的数据和信号, 执行算法进行数据处理, 并在必要时通过蓝牙模块向手机1发送报警信号, 手机1接到报警信号后继续向手机2发出报警短信或电话, 同时给出警报所在的位置信息。

三轴加速度计是测量载体x轴、y轴以及z轴方向上线加速度的仪表, 通过3个轴向的加速度判断跌倒动作。当然, 仅通过三轴加速度计是测不到转动的动作的, 难以测量出完整的3D动作, 所以进行跌倒动作的判断还需要结合陀螺仪。陀螺仪可以对转动、偏转的动作做很好的测量, 这样就可以精确分析判断出使用者的实际动作。

2 可穿戴式跌倒检测与预警设备实现

2.1 系统硬件集成

跌倒检测模块采用野火STM32 V3开发板;关于陀螺仪和加速度计, 本文选用了MPU-6050;跌倒检测模块与手机的通信采用蓝牙串口模块FBT-06;手机1为基于Android的智能手机, 其需要运行相应的应用程序;手机2则可以是任意的可用手机。

MPU-6050整合了3轴陀螺仪、3轴加速度计。MPU-6050通过主I2C端口以单一数据流的形式, 向STM32输出数据。因此, 只需把STM32的引脚PB6 (SDA) 和PB7 (SCL) 分别连接到MPU-6050的24号引脚 (SDA) 和23号引脚 (SCL) 上即可。

蓝牙模块FBT-06的TXD和RXD与STM32的RXD和TXD连接即可。

2.2 软件实现

2.2.1 手机端

本系统采用手机端作为服务器端, STM32端则作为客户端。STM32通过发送AT命令与手机端进行连接。

手机端执行采用Eclipse编程技术开发的应用程序, 除了要开发必要的界面还要长期监测是否有跌倒信号出现, 因此收发蓝牙传输数据功能需要定义为Service服务, 保证系统能够在后台监听。Service的启动流程为:context.start Service () ->on Create () ->on Start () ->Service running->context.stop Service () ->on Destroy () ->Service stop。与Service通信的设备或Activity有: (1) 通过蓝牙无线通信的跌倒检测装置 (FD) :Stm32当检测到有跌倒可能时, 向手机发送报警信号; (2) 启动Service的Activity (Sta Act) :用于启动; (3) Stop Activity (Stp Act) :用于误报时用户停止报警界面; (4) Feed Back Activity (FBAct) :用于反馈用户对误报原因的界面。

为实现定位需要使用百度地图。百度地图提供多种定位方法, 考虑到各种定位方法的精度, 优先GPS定位, 然后是wifi定位和基站定位。首先需要下载相关最新的库文件并导入:将libloc SDK4.so文件拷贝到libs/armeabi目录下, 将loc SDK4.1.jar文件拷贝到工程的libs目录下, 并在工程属性->Java Build Path->Libraries中选择“Add JARs”, 选定loc SDK4.1.jar, 确定后返回;其次, 设置Android Manifest.xml:在application标签中声明service组件, 每个app拥有自己单独的定位service, 并且声明使用权限进行网络定位。还需import类com.baidu.location.BDLocation、com.baidu.location.BDLocation Listener、com.baidu.location.Location Client及com.baidu.location.Location Client Option。

在发出报警短信或拨打电话时, 给出定位的地址信息。百度地图提供从地址到经纬度坐标或者从经纬度坐标到地址的转换服务, 通过向服务器发送包括经纬度信息在内的HTTP请求, 服务器返回JSON数据, 再通过JSON解析获得地址信息。

另外, 手机端需要先开启服务。当检测到跌倒后, 跌倒检测装置会通过蓝牙向手机发送数据, 表示检测到跌倒。同时, 跌倒检测装置也会发出蜂鸣声, 手机端会进入误报停止界面, 界面如图2所示。如果是误报, 需要点击stop按钮, 进入反馈界面, 反馈界面如图3所示。反馈的误报问题有:跑步、坐、躺、上下楼梯、跳及什么都没有做。需要用户选择产生误报的原因, 从而根据报警自适应修改阈值。如果是真的跌倒, stop界面会等待1分钟, 手机端会将跌倒的信息发送给预设置的手机。

2.2.2 算法

STM32微控制器在加电后, 首先初始化中断向量表, 设置栈空间, 调用System_init初始化系统时钟后再跳入main函数。在main函数中执行卡尔曼滤波算法:采用信号与噪声的状态空间模型, 利用前一时刻的估计值和现时刻的观测值来更新对状态变量的估计, 求出现时刻的估计值。

本文只对单轴陀螺仪的信号进行软件滤波, 因此维数为1, 将其中表示矩阵行数和列数的入口参数用宏定义参数ONE代替, 该值设为1。卡尔曼滤波算法函数C语言实现如下:

3 结束语

本文设计开发了可穿戴式跌倒检测与预警系统。该系统可检测佩戴者产生的跌倒动作, 在给出短信报警或电话报警的同时能够对跌倒者进行定位。本系统手机端的应用程序运行于Android系统;跌倒检测模块以STM32为主处理器, 接收来自MPU-6050的数据采用卡曼尔滤波算法判断是否发生跌倒, 若跌倒则通过蓝牙模块FBT-06向运行Android系统的手机发出报警信号。本系统已经过测试, 测试的手机1型号为HTC 528t。

参考文献

[1]卓炜.基于Android操作系统的软件开发及应用的探讨[J].电子技术与软件工程, 2013 (23) .

[2]吴赫.Service与Android系统实现 (1) :应用程序里的Service[OL].http://blog.csdn.net/21cnbao/article/details/8086487

[3]张爱国, 邬群勇, 李法礼.基于GPS与移动网络的自适应定位[C]//第二届中国卫星导航学术年会电子文集.2011.

可穿戴式产品时代已经到来 篇5

吕先生告诉记者，今年已经是第二年带领公司参加香港电子展了。对于今年香港电子展的特点，吕先生表示：“近年已经步入了智能手机时代，因此今年的展会也和去年有很大不同，最大的一个特点是很多厂家都一窝蜂地在做面对不同市场的可穿戴式产品，可穿戴式产品也成了本次展会的主角之一。可穿戴式产品的时代已经到来了。”

在采访中，记者还了解到吕先生已经在行动装置产品（现在称之为穿戴式设备）上专营了30年，在90年代就曾发表了有关行动装置产品的相关论文，对于行动装置产品相当熟悉。对于现在兴起的可穿戴式产品，吕先生表示：“目前电子产品逐渐实现了微型化，讯号数位技术也越发成熟，基于这两个基础，可穿戴设备才有机会发展起来。随着无线wifi和智能手机的普及，无线移动性的穿戴式设备产品将是很好的一个发展方向。”当记者问及可穿戴式产品未来的发展趋势时，吕先生称：“未来穿戴式产品会往个人化、隐私化的方向发展。”

可穿戴式通信计算机 篇6

智能服装将可能成为新的引爆点

智能服装, 说得直白一点的就是智能技术与服装融为一体的高科技产品, 包括衣服、帽子、鞋、腰带等各类智能服饰。

这类服装是如何实现“智能”的?目前主要通过以下两类方式:一类是运用智能服装材料, 包括形状记忆材料、相变材料、变色材料和刺激——反应水凝胶等;另一类是将传感技术、微电子技术和信息技术引入人们日常穿着的服装中, 包括应用导电材料、柔性传感器、低功耗芯片技术、低功耗无线通信技术和电源等。

拥有一套智能服装, 可以实现一些基本的功能, 比如:能给手机充电, 能接上耳机听音乐, 能通过蓝牙接听电话等。在我们看来, 智能服装在一些特殊的场景应用需求更为迫切。例如, 如果你喜欢运动, 它就能通过感知你的运动状态, 用变换服饰颜色的方式来告知天气、行程安排、健康状况;或者直接改变衣服的通风度、长度配合正在运动的你。如果你看重健康, 它通过皮肤传感等生物识别技术监测心率、应力、呼吸、体温、血糖等。

实际上, 谷歌在2015年度开发大会上就提出了“缇花计划”, 并与服装品牌Levi‘s (李维斯) 合作, 研发具有轻触式遥控功能的智能导线纤维服饰, 预计2016年秋季面世。而美国诺贝尔纤维科技公司也研发了一款智能纤维Circuite X, 可以全天候监控患者的身体状况, 收集呼吸和心率等数据来为患者制定医疗服务。丹麦设计公司Ohmatex设计出一种智能袜子, 能够检测腿脚水肿, 提前预测心脏衰竭和先兆癫痫。

由上可知, 曾经我们梦想的很多功能, 都能通过智能服装加以实现, 而2016年可能就是它爆发的一年!

儿童智能手表将爆发

自从苹果推出Apple Watch这一全新品类, 智能手表就正式进入普通大众的生活之中。按IDC的预测, Apple Watch的销量将会从2015年的1300万增加到2019年的4520万。而Apple Watch最大的竞争对手Android Wear出货量将从2015年的320万增加到2019年的3430万。

对于大多数用户来说, 智能手表仅仅充当显示文本和健康追踪的角色, 虽然有华为、中兴、三星等众多手机厂商介入, 但单一的功能并没有让用户感到惊喜。对于智能手表而言, 未来将会逐渐增加包括LTE网络连接、医疗类传感器以及更多的第三方应用。但是目前, 大多数的智能手表 (包括Apple Watch在内) 都只能与特定平台的智能手机连接, 因此目前来看只能算是一种价格昂贵的配件, 而并非单独的智能设备。再加上应用的匮乏和续航的缺点, 让智能手表的推广之路并不顺畅。

2016年算是智能手表的一道“坎”, 相关机构认为其爆发点将在儿童手表的细分市场上。从2015年9、10、11月的数据看, 排名儿童智能手表销售量前几位的分别是:小天才 (22万/月) 、阿巴町 (17万/月) 、卫小宝 (5万/月以上) 、糖猫 (4万/月以上) 、哇喔 (3万/月以上) 。除此之外, 华为的儿童手表 (荣耀小K) 目前为止还没大量出货, 但是预计未来很有可能成为儿童手表市场主力之一。另外, 还有像KIDO等新兴智能手表品牌的进入, 让中国的儿童智能手表市场呈现两极分化, 形成高低端区隔明显的市场态势。

另外, 随着中国二胎计划的推动和家长对儿童安全的重视程度, 未来十年间, 儿童智能手表将成为普通大众的刚需。

VR将是大势所趋

VR设备共有3种:手机VR眼镜盒子、与PC或游戏主机连接的VR头盔以及不借助任何其他设备的VR一体机。随着谷歌Cardboard、三星Gear VR、Oculus Rift、索尼Play Station VR和HTC等厂商都开始涉足虚拟现实VR技术之后, 该领域也被越来越多的产业资本所关注。

基于蓝牙的可穿戴式智能感知系统 篇7

关键词：蓝牙技术,可穿戴式,智能感知

0 引言

近年来,可穿戴设备作为刚刚兴起的热门产物,已然成为炙手可热的物品,现有的谷歌眼镜、i Watch、智能服饰等,一经出现,无一不令人向往。该类设备可以为用户提供个性化、专属化的智能服务,可长时间使用,随时监测。到了2016年,全球的智能穿戴设备的市场规模已经达到了60亿美金,发展前景不可估量。

随着科技的不断发展,人们的生活水平和质量都有了大幅度的提高,人们对健康的重视更是日趋强烈,越来越多的人迫切的希望能够不影响日常生活的前提下,随时随地了解自身的健康状态和周边的环境质量。但是通常情况下,能过检测身体的设备不便携,了解环境状况的方式比较单一,测量范围多大,无法针对个体的周边环境进行实时测量,其准确性会大幅度的降低。

在本项目中,我们设计了一个基于蓝牙的可穿戴式智能感应系统,利用多种传感器来监测人体生理信息及周边环境质量,通过蓝牙传输数据到移动智能终端(手机等),最后将结果以可视化的形式反馈给用户。

1 系统设计

系统开发流程图如图1所示,本系统分为两个部分,即可穿戴式智能感知系统和基于Android平台的数据显示与处理系统,两部分通过蓝牙模块进行数据传输。首先通过各个传感器模块采集数据,然后将数据发送到可穿戴式智能感知系统的中央处理器上,中央处理器首先对数据进行处理,然后将处理好的数据打包发送到蓝牙模块,蓝牙模块将数据通过无线传输的方式发送给移动智能终端,搭载了Android平台的移动智能终端将获取到的数据加以处理,将结果显示在应用层上。本系统具备以下几个特点:

(1)便捷性:本系统采用将多种传感器集成在一起的方式,使穿戴系统的体积大大减小,减少用户在身体不同部位携带传感器的不便。硬件与软件采用蓝牙传输数据的方式,可以进行短距离的数据传输,极大的提高了本穿戴系统的便捷性。

(2)可交互性:本系统通过移动智能终端进行人机交互,软件部分基于Android平台,Android平台的广泛使用以及智能手机的普及,使得本系统具有广泛性和良好的交互性,设计较为人性化。

(3)可扩展性:本系统的核心是基于51单片机的多传感器数据获取系统,各个传感器之间相对独立,与移动智能终端构成了星型总线连接的局部传感器网络,因此可以很便捷的通过增加传感器的方法实现功能模块的添加,软件部分各个模块采用可复用的编程思想,只需调用相应接口即可实现扩展。

2 系统实现

2.1 硬件实现

2.1.1 总体框图(51单片机)

系统单片机采用的是一种增强型的51单片机(STC12C5A60S2),其与STC89C52引脚完全兼容,此外,其自带8路10位AD接口,为我们的设计提供很大便利。

如图2所示,为本项目总体系统框图。

2.1.2 传感器模块

本系统采用的心率传感器(Pulse Sensor)是一款用于脉搏心率测量的光电反射式模拟传感器,可将其放于手机或耳垂等处,通过导线可将采集到的模拟信号传输给单片机,用来转化为数字信号。再通过一定的计算得出用户心率值,可以显示在LCD液晶屏上,也可以将脉搏波形通过蓝牙传输到移动终端,可视化显示波形。空气中,当烟灰或室内灰尘等空气中的粉尘处于安全值之上时,可以利用PM2.5传感器测量并且发出警报。该传感器是利用粉尘散射的光射入光接收元件作为电压输出,放在空气中客实时测量,并且使用无污染。接收到的数据会通过蓝牙传送到手机端,监测到污染时会发出警报。

2.1.3 蓝牙模块(XM-15B)

当采用蓝牙方式传递数据时,单片机将数据采集完毕后,会通过串口传递给蓝牙模块,蓝牙模块通过蓝牙2.1协议将数据传递进行无线传输,发送到移动智能终端上。

本系统采用XM-15B蓝牙串口模块进行功能实现,该模块如图3所示。

XM-15B蓝牙串口模块支持主从一体,方便修改,宽电压支持,3.3/5v均可。我们利用一个USB转TTL模块来配置蓝牙模块。设置该模块为从机,波特率:115200,0,1。设置成功后,将蓝牙模块与单片机相连,连接电源和地,RXD和TXD交叉相连。上电后,主机侧(手机)与蓝牙从机配对,手机端便可以显示蓝牙接收端的数据,并绘制心率波形。

2.2 软件实现

本系统的软件部分是基于Android平台的可穿戴式智能感知系统的客户端,采用Java编程实现,后台采用Bmob云平台提供的No SQL数据库存储数据和进行数据交换。本部分包括Android客户端框架、传感器调用和蓝牙模块调用三部分,系统实现的功能模块图如图4所示。

系统软件模块包括五个部分,分别是系统登录、数据采集、数据处理、保存数据和显示信息,其中系统登录部分主要考虑到系统的安全性,具有用户注册、登录以及密码找回的功能;数据采集部分通过蓝牙接收各个传感器采集到的数据,或者通过用户键入个人信息的方式进行收集;数据处理部分主要将采集到的数据与标准数值进行对比,判断用户所处环境以及用户自身身体状况是否有异常现象;保存数据功能实现了根据用户的个人需求,将身体状况数据保存到数据库中,便于比较、分析身体素质变化;显示信息的功能包括以波形图显示动态变化的数据(例如:心率)以及显示普通的数值信息。整个软件部分通过蓝牙获取到由硬件监测到的数据,然后通过处理后再Android端显示,并将监测到的数据写入云数据库中。

3 结论

本设计将传感器、物联网技术和移动智能终端技术融合在一起,实现了一个基于蓝牙的可穿戴式智能感知系统,该系统目前已经集成有温湿度传感器、心率传感器(Pulse Sensor)、PM2.5传感器(GP2Y1051AU0F),采用可扩展式设计,可以很容易的通过增加传感器个数实现功能的扩展。系统首先通过硬件部分的传感器系统的中央处理器(51单片机)进行处理后,通过蓝牙模块(XM-15B),以无线方式发送给移动智能终端,然后由运行在终端上的APP(Android系统下)对数据进行处理和显示,同时将用户数据存储在云数据库中,以便后期数据分析和提取。经过测试,系统运行情况良好,各项数据采集实时、准确,信息处理较为接近真实情况。本系统不仅可以通过增加传感器个数来实现单个系统的扩展,还可以通过多个系统组成一个无线数据信息网络,每一个移动智能终端都是一个节点,当数据采集到的时候,通过APP可以向更高层节点或中央处理单元发送信息,实现自组网。本论文给出的系统建成后,不仅对人类生理健康数据监测分析提供了充足的数据,同时也为疾病的预防做出了贡献,其中的环境监测部分,对于实时预报天气等均有很大帮助。本设计将是未来可穿戴系统的发展方向。

参考文献

[1]Reto Meier,《Android 4高级编程》(第三版),清华大学出版社,2013年4月.

[2]Greg Milette Adam Stroud著,《Android传感器高级编程》,清华大学出版社,2013年12月.

[3]余锡存.单片机原理与接口技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2006年.

[4]冯育长.单片机系统设计与实例分析[M].西安:西安电子科技大学出版社,2007年.

[5]王国辉.单片机C语言[M].北京:电子工业出版社,2007年.

可穿戴计算机发展动态 篇8

1 可穿戴计算机

可穿戴计算机就是能像衣服一样“穿戴”在身上, 并能在任何条件下使用它, 甚至能够像人的助理一样为人们自动、主动地提供计算服务。可穿戴计算机是新一代个人移动计算系统和数字化产品, 携带和使用更加自然, 特别适合室外和机动场合下应用, 具有许多独特功能。从广义角度上说, 近年来为人们所熟悉的U盘、PDA (Personal Digital Assistant即个人数码助理, 一般是指掌上电脑) 、MP3和手机都是可穿戴计算机的一种。它们实现了可穿戴机的部分功能, U盘类似于可穿戴机的CF机存储器;PDA就是一个小的掌上电脑;而MP3已经具备了处理器与存储器;手机也是一个有处理能力的随身佩戴的计算机。

可穿戴计算机的属性:

1) 非限制性。可穿戴计算可在走动、移动和漫游中使用, 在使用的同时, 还可以做其他事情, 用户不受限制;

2) 非独占性。不像虚拟现实技术一样, 可穿戴计算不会阻断外部世界, 当你使用可穿戴计算的时候, 也可关注其他事情。可穿戴计算基于这样一个设想, “计算”是第二位的行为, 不是所要关注的主要任务。事实上, 理想地, 可穿戴计算提供增强的感知能力。但是, 它也可以介入 (增强, 调整, 或故意削弱) 感知能力;

3) 可观性。如果用户愿意, 它可以连续的受你关注。在合理的限制下, 输出媒体可持续的被穿戴者感受;

4) 可控性。你可以在任何时刻控制可穿戴计算, 甚至在自动操作的过程中, 你可人为的断开控制回路, 并介入到回路中;

5) 感知性。可穿戴计算具有环境感知能力, 多模态和多感知;

6) 交流性。可穿戴计算可以作为穿戴者之间的交流媒体。

2 可穿戴计算机的发展

“可穿戴计算机”的概念早在1955年就被Edward O.Thorp提出来了, 其初衷是为了在“轮盘赌”的赌博游戏中, 对现场数据实时采集并进行预测。

1966年, 他与Claude Shannon共同研制出了第一台可穿戴计算机, 这是一个有4个按键的香烟盒大小的模拟机, 配备了一个数据采集器。

之后, 各种形式的可穿戴计算机便不断出现, 1991年, 美国卡内基-梅隆大学 (CMU) 研制出供工程维修使用的可穿戴计算机Vu Men1, 它由一个微小的计算机和眼镜式显示器组成。

1994年, Steve Mann实现了可穿戴计算机的图像实时无线上网功能。发展最为迅速的领域还属军事应用。美国国防部不断提出不同的研制计划, 为其数字化部队的建设提供大量实用的军用可穿戴计算机, 目前已装备了部队。近几年, 科技界、企业界和应用部门似乎同时看到了它的应用前景, 共同合作, 使可穿戴计算技术的发展呈现出崭新的局面。

3 世界各国在可穿戴计算机方面的应用

3.1 日本举办旨在探求可穿戴计算机前景的“媒体服装时尚展”

日经BP消息, 日本一家研究媒体时尚服装趋势的自发团体Cube-F于2003年12月1日在东京Spiral展厅举办了旨在探求可穿戴计算机前景的“媒体服装时尚展2003”。此次服装时尚展上, 作为嵌入服装的超小型显示元件, 采用了先锋的有机EL (电致发光) 面板和凸版印刷的电子纸张。“媒体服装时尚展2003”协调人、东京大学尖端科学技术研究中心教授广濑通孝介绍展会主题时表示:“在可穿戴计算机由产业用途向家庭用途及个人用途发展的过程中, 作为具有非纯粹功能性的时尚特性的自通信工具, 其意义将越来越重要”。

3.2 韩国可穿戴计算机时装秀

2006年11月韩国介绍装有计算机的未来服装的“可穿戴计算机时装秀”16日在韩国国际会场 (KINTEX) 举行。韩国《东亚日报》称, 在此次时装秀上, 主要介绍了把手势转变成文字命令的未来军装、使用小型显示屏的服装、机器宠物等。

3.3 美国人机合一的无敌勇士——陆地勇士

美国国防部的“陆地勇士”概念最早在1991年正式提出, 最初主要承包商是雷声系统公司, 分包商包括摩托罗拉公司、汉尼卫尔公司、奥米伽公司、GENTEX公司和Battelle公司。计划最初预计在2001~2014年之间花费20亿美元, 装备45 000套, 期望于2016年形成战斗力。在1996财政年度计划中, 全部系统成本被估计大约7万亿美元。该项目旨在形成这样一种战斗力量:将小型武器与高科技设备紧密集成, 能够大赢21世纪地面战争的军事力量。

Symbol Technologies (讯宝科技) 公司2006年10月发布了可以穿戴在髋部或手腕的可穿戴电脑WT400系列。WT400拥有2.8英寸320x240屏幕, 128MB内存, 采用Intel PXA270 520 MHz处理器。这种电脑主要被用做仓库产品扫描器, 非常坚固耐用, 就算从4英寸高处跌落到水泥地面也能安然无恙。WT400重11.3盎士 (320g) , 可在-28℃~90℃的温度范围内工作。支持802.11 a/b/g无线连接和蓝牙功能, 内置64MB闪存, 采用Windows CE 5.0操作系统。

IBM可穿戴PC (2003-2)

IBM发明出的一种可以拴在身上的个人电脑, 微型显示器戴在头上, 视觉效果却与普通PC屏幕相当。用于导航的控制器是手持的, 酷似詹姆斯·邦德的某种新式武器。借助USB接口, 使用者可以连接各种外部设备, 如数字摄像机、数码相机、键盘、写字板, 或连接其他无线设备。对于那些需要到处走动又不想用两只手来操作PC的用户, 可穿戴PC可以帮上大忙。IBM这样的概念产品还有很多, 例如, 电子报纸、Meta Pad、IBM车载式电脑等等, 都将为我们的生活带来曾经难以想象的轻松和自在。

美国陆军新装备——陆地勇士专属导航仪

2007年6月经过15年的研发, 美国步兵终于拿到他们每个人专属GPS定位设备。军事技术专家Noah Shachtman在他自己的博客中通报了这一消息。据介绍, 美军的一个营将得到一些可穿戴式设备, 这些东西整个放在一起, 就是Land Warrior系统。

雷锡恩公司外骨骼机器人

雷锡恩公司 (Raytheon/雷神) 在犹他州盐湖城的研发机构正从事一项顶尖技术装置的研发, 目标是为未来战场上的士兵配备一套外骨骼。其原理大致等同于一个可穿戴的机器人, 能显著增强穿戴者的体能和敏捷度。该装置由一系列传感器、驱动器, 和控制机构组成, 使穿戴者能轻松背负一个成人或轻松举起200磅重物并重复数百次。

(上接第142页)

摘要：随着计算机硬件技术的发展, 各种高集成、超微型的元器件的产生为便携式应用打下了坚实的基础。“可穿戴计算机 (Wearable Computer) ”正是为实现便携和可穿戴而诞生的新型个人移动计算系统, 它的出现给计算机和人之间的交互关系带来了一场革命。

关键词：可穿戴计算机,计算机,PAD

参考文献

[1]王玉玺, 沈为民.可穿戴计算机的研究发展现状[J].哈尔滨师范大学自然科学学报, 2002.

可穿戴式通信计算机 篇9

通过可穿戴式产品远程查看健康资料的能力促进了医疗保健行业的巨大进步。全球移动通信系统协会 (GSMA) 在美国进行的一项慢性心力衰竭患者研究显示, 对患者进行远程监视可减少并缩短住院时间。有一项独立的研究表明, 远程监视慢性心力衰竭患者可将再次入院几率降低72%。康体佳健康联盟, 一个与GSMA类似的由医疗保健机构与技术公司组成的非盈利行业组织, 将远程监视或远程医疗视为医疗保健解决方案的关键因素, 以解决突飞猛涨的每年耗资逾五千亿美元的慢性疾病难题。

可穿戴电子通过为患者及其医护人员提供前所未有的清晰健康趋势画面, 能直接解决这些问题。不同于在医疗场所或医院所获得的重要统计数字的偶然性快照, 可穿戴式保健与健康产品提供了反应个人身体状况的长期视图。事实上, 更先进的可穿戴式产品甚至还能即时反映健康状态或允许医生进行远程诊断和有限的治疗。

下一代可穿戴式设备

多年来, 健身监测器一直用于全天候跟踪用户心率, 而更加复杂的可穿戴式设备正在寻求一种能提供持续更新重要诊断数据的方法。以i Health Lab的动态血压监护仪、无线动态心电仪和可穿戴式脉搏血氧仪为例, 所有这些产品都结合了可穿戴式传感器系统, 将数据通过蓝牙以无线方式传送至智能手机。动态血压监护仪设计在内衣上, 以提供全天候监视, 而不会影响用户的日常生活。ECG设备的电极和监护仪集成在一个轻型单位中, 可直接贴在用户胸口, 并将数据推送到云端以供医护人员访问。同样, 脉搏血氧仪通过指套式传感器连接至佩戴舒适的腕带, 能提供全天24小时的血氧饱和度 (Sp O2) 测量。

健身追踪器尺寸很小, 能为用户带来持续、舒适、无感的佩戴体验。Garmin Vivofit、LG Lifeband Touch以及Sony Core等下一代健身可穿戴式产品功能强大, 为更复杂的应用提供了更多数据, 进而能更好的指导健康与健身。 (图1)

嵌入式传感器

在此新一代可穿戴式产品迅速崛起的同时, 传感器、超低功耗处理器、无线通信、灵活的电子和封装等技术也有了突飞猛进的发展。事实上, 将传感器阵列引入服饰中是过去几年的一个重大突破, 从而能够开发出舒适而优雅的可穿戴诊断设备。

例如, Ai Q智能衣服将超细不锈钢织进纤维中, 使嵌入式传感器形成了导电网状物以监视皮肤温度和环境湿度以及进行心电图、脑电图、肌电图等脑电波测量。此类传感器阵列隐藏在病人长袍和毯子等临床医疗服装中, 可以连续无损地为医护人员提供持续的重要统计信息来源。

为降低当前筛查过程中的误诊情况, First Warning Systems在其智能胸罩中采用了嵌入式传感器技术, 旨在以类似于任何其他胸罩的外形提供非放射、无损诊断数据。该公司的智能胸罩中嵌入了多个传感器, 收集的数据通过软件进行预测分析, 实时向内科医生报告可能的异常。经过多次临床试验证实, First Warning Systems的技术能够在发现乳腺癌前监视到组织变化, 提供了有助于提升当前筛查效果的预警能力。

可穿戴式医疗设备

在提供更加复杂的医疗监测的同时, 可穿戴式产品在医疗方面也得以推广应用。例如, Thimble B i o e l e c t r o n i c s正在研发一款小型p a t c h, 基于经皮电神经刺激疗法 (TENS) 和肌肉电刺激 (EMS) 为局部疼痛提供动态治疗。TENS/EMS设备将个人与家用设备或安装在理疗师诊疗室的设备连接起来。凭借其能获得长期、立即治疗的能力, 移动patch将能够进一步缓解慢性病疼痛。

Insulet的Omni Pod提供了一个可穿戴式胰岛素给药系统, 并串联了个人血糖管理器 (PDM) 。PDM将内置血糖仪与胰岛素注入的无线控制结合起来, 并通过一个小型可穿戴式胰岛素给药pod管理。与传统胰岛素注入系统不同, 此款防水型Omni Pod即使在游泳和淋浴时也可持续佩戴, 而不会违反医疗协议或影响积极的生活方式。

为医疗、健康及健身应用创建可穿戴式产品带来了全新、独特的设计挑战。工程师必须在一个超小型生物相容性封装中集成高级传感器系统、低功耗嵌入式系统及无线通信。同时, 诸如腕带等可视穿戴式设备必须具有美观、佩戴舒适、式样新颖的配件, 并能在充电次数较少时延长使用寿命。

超低功耗MCU

对于设计人员, 解决电源和性能间的需求冲突是面临的最大挑战之一。因此, 可穿戴设计的核心通常是高度集成的超低功耗MCU。例如, Insulet的Omni Pod采用Freescale Semiconductor的超低功耗S08内核架构。这些高度集成的MCU内置了片上RAM、闪存、定时器、ADC和多个接口选项, 同时提供了多个低功耗模式, 在掉电时电流消耗仅20 n A。因MCU极低的功耗要求, Insulet深信Omni Pod的两节AA电池能为运行能量相对短缺的胰岛素泵保留相当充足的能量。

然而对于Shine可穿戴式无线身体活动监测器, Misfit面临着更加严峻的功耗约束。Misfit发现需要用户频繁对Shine充电势必会影响其作为可持续穿戴监测器的作用。因此, Misfit通过用户可更换的CR2032锂离子电池对Shine身体活动监测器供电, 预期能为功能丰富的无线应用提供至少四个月的电量。

因其有限的功率预算, Shine在驱动基于LED的用户界面及与智能手机上的Shine应用进行无线通信的同时, 必须采用一系列复杂算法通过3轴加速度计对数据进行处理。因此, Misfit选择了Leopard Gecko图4 Texas Instruments集成sub-GHz无线收发器、基于MSP430 MCU的Chronos个人局域网 (PAN) 和传感器节点参考设计MCU来设计Shine, 该MCU是Silicon Laboratories ARM Cortex-M3内核的超低功耗版本 (图2) 。Gecko的低功耗传感器接口 (LESENSE) 和外设反射系统 (PRS) 等特性, 允许LESENSE即使在MCU内核休眠时仍能收集传感器数据并通过PRS允许外设自治通信, 从而降低了系统功耗。

Intel Quark MCU专为可穿戴式设备及类似的深度嵌入式应用而打造, 对于这些应用, 低功耗与小尺寸远比原始性能重要。最初的Quark设备X1000集成了400 MHz 32位内核、512 KB SRAM、DDR3存储器控制器和多个连接选项。但Intel逐渐意识到可穿戴式应用对安全性日益增长的要求, 便在X1000中加入了片上引导ROM, 用于为认证提供硬件信任根。

通过Edison开发板, Intel为可穿戴式设计人员提供了非常小 (SD卡大小) 的平台, 其中集成了双核400 MHz Quark、LPDDR2和NAND闪存存储器以及Wi-Fi和蓝牙低功耗 (BLE) 连接 (图3) 。

参考设计

随着更高效电子元件和封装形式的涌现, 设计人员将迎来一项巨大的任务:将硬件和软件组件打造成实用的可穿戴式系统设计。为使设计人员与工程师合作应对可穿戴式设备相关的设计难题, 制造商提供了参考设计、设计套件和开发框架。例如, 可穿戴式参考平台 (Wa RP) 便为一个综合的开源、可扩展可穿戴式设计解决方案 (图4) 。Wa RP结合了Freescale i.MX6Solo Lite ARM Cortex-A9应用处理器、Xtrinsic MMA955x L智能运动感应平台、FXOS8700CQR1 6轴数字传感器以及Kynetics软件和Rvolution Robotics硬件。

TI独家提供了Chronos个人局域网 (PAN) 和基于MSP430 MCU的传感器节点参考设计以及集成的sub-GHz无线收发器。Chronos平台采用运动手表外形, 可与心率监测器、压力传感器及其他测量单元进行无线配接。

Movea联手TI和Xm-Squared推出了G系列可穿戴式腕带参考设计, 用于监视包括活动、姿势、睡眠以及运动速度和节奏等各种健康体征。该参考设计结合了Movea的Motionsport嵌入式库以及Xm-Squared的腕带设计和Texas Instruments的低功耗CC2541So C, 该Soc提供了蓝牙低功耗专用2.4 GHz无线通信。对于医疗应用, 该参考设计的某项出色特性可支持进行睡眠分析, 并提供接近医院睡眠研究所用多导睡眠图的结果。

结论

可穿戴式通信计算机 篇10

就在不久前, 2 0 1 5年世界移动通信大会MWC在西班牙的巴塞罗那成功落幕, 因为有了4G的火热和5G的趁势, 以及智能终端产业一干“小而美”的独创技术的陪衬, 本届MWC2015并没有令业界失望。

“THE EDGE OF INNOVATION” (创新的边缘) 作为本届巴展的主题, 展会主办方希望借助“哪里才是创新的边缘?”这一主题启迪参展企业, 也希望观展者能够从本届展会中找到问题的答案。事实上, 创新的边缘永远没有准确答案, 因为创新似乎永无边界。

不过在当下, 我们看到的是智能终端伴随屏幕、核数、工艺以及体感等方面的参数逐渐走到极致, 似乎已经触及“天花板”, 所以众多终端厂商在本届展会中将“可穿戴设备”作为了展示重点;而通信产业正处在通信技术进阶的重要时期, 因此4G、后4G、准5G等都成为了吸引眼球的关键词。

智能手机“触顶”, 可穿戴设备受追捧

按照往年的惯例, 年初CES展上的智能机战火势必将继续烧至MWC上:众多终端厂商竞相发布新品, 众多的旗舰版、升级版、多频多模手机让人应接不暇, 届时一众明星、模特等前来助阵, 而展会期间的发布会更是接龙似的“一字排开”。

然而在今年的巴展上, 智能硬件厂商相互比拼的火药味渐弱, 借助展会平台推出旗舰新品的终端厂商也比往年少了许多。或者说, 经过了近几年智能手机产品的蓬勃发展, 手机厂商之间的技术差距正在不断缩小, 过去曾被津津乐道的“屏幕尺寸”、“核数”、“工艺”以及体感功能等, 如今已经无法拉开厂商们的距离, 甚至无法勾起消费者们的“兴趣点”。

更重要的一点还在于, 今年苹果公司的“外围战”效应, 虽然苹果今年照例没有出现在MWC展会上, 但其筹备的春季发布会的时间和地点都与本届巴展交叉或相近。一则颇具深意的调查结果可以说明这一点:据网络调查数据显示, 在本届MWC2015期间最受消费者关注的智能终端居然是苹果手表。这背后投射出的不仅是苹果公司下一步的产品布局, 同时也反映出了目前消费者对于终端产品喜好的转向。

终端厂商的市场嗅觉当然也很灵敏, 在本届展会上, “可穿戴设备”一举爆红, 成为了各家展台中的明星产品, 特别是智能手表或者智能手环。华为终端产品线“大手笔”地推出了华为智能手环Talk Band B2, 其优势在于融合了蓝牙耳机功能, 如果将其单独取下, 智能手环将会变成蓝牙耳机。Talk Band B2还加入了屏幕触控功能, 可以显示时间、计时、睡眠监测、计步、热量统计等诸多功能;据说这款手环可以连续工作5天, 且支持6小时的持续通话。

中兴通讯也相继推出了3款分别面向跑步、健身追踪以及健康应用的智能手表, 分别为Venus G1、Venus S2以及ZTE Business Intelligence Watch。其不同之处在于, 因为3款手表都未配备触屏, 所以其电池寿命普遍优于常规的Android Wear设备。不过缺点也在于, 3款手表只能作为手机的配套设备, 自身无法提供反馈和服务。

除此之外, 三星、索尼、MOTO、HTC等众多厂商也都推出了各自的智能手表新产品。对此, Strategy Analytics大胆预测, 相比2014年全球460万只智能手表的销量, 2015年智能手表全球出货量将增长511%超过2800万, 其中Apple Watch份额达55%到1500万只。

不过令人担忧的是, 尽管终端产业界对于将智能手表作为下一代终端发展形态的认知已经形成, 但智能手表在市场中的“硬伤”仍然存在, 比如智能手表作为智能手机的配套附属产品, 用户对其依赖程度并不高;目前市场上现存的智能手表产品参差不齐, 产品定位模糊导致了用户体验不理想;尽管越来越多的终端用户开始接受智能手表的概念, 但由于产品目前所支持的类似天气、时间、提醒以及计步、计热量等功能在手机上也可实现, 所以用户购买欲望并不强烈。

由此, 本届MWC2015展会上所呈现出的“可穿戴”热潮究竟是昙花一现, 还是为智能手表市场注入一剂强心针, 还有待后续用户和市场的反馈。

4G部署加速, 网络优化进入深水期

中国的4G时代是由中国移动主导的, 在2014年, 中国移动为了抢占其他两家4G牌照的空窗期, 共建设了70万个4G基站, 实现4G用户数9000万, 销售4G终端超过1亿部。

在本届巴塞罗那通信展上, 中国移动提出了2015年的4G目标:将建成100万个4G基站, 实现全网覆盖;力争在具备条件的国家和地区100%开通LTE国际漫游;在2015年底力争发展4G用户2.5亿。此时正值中国电信和中国联通刚刚获得了FDD牌照, 中国移动为自己定下的2.5亿用户的目标似乎是向其他两家正式宣战。

这是最好的时代, 也是最坏的时代。在国内的4G市场上, 中国移动经过去年一整年的市场积淀, 已经在用户心目中形成了4G的良好口碑, 在2015年势必将乘胜追击, 在5G标准尚未明朗的情况下, 继续深入钻研“后4G”技术, 例如网络优化 (LTE—CUBE技术) 、信号增强 (Sig Well和Relay) ;针对4G演进技术的研发也在快速进行, 中移动下一步将大力推动载波聚合技术的使用, 让系统和终端都能支持载波聚合技术, 探索下行的载波聚合技术, 让客户从新技术中得到很好的体验, 而3D-MIMO、Novonet将和载波聚合技术一起为4G演进贡献力量。

因此在2015年三家运营商将在4G市场中展开“正面较量”。尽管FDD牌照姗姗来迟, 但FDD目前在全球已经形成的完善产业链和足够多的客户案例却不容忽视。面对4G市场的“三国杀”局面, 国内通信市场格局能否发生变化, “一家独大”的中国移动又将如何应战“后来者”?

Strategy Analytics无线运营商战略高级分析师杨光告诉《通信世界》记者:“FDD牌照发放后, 中国移动将在4G市场上面临真正的竞争。同时, 我国移动通信市场已经趋于饱和, 市场竞争的焦点正在从增量市场转向存量市场。在这种情况下, 中国移动应该充分发挥其4G业务的先发优势, 巩固和扩大在高端用户群的优势, 积极拓展政企市场。在重点市场上可尽快部署载波聚合技术, 保持在网络速度竞赛中的领先地位, 并通过小基站、分层组网等多种技术手段, 改善室内和业务热点区域的网络质量, 提升用户体验。同时, 为应对竞争对手的UMTS900, 中国移动还需要尽快完善TD-LTE的网络覆盖。发挥网络、终端、资费、营销力量等多方面的综合优势, 抢占三、四线城市和农村市场上4G竞争的先机。”

5G标准未定, 新技术先声夺人

4G未兴, 5G正起。在本届MWC2015上, 无论是电信运营商还是通信设备商都将5G展示摆在了“最显眼处”。一方面是国外运营商忙着与各路伙伴进行联合展示, 另一方面是各大电信设备企业纷纷推出了自家介于后4G和5G之间的“独门武器”。

尽管目前5G尚未形成标准, 按照理想预期, 建立5G标准至少要在2018年, 而真正商用要到2020年左右, 但这似乎未能影响到电信人对于5G的热情。甚至一些企业还有意在5G标准空窗期提前推出自己的“准5G”产品, 抢占市场先机, 加紧5G战略布局。

而在本届展会上, 设备厂商针对“后4G时代”的网络部署也是鸣锣开战, 火药味十足。中兴通讯推出的基带射频一体化pre5G基站在中国移动展台进行了联合展示和信息发布。Pre5G基站采用Massive MIMO技术, 可大幅提高频谱效率, 使4G终端也能提前享受到接近5G的体验。该基站采用ZTE Paper新概念设计, 已经具备预商用条件, 目前该产品已经完成与中国移动等多家全球知名运营商的联合测试, 2015年有望实现小规模商用。

华为也在致力于5G技术应用于4G演进系统的研究。2014年9月, 华为携手中国移动完成全球首次Massive MIMO (大规模多入多出, 是4G演进以及5G另一关键技术, 可大幅提升频谱效率) 多天线解决方案应用于TD-LTE网络部署的演示, 帮助运营商最大限度利用已有站址和频谱资源, 显著改善无线网络的覆盖和容量。在华为的4G Evolution展区内, 华为还与其它合作伙伴联合展示了包括SDN、NFV在内的网络架构演进关键技术, 并演示了移动核心网端到端可编程性及动态网元部署等能力。