穿戴装置的设计与应用

2014-10-02 15:44:32来源: DIGITIMES
  穿戴式装置的设计,必须考量功能、电池寿命、成本与尺寸。因电池小,容量有限,故须聚焦于用电效率,也因此必须选择能效高、能因应市场变化、且针脚相容的MCU产品组合,搭配各式低功耗感测器,以及低耗电的无线通讯射频元件,以延长产品续航力… 

聚焦创新与简化  只为物联网创价
Silicon Labs(芯科实验室)亚太区MCU资深行销经理彭志昌先生,针对“穿戴装置的设计与应用”之议题做演说,他首先简介公司成立于1996年,是一家主攻混合信号的无晶圆半导体公司,主力在于创新、简化与物联网的相关产品,至今有超过50亿个装置内建Silicon Labs的产品。



Silicon Labs芯科实验室有限公司亚太区MCU资深行销经理彭志昌。

穿戴式产品定义  轻薄短小功耗

彭志昌表示,穿戴式产品的定义,就是兼具体积小、重量轻,并能够穿戴在身上,同时以电池做为主要供电来源。在功能上,必须具备感测(如动作、环境、生物识别等感测资讯)、处理(依需求处理与储存各种资讯)与沟通(透过显示幕或其他介面来呈现结果)。至于传输上,则透过有线(USB)或无线(低功耗蓝牙或可能用Wi-Fi)的方式将资料传到电脑或云端。

现有许多公司都在设计相同外观的产品,强迫使用者接受其产品体验。但是穿戴式装置与其他电子产品不同,还涵盖了流行时尚等元素,因此如何创造出受欢迎的穿戴式装置,提供与众不同之使用者体验。首先在产品设计就要差异化,包括工业设计与使用者介面(软体)、感应器(内建更多)、实用(包括电池使用时间)、加值服务。

由于不同应用,在功能、电池寿命、成本、尺寸上,还必须做些取舍。例如简单且全天候的活动监测产品,电池寿命最重要;健身追踪产品,则上述4种因素就得取得平衡;智慧手表产品,当重视其他3种,电池寿命就会变短。

而采用哪种电池(一次性的水银电池或可充电的锂聚合电池) 也决定了产品的大小与电源系统的设计。设计者必须聚焦在功耗最佳化这部份,以增加产品使用续航力。

至于MCU的选择,也是牵扯产品电池寿命的重要关键,若能在产品进入睡眠模式时将电力消耗降至最低,则可有效提升电池续航力。选用Silicon Labs的EFM32 MCU系列,可协助设计者在维持相同电力下,缩小电池体积达26%。而在选择核心部份,基本/中阶/高档产品皆有不同的功能与诉求,可对应选择Coretex-M0+/M3/M4这些对的CPU等级来支应。

感测处理靠滤波  低耗产品种类多

在穿戴装置的感测处理部分,以Cortex-M3和M4为例,其耗电量分别为550uA(230uA)和170uA;而后者因有搭配浮点运算,因此在滤波处理效率上更具优势;搭配能够侦测环境的改变来调适背光亮度,以及EFM32的PRS(周边反射系统)来对AD定期采样,让MCU快速进入睡眠模式等方式,皆可提高电池寿命。

在EFM32的低功耗感测介面(LESENSE)部分,若要检测一种温度波形,一般MCU作法是放计时器来随时采样,而改用其EFM32的Gecko MCU,只有在event(活动)触发时,MCU才被唤醒,如此可大大减少MCU运作需求并降低功耗。

在感测器部分,包含动作(如加速器)、环境(如环境光、紫外光指数、温湿度)、生物识别(如心率、血氧浓度)等种类,可应用在各穿戴式装置。该公司的Si1132是一款环境光与紫外线指数感测器,功耗仅1.2uA;而Si114x为心率与血氧浓度感测器,采红外线光侦测方式,免插针即可感测。这两款产品大小仅2x2mm,并可透过I2C介面来连结至系统上。

至于无线传输在穿戴式的应用中,目前主要是以Bluetooth Smart(智慧蓝牙;或称作BLE,低功耗蓝牙)模式连至手机,并进行资料互连。若分析BLE的耗电量(传输12mA、接收13mA、交易长度3ms,平均交易用电量9mA)来看,就算全天候打开BLE,电池也仅能支撑18天的寿命,若改成每秒交易一次,必要时才打开,这样就能延伸到271天。

总结Silicon Labs提供了超过250种EFM32 Gecko MCU产品组合,以及各式低功耗感应器和无线传输元件,搭配自家“Simplicity Studio”开发环境,是客户在设计穿戴式装置时,最有利的武器。

关键字:穿戴装置

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2014/1002/article_37305.html
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