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作者：陳嘉偉，e絡(luò )盟亞太區技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理 電子工程師在設計可穿戴設備的時(shí)候往往會(huì )受到諸多限制，如功耗、重量和尺寸等，而其中對于大多數工程師來(lái)說(shuō)，最為關(guān)鍵的一個(gè)設計參數便是產(chǎn)品上市速度，即工程師將設計概念轉化為實(shí)際可用產(chǎn)品的速度。越快完成這項轉化，就能越早針對系統中的重要部分以及應用進(jìn)行進(jìn)一步開(kāi)發(fā)與優(yōu)化。 絕大多數可穿戴設備都以傳感器為基礎，用以測量用戶(hù)的步數、心率、姿態(tài)等相關(guān)參數。傳感器采集的數據由單個(gè)微控制器讀取并進(jìn)行基本處理和存儲，隨后進(jìn)行無(wú)線(xiàn)輸出，通常傳輸至智能手機上，而手機則進(jìn)一步將這些數據發(fā)送至云端進(jìn)行處理和報告。 作為業(yè)內首個(gè)融合電子商務(wù)與在線(xiàn)社區的高質(zhì)量電子元件與解決方案分銷(xiāo)商,e絡(luò )盟將從設計方法、設計模式及整個(gè)設計生態(tài)系統的視角依次對這些模塊進(jìn)行分析，以尋求有助于縮短各個(gè)模塊設計用時(shí)的方法。 更快速的傳感器設計 從傳感器上獲取原始數據并將其轉化為有實(shí)際意義的信息以供使用，這絕非易事。 所有傳感器都面臨這種難題，無(wú)論是加速計、陀螺儀、磁力計、光伏計、溫度計、壓力計還是可穿戴應用測量所使用的其他類(lèi)型傳感器。工程師往往需要花費數周時(shí)間用于開(kāi)發(fā)實(shí)現線(xiàn)性化的算法、調整傳感器偏移并逐個(gè)校準。盡管如此，仍有諸多方法來(lái)為這一進(jìn)程提速。以Microchip Technology Inc. (美國微芯科技公司)生產(chǎn)的一款運動(dòng)協(xié)處理器Microchip SSC7150 為例，它可以輕松地執行基于嵌入式應用的運動(dòng)功能，工程師無(wú)需精通傳感器技術(shù)，可加速上市進(jìn)程。該處理器采用小型6mm × 6mm QFN封裝，支持9軸傳感器融和輸入，包括3D加速計、3D陀螺儀以及3D磁力計。主應用 MCU不再負責信息的收集和處理工作。與主MCU進(jìn)行I²C連接后，主MCU便可從設備上直接讀取準確且已處理的位置和定位信息，從而實(shí)現更加快速的應用開(kāi)發(fā)。 采用這種設計方案時(shí)還需將單個(gè)傳感器與協(xié)處理器相連接。此外還有一種更加簡(jiǎn)捷的設計，即將傳感器預裝在模塊之上。Microchip生產(chǎn)的模塊MM7150，整合了SSC7150運動(dòng)協(xié)處理器、Bosch BMC150（六軸數字羅盤(pán)）和BMG 160（三軸陀螺儀）。Microchip MM7150運動(dòng)模塊采用單面設計，在制造過(guò)程中可輕松焊接。 更快速的MCU設計 談過(guò)了傳感器，在可穿戴應用的研發(fā)過(guò)程中，下一步就是MCU的選擇及固件的開(kāi)發(fā)。 MCU用于控制應用、讀取輸入、驅動(dòng)輸出以及實(shí)現不同系統模塊之間的通信。在嵌入式應用的設計流程中，軟件開(kāi)發(fā)是最耗時(shí)也是最復雜的環(huán)節。大多數情況下工程師會(huì )使用C語(yǔ)言編程。他們需要為周邊設備編制驅動(dòng)，并借助復雜的中斷例程整合各種周邊設備。此外，他們還需要開(kāi)發(fā)更高水平的應用功能。通常那些運行較快的軟件其性能會(huì )更高，而軟件的開(kāi)發(fā)、測試和調試往往需要經(jīng)歷一個(gè)迭代過(guò)程，這都需要付出時(shí)間和努力不斷改進(jìn)。 在此階段，工程師若能縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間并實(shí)現尺寸與功耗的最優(yōu)化，將能夠切實(shí)推動(dòng)可穿戴產(chǎn)品設計更快上市。市面上存在幾種方案有助于實(shí)現這一目標。Microchip以獨立于內核的外設（CIP）理念為基礎，開(kāi)發(fā)了大量8位和16位MCU，這樣一來(lái)，即使是簡(jiǎn)單的設備也能夠更加廣泛地應用于多種應用當中。配備大量智能型互聯(lián)CIP的典型設備能夠整合這些外設在無(wú)內核的情況下自主實(shí)現各類(lèi)功能。由于這些功能完全依賴(lài)硬件而非軟件來(lái)實(shí)現，因此使用CIP能夠實(shí)現遠勝于傳統8位MCU的系統性能，這就有利于簡(jiǎn)化設計流程，并縮短軟件開(kāi)發(fā)周期以及由此產(chǎn)生的測試和調試時(shí)間。此外，CIP可免除對復雜控制系統中各功能的驗證需要。 加快無(wú)線(xiàn)開(kāi)發(fā) 多數可穿戴應用都設有無(wú)線(xiàn)連接功能。某些醫療應用或其他日志應用在通過(guò)USB等工具下載收集的信息之前，可能會(huì )先直接存儲數據。但一般而言，這些應用都是以無(wú)線(xiàn)方式連接。有時(shí)候，工程師可能還需要支持遠距離操作的無(wú)線(xiàn)連接。 這種情況下，我們有多種選擇，比如遠距離無(wú)線(xiàn)通信（LoRa）。然而多數情況下，可穿戴技術(shù)一般通過(guò)智能手機連接至個(gè)人網(wǎng)絡(luò )。在這類(lèi)應用中，藍牙無(wú)線(xiàn)技術(shù)是最普遍的無(wú)線(xiàn)連接方式。 藍牙無(wú)線(xiàn)技術(shù)讓可穿戴產(chǎn)品設計師能夠任意選用數十億種Bluetooth Smart Ready智能手機作為其產(chǎn)品主機設備。借助低功耗藍牙或Bluetooth Smart技術(shù)，應用無(wú)需經(jīng)過(guò)硬件驗證便可直接連接至蘋(píng)果手機（包括iPhone 4S及其后代產(chǎn)品）。與傳統藍牙技術(shù)相比，這些技術(shù)可讓產(chǎn)品設計更快上市，同時(shí)也為應用設備能夠使用iBeacon協(xié)議提供了可能性。 就傳感器來(lái)說(shuō)，一個(gè)適當的模塊便可極大地加速在設計中添加藍牙無(wú)線(xiàn)技術(shù)的進(jìn)程。所謂適當模塊就是指RF認證、天線(xiàn)設計與協(xié)議棧開(kāi)發(fā)等已經(jīng)完成，工程師無(wú)需再為之耗費任何時(shí)間與精力。 加快云集成速度 大多數可穿戴應用需要連接到云端，這并不是一項輕松的任務(wù)。若要保證連接成功，就需要消除嵌入式設計人員與IT專(zhuān)業(yè)人員理念上的差異。 這兩組人員的工作處于完全不同的兩個(gè)世界。嵌入式設計人員關(guān)注字位和字節數，而IT專(zhuān)業(yè)人員關(guān)注的則是千兆與兆兆字節。這種差異化特點(diǎn)也存在于云連接嵌入式系統中的方方面面。 嵌入式工程師如何運行云應用呢？在設計過(guò)程中，他們需要綜合考慮服務(wù)器、存儲、安全性等諸多方面。慶幸的是，業(yè)內現在有許多服務(wù)可以簡(jiǎn)化和加速云解決方案的開(kāi)發(fā)。其中之一就是亞馬遜云服務(wù)（AWS），包括亞馬遜彈性計算云服務(wù)（EC2）以及新近推出的AWS物聯(lián)網(wǎng)平臺。EC2服務(wù)讓用戶(hù)能夠以多種不同配置方式獲取和配置任意數量的服務(wù)器資源。AWS物聯(lián)網(wǎng)平臺能夠讓連接設備方便地與云應用及其他設備進(jìn)行安全交互。AWS物聯(lián)網(wǎng)平臺還能夠支持數以?xún)|計的設備與信息，安全可靠地處這些理信息并發(fā)送到AWS端點(diǎn)及其他設備。藉此，設計人員無(wú)需管理任何基礎設施，便可以直接構建物聯(lián)網(wǎng)應用，用于收集、處理、分析連接設備生成的數據并執行相應任務(wù)。 總之，構建可穿戴應用涉及許多復雜的開(kāi)發(fā)難題，但同時(shí)，也存在一些模塊、工具及生態(tài)系統能夠切實(shí)加快可穿戴應用的開(kāi)發(fā)。在可穿戴應用開(kāi)發(fā)方面，電子元件僅僅是更復雜系統依托的平臺，構建這個(gè)平臺并使之快速運行才是成功設計的關(guān)鍵所在。 欲加速設計流程、探索大量硬件開(kāi)發(fā)工具與軟件產(chǎn)品，請訪(fǎng)問(wèn)www.element14.com/designcenter。工程師還可以通過(guò)產(chǎn)品編號、關(guān)鍵字或動(dòng)態(tài)篩選進(jìn)行搜索。所有產(chǎn)品都提供開(kāi)發(fā)所需的技術(shù)資源支持。 
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