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可穿戴裝置和物聯網:最近的事态發展和連接配接解決方案

  每個人和所有的東西都可以作為一個雲連接配接的、能上網的節點可用的概念——可以作為指令裝置或狀态報告裝置(或者兩者都可以)通路——有很多頭轉動。未來學家設想的世界裡,一切都是相關的,微網誌,電子郵件,短信,和其他警報會告訴你你需要知道的東西(和很多事情,嗯,你可以生活的很好,并沒有意識到)。

  是以,雖然許多有用的裝置和裝置将被實時和幾乎實時地通路,但許多其他的裝置将顯得不如現代技術有用的應用,但盡管如此,它将更容易打動我們。然而,如果我們不知道這一點是錯誤的,因為我們知道,即使是愚蠢的應用程式,也可能成為巨大的沖擊,因為公衆是善變的和時尚敏感的。“哎呀”指數仍然是一個驅動力。

  本文将探讨可穿戴裝置的種類,這些裝置将是物聯網的重要組成部分,以及能使之發生的元件和技術。我們将深入研究早期的先鋒産品,以及正在進行的使內建處理器和收音機成為可能的研究。所有的部件、資料表、教程和開發包,引用在這裡可以找到在凱利訊半導體的網站線上。

  把你的(襯衫)給我

  服裝是未來嵌入式智能和通信的一個平台。智能服裝不僅是時尚和酷,而且還将娛樂我們,連接配接我們與其他人,并包含健康監測傳感器內建到醫療生态系統。

  積極和互動的服裝不是新的,但它正處于下一代助推的機會,多虧了雲連接配接和材料科學的進步。已經有好幾種活躍的服裝用品,但是,這些通常需要有線電池組和控制器。即使傳感器和顯示器是“螺栓”,而不是真正的內建。

  例如,活躍的樂器服裝像電子搖滾吉他shirt1或可用的電子鼓機shirt2今天。雖然有些新奇,但這些概念在我們的服裝中引入了嵌入式傳感器的概念。在光譜的另一端是容易獲得的服裝項目,具有主動顯示功能。例如,新的Wi-Fi探測器shirt3改變其“襯衫”顯示出Wi-Fi信号強度在你目前所在的。

  現代新穎的衣服不适合的原因有幾個黃金時段做好準備。首先,子產品化的電子、傳感器和顯示器并不是材料的真正組成部分。他們往往是笨重的,昂貴的附加元件的衣服。第二,電子、傳感器和顯示器在洗錢方面不太好。第三是需要電力或低成本的能源收集。

  由于一些進步,包括列印柔性OLED器件到織物上的能力,這一切很快就會發生變化。幾個噴墨技術已經證明自己是值得的,這将打開大門,更積極的服裝與改變,甚至視訊風格的顯示。

  另一個将服裝從被動變為主動系統的發展是将電子傳感器編織到織物中的能力。這種技術已經被證明,即使開發人員不确定如何利用它。例如,運動傳感pants4在弗吉尼亞理工學院的發展。這些傳感器使用電線和織物與傳感器一起編織,以檢測運動,并能将信号無線發送到計算機顯示器。

  其中一個因素還沒有完全準備好(但越來越接近)是基于織物的太陽能電池,它提供了即使是室内照明也能提供可靠能源的能力。與早期的傳感器和顯示器,現代的選擇是子產品化制造的(圖1)。

  服裝采能圖像

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  圖1:使用服裝的能量收集是一個創新的概念。早期的創新者如湯米·希爾費格是可移動的太陽能電池闆使用的外套。編織光伏是不是太遠,這意味着未來的可穿戴裝置将有廣闊的物聯網連接配接接入電源。

  醫學中的應用

  綜合醫療和健康/健身電子是另一個關鍵領域的興趣。簡單的應用程式,像跑步鞋内置計步器,可以消除需要進行一個單獨的裝置。與可穿戴計算機協調,使用地理位置應用程式可以讓你知道當你靠近朋友時,你慢跑或玩運動。例如,耐克的跑鞋有一個傳感器,可以無線連接配接到你的音樂播放器或智能手機上。它協調你在跑步時聽到的音樂,并顯示卡路裡消耗、距離跑、平均速度、持續時間等更多資訊(注意你的資料也被發送到耐克)。

  其他有用的例子包括血壓表和血糖監測技術,無線連接配接現在已經達到了線上可通路性和警報分布的可能。一個例子是極地WearLink心率傳感器和發射器,相容耐克和蘋果iPod和螞蟻GPS(圖2)。

  極地WearLink心率傳感器和變送器的圖像

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  圖2:這種心率傳感器還傳輸到運動手表,音樂播放器和跑鞋傳感器。醫療版本可以向緊急服務發送警報,如果檢測到心髒事件,則可以包括GPS定位資料。

  研究是在為不流血的監控和實時采樣的血糖與胰島素水準。這些裝置可以通過無線鍊路進行實時生理反應與外科植入的打點滴泵進行局部通信。還可以向醫療人員提供資料圖,以便從Web上實時收集的資料中監測和診斷患者病情。

  已經有心髒螢幕日志,當心髒事件發生時收集資料,醫生可以在以後複查。最有能力的植入心髒起搏器和除顫器也允許局部程式設計和控制心率,可以檢測出決定心髒重新啟動的條件。雖然本地處理能力一直在擴大,在醫生辦公室提供實時資料可能是一個很有價值的預測,預示着一個事件即将發生,并提醒世界另一端的病人采取先發制人的行動。

  物聯網服裝成為這種資訊中繼系統的一部分,因為它是一種低功耗連接配接,可以有效地與雲通信。與多個、高功率鍊路連續地活躍和争奪空域相比,本地資料的同步流可以傳送(通常是壓縮格式),在需要時允許更高的可靠性和可通路性。

  射頻識别标簽

  雖然正在研究建立個人區域網絡和身體區域網絡的新标準,但現有的标準和技術對于穿戴和永久放置的物聯網節點來說已經綽綽有餘了。

  雖然缺乏可程式設計性,RFID應答器标簽,特别是第二代類,是一個可能的解決方案,可以部署在服裝。第一代最初是為防止偷竊而設計的,它仍然是減少庫存損失和低成本資産追蹤的一種手段。第二代增加了讀寫能力長距離(可達30英尺),并内置能源收集種類。這些标簽以被動的方式工作,從主機射頻場收集能量,以驅動非易失性存儲器,甚至是低能量處理器。

  一些标簽和标簽閱讀器制造商提供産品以及開發工具包和代碼。讀者喜歡的AMS as3992-bqfp-50可以支援成本最低的發電裝置庫存控制(或防盜),以及更現代的讀/寫非易失性風格的第二代裝置。

  恩智浦也使得低成本的隻讀裝置,包括htrc11001t / 03ee,11的hitag1系列,或成員的Mifare系列像MFRC50001T / 0fe,112及其相應的開發系統,該om5592 / mf1s50699。

  是什麼使得這些地方吸引人的是其低成本标簽标簽像htsh5601etk,118(圖3)。通常是設計中最為龐大的部分,它們價格低廉,完整的子系統非常小,可以裝在衣服标簽裡,包括迷你天線。

  恩智浦半導體htsh5601etk圖118應答器系統

可穿戴裝置和物聯網:最近的事态發展和連接配接解決方案

  圖3:帶有非易失性存儲器、控制邏輯和rf收發器的完整轉發器系統足夠小,可以裝在衣服标簽内。

  通信的選擇

  可穿戴RFID标簽将允許網際網路意識到我們和我們在哪裡,以及我們正在做什麼,并是以在物聯網中發揮作用。他們可以觸發目标廣告時,我們走動,并存儲資訊,我們使用和購買的産品。多達五十個讀者可以定位在一平方公裡的範圍内,是以,實際上,我們的位置和活動成為物聯網的一部分,因為标簽的主機(我們)是。然而,物聯網的真正意圖是在功能性的東西中有活躍的處理器以某種方式與雲交談。這裡是射頻技術聚合的地方。

  雖然大多數聚合點都可能使用3G、4G,甚至5G(一次可用)作為服務提供商的網關,本地通信可以包括藍牙、Wi-Fi、ZigBee或ANT,作為一種非常本地化的通信媒介。

  藍牙低能耗正以許多應用為目标。衆多的單晶片收發器和子產品可供快速設計開發。例如,在該abbtm-nvc-mdcs71(50件)子產品,支援藍牙4,包括傳統的音頻流以及低能耗和高速模式。

  低能支援TDK的sesub-pan-t2541單模子產品是可控的和可通過UART、SPI。即使是成本更低的解決方案,如松下enw-89835c1kf提供藍牙低能量的唯一功能,可以內建到一個設計11美元以下的,不超過一個IC。另一個好處是,這些預先認證的子產品在試圖快速進入市場時節省了時間和金錢。

  随着3G或4G服務使Wi-Fi成為更普遍部署的通信鍊路,将廣泛部署的裝置連接配接到雲的可能性顯著增加。

  在這裡,例如,部分如德克薩斯儀器wl1835modgbmoct結合表面安裝Wi-Fi和藍牙子產品,值得一看。在這種情況下,藍牙可以作為所有地方或磨損的裝置功率較低的聚合,而Wi-Fi作為傳輸機制和從雲。

  蜂窩晶片組和子產品可以允許直接連接配接到無線服務提供商,消除聚合或Wi-Fi熱點的需求。蜂窩晶片的問題在于市場是這樣的,IC制造商通常不會進行中到低容量的客戶。這就留下了子產品作為測試和開發技術的方法。

  子產品的多技術系統mt100eocg-h5-sp可作為一種細胞連接配接在你的集合,如果你的生産量得到足夠高,這些可以通過自己的設計所取代。但是請注意,對于蜂窩裝置的認證可能是昂貴且費時的,使用子產品可以繞過這個問題。在這方面有幫助的是多技術線上産品教育訓練子產品“蜂窩裝置認證概述”。

  在總結

  雖然內建電路大多是自成體系的,但将顯示元件、導體和能量收集織成和織成織物的能力正逐漸上升到學習曲線上。然而,把某些高度內建的功能,如無線電晶片和微控制器列印到服裝中,仍然是不可行的,而且這些東西現在仍然是離散的元素。

  無論是PAN到蜂窩和PAN到Wi - Fi是可能的,與IPv6允許更獨特的位址比以往任何時候,甚至你的左腳運動鞋可能很快就會有自己獨特的IP位址和雲的存在。而愚蠢的應用必将出現,許多外圍裝置,傳感器,和有用的健康和醫療的設計也将。

  它的技術和協定将在物聯網的優勢出現還有待确定,但同時,正如本文所展示的,工程師的工具,配件和輔助材料設計功能服飾現在用螺栓連接配接。

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