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可穿戴设备和物联网:最近的事态发展和连接解决方案

  每个人和所有的东西都可以作为一个云连接的、能上网的节点可用的概念——可以作为命令设备或状态报告设备(或者两者都可以)访问——有很多头转动。未来学家设想的世界里,一切都是相关的,微博,电子邮件,短信,和其他警报会告诉你你需要知道的东西(和很多事情,嗯,你可以生活的很好,并没有意识到)。

  因此,虽然许多有用的设备和设备将被实时和几乎实时地访问,但许多其他的设备将显得不如现代技术有用的应用,但尽管如此,它将更容易打动我们。然而,如果我们不知道这一点是错误的,因为我们知道,即使是愚蠢的应用程序,也可能成为巨大的冲击,因为公众是善变的和时尚敏感的。“哎呀”指数仍然是一个驱动力。

  本文将探讨可穿戴设备的种类,这些设备将是物联网的重要组成部分,以及能使之发生的组件和技术。我们将深入研究早期的先锋产品,以及正在进行的使集成处理器和收音机成为可能的研究。所有的部件、数据表、教程和开发包,引用在这里可以找到在凯利讯半导体的网站在线。

  把你的(衬衫)给我

  服装是未来嵌入式智能和通信的一个平台。智能服装不仅是时尚和酷,而且还将娱乐我们,连接我们与其他人,并包含健康监测传感器集成到医疗生态系统。

  积极和互动的服装不是新的,但它正处于下一代助推的机会,多亏了云连接和材料科学的进步。已经有好几种活跃的服装用品,但是,这些通常需要有线电池组和控制器。即使传感器和显示器是“螺栓”,而不是真正的集成。

  例如,活跃的乐器服装像电子摇滚吉他shirt1或可用的电子鼓机shirt2今天。虽然有些新奇,但这些概念在我们的服装中引入了嵌入式传感器的概念。在光谱的另一端是容易获得的服装项目,具有主动显示功能。例如,新的Wi-Fi探测器shirt3改变其“衬衫”显示出Wi-Fi信号强度在你目前所在的。

  现代新颖的衣服不适合的原因有几个黄金时段做好准备。首先,模块化的电子、传感器和显示器并不是材料的真正组成部分。他们往往是笨重的,昂贵的附加组件的衣服。第二,电子、传感器和显示器在洗钱方面不太好。第三是需要电力或低成本的能源收集。

  由于一些进步,包括打印柔性OLED器件到织物上的能力,这一切很快就会发生变化。几个喷墨技术已经证明自己是值得的,这将打开大门,更积极的服装与改变,甚至视频风格的显示。

  另一个将服装从被动变为主动系统的发展是将电子传感器编织到织物中的能力。这种技术已经被证明,即使开发人员不确定如何利用它。例如,运动传感pants4在弗吉尼亚理工学院的发展。这些传感器使用电线和织物与传感器一起编织,以检测运动,并能将信号无线发送到计算机显示器。

  其中一个因素还没有完全准备好(但越来越接近)是基于织物的太阳能电池,它提供了即使是室内照明也能提供可靠能源的能力。与早期的传感器和显示器,现代的选择是模块化制造的(图1)。

  服装采能图像

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  图1:使用服装的能量收集是一个创新的概念。早期的创新者如汤米·希尔费格是可移动的太阳能电池板使用的外套。编织光伏是不是太远,这意味着未来的可穿戴设备将有广阔的物联网连接接入电源。

  医学中的应用

  综合医疗和健康/健身电子是另一个关键领域的兴趣。简单的应用程序,像跑步鞋内置计步器,可以消除需要进行一个单独的设备。与可穿戴计算机协调,使用地理位置应用程序可以让你知道当你靠近朋友时,你慢跑或玩运动。例如,耐克的跑鞋有一个传感器,可以无线连接到你的音乐播放器或智能手机上。它协调你在跑步时听到的音乐,并显示卡路里消耗、距离跑、平均速度、持续时间等更多信息(注意你的数据也被发送到耐克)。

  其他有用的例子包括血压表和血糖监测技术,无线连接现在已经达到了在线可访问性和警报分布的可能。一个例子是极地WearLink心率传感器和发射器,兼容耐克和苹果iPod和蚂蚁GPS(图2)。

  极地WearLink心率传感器和变送器的图像

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  图2:这种心率传感器还传输到运动手表,音乐播放器和跑鞋传感器。医疗版本可以向紧急服务发送警报,如果检测到心脏事件,则可以包括GPS定位数据。

  研究是在为不流血的监控和实时采样的血糖与胰岛素水平。这些设备可以通过无线链路进行实时生理反应与外科植入的输液泵进行局部通信。还可以向医疗人员提供数据图,以便从Web上实时收集的数据中监测和诊断患者病情。

  已经有心脏监视器日志,当心脏事件发生时收集数据,医生可以在以后复查。最有能力的植入心脏起搏器和除颤器也允许局部编程和控制心率,可以检测出决定心脏重新启动的条件。虽然本地处理能力一直在扩大,在医生办公室提供实时数据可能是一个很有价值的预测,预示着一个事件即将发生,并提醒世界另一端的病人采取先发制人的行动。

  物联网服装成为这种信息中继系统的一部分,因为它是一种低功耗连接,可以有效地与云通信。与多个、高功率链路连续地活跃和争夺空域相比,本地数据的同步流可以传送(通常是压缩格式),在需要时允许更高的可靠性和可访问性。

  射频识别标签

  虽然正在研究建立个人区域网络和身体区域网络的新标准,但现有的标准和技术对于穿戴和永久放置的物联网节点来说已经绰绰有余了。

  虽然缺乏可编程性,RFID应答器标签,特别是第二代类,是一个可能的解决方案,可以部署在服装。第一代最初是为防止偷窃而设计的,它仍然是减少库存损失和低成本资产追踪的一种手段。第二代增加了读写能力长距离(可达30英尺),并内置能源收集种类。这些标签以被动的方式工作,从主机射频场收集能量,以驱动非易失性存储器,甚至是低能量处理器。

  一些标签和标签阅读器制造商提供产品以及开发工具包和代码。读者喜欢的AMS as3992-bqfp-50可以支持成本最低的发电设备库存控制(或防盗),以及更现代的读/写非易失性风格的第二代设备。

  恩智浦也使得低成本的只读设备,包括htrc11001t / 03ee,11的hitag1系列,或成员的Mifare系列像MFRC50001T / 0fe,112及其相应的开发系统,该om5592 / mf1s50699。

  是什么使得这些地方吸引人的是其低成本标签标签像htsh5601etk,118(图3)。通常是设计中最为庞大的部分,它们价格低廉,完整的子系统非常小,可以装在衣服标签里,包括迷你天线。

  恩智浦半导体htsh5601etk图118应答器系统

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  图3:带有非易失性存储器、控制逻辑和rf收发器的完整转发器系统足够小,可以装在衣服标签内。

  通信的选择

  可穿戴RFID标签将允许互联网意识到我们和我们在哪里,以及我们正在做什么,并因此在物联网中发挥作用。他们可以触发目标广告时,我们走动,并存储信息,我们使用和购买的产品。多达五十个读者可以定位在一平方公里的范围内,因此,实际上,我们的位置和活动成为物联网的一部分,因为标签的主机(我们)是。然而,物联网的真正意图是在功能性的东西中有活跃的处理器以某种方式与云交谈。这里是射频技术聚合的地方。

  虽然大多数聚合点都可能使用3G、4G,甚至5G(一次可用)作为服务提供商的网关,本地通信可以包括蓝牙、Wi-Fi、ZigBee或ANT,作为一种非常本地化的通信媒介。

  蓝牙低能耗正以许多应用为目标。众多的单芯片收发器和模块可供快速设计开发。例如,在该abbtm-nvc-mdcs71(50件)模块,支持蓝牙4,包括传统的音频流以及低能耗和高速模式。

  低能支持TDK的sesub-pan-t2541单模模块是可控的和可通过UART、SPI。即使是成本更低的解决方案,如松下enw-89835c1kf提供蓝牙低能量的唯一功能,可以集成到一个设计11美元以下的,不超过一个IC。另一个好处是,这些预先认证的模块在试图快速进入市场时节省了时间和金钱。

  随着3G或4G服务使Wi-Fi成为更普遍部署的通信链路,将广泛部署的设备连接到云的可能性显著增加。

  在这里,例如,部分如德克萨斯仪器wl1835modgbmoct结合表面安装Wi-Fi和蓝牙模块,值得一看。在这种情况下,蓝牙可以作为所有地方或磨损的设备功率较低的聚合,而Wi-Fi作为传输机制和从云。

  蜂窝芯片组和模块可以允许直接连接到无线服务提供商,消除聚合或Wi-Fi热点的需求。蜂窝芯片的问题在于市场是这样的,IC制造商通常不会处理中到低容量的客户。这就留下了模块作为测试和开发技术的方法。

  模块的多技术系统mt100eocg-h5-sp可作为一种细胞连接在你的集合,如果你的生产量得到足够高,这些可以通过自己的设计所取代。但是请注意,对于蜂窝设备的认证可能是昂贵且费时的,使用模块可以绕过这个问题。在这方面有帮助的是多技术在线产品培训模块“蜂窝设备认证概述”。

  在总结

  虽然集成电路大多是自成体系的,但将显示元件、导体和能量收集织成和织成织物的能力正逐渐上升到学习曲线上。然而,把某些高度集成的功能,如无线电芯片和微控制器打印到服装中,仍然是不可行的,而且这些东西现在仍然是离散的元素。

  无论是PAN到蜂窝和PAN到Wi - Fi是可能的,与IPv6允许更独特的地址比以往任何时候,甚至你的左脚运动鞋可能很快就会有自己独特的IP地址和云的存在。而愚蠢的应用必将出现,许多外围设备,传感器,和有用的健康和医疗的设计也将。

  它的技术和协议将在物联网的优势出现还有待确定,但同时,正如本文所展示的,工程师的工具,配件和辅助材料设计功能服饰现在用螺栓连接。

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