飞思卡尔蔡震博士:智能手表架构及医疗应用探讨
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可穿戴性设备的概念其实并不新,早期很多做户外的设备厂商都有相似的产品,在登山或者徒步的时候可以佩戴一个户外手表,这也是穿戴设备。但看上去可穿戴性设备是一夜之间起来的,业界都认为2013年是穿戴设备元年。但这个穿戴性设备和以前的穿戴设备是不是一样呢?我认为有截然不同的定义,是行业的分水岭。

目前我个人的理解,所谓的智能穿戴设备应该是智能手机、平板电脑的附件设备。我们理解的智能穿戴设备更愿意是智能手机的组件设备,做了这样的界定之后,对于我们设备的功能,包括设备所要具备的性能,包括显示性能、电池性能或者整个设备待机时间的要求等等都有一个清晰的界定。

飞思卡尔半导体亚太区高级市场及业务拓展经理蔡震博士 中通网配图

(飞思卡尔半导体亚太区高级市场及业务拓展经理蔡震博士 中通网配图)

价格:智能手表要低于400元,不要卖得比手机贵

目前有很多智能手表推出来,我一直没有下手购买的原因我觉得没有用,功能和智能手机太重复了,如果要打电话可以用智能手机,如果拍照500-800万象素的手机比智能手表更有用。价格方面,400元之内我会考虑,大于900元想都不要想。智能手表和穿戴,如果卖得比手机贵大家可以想象它的接受度。

 

电池:手环在100毫安左右,手表在500毫安左右

目前可穿戴设备最大的难题是如何解决续航问题。如果能找到工作一个星期的智能手表我愿意花3000元购买,但前做不到。这是关键的挑战,所以我个人是属于400元以内的消费水平。

从手表和手环来看,区别在于手环的空间比较有限,大家所用的电池容量在100毫安时或者150毫安时以下,有些产品做到25毫安时。手表的区别,电池容量在300毫安时或者500毫安时之间。

 

架构:手环CPU 推荐Cortex M0,手表CPU推荐 Cortex M4/20兆以上

从智能穿戴的角度来看,无论是智能手表还是智能手环,系统拓扑和架构都一样,可以分为主处理器、传感器网络、电池和无线连接方式这四个主要的环节。

相对从CPU的处理性能来看,我们以ARM公司的内核考量,手环类设备他们用的CPUM0这一系列的MCU宽泛一点的概念对于功耗的比较,这个运行口号在8片单片机功耗的八分之一至九分之一,这是手环类需要的处理能力。手表类产品按照计算量来看主频在20兆以上的处理性能,可以完全运行手表类应用。

手表类应用和手环类应用有如此大的区别?因为手表类应用需要比较大的数据深度,对于Flash的要求比较高。其次手表设备之内所要肩负的扩展应用包括和身体体征相关的数据处理,需要有一定的DS处理能力和运行速度。其三,如果手环只挂一个传感器,可能有高速传感器、陀螺仪,某种应用下还有摄像头的sensor。传感器融合等等,目前我们客户都在用M4内核的MCU,整个定点运算能力,这一块总体来说智能手环和智能手表两类应用对于应用的要求。我们再反过来计算,设计设备的过程中如果抛却了云端的互联互通,整个设备的功耗模式很框架,如何计算这样的东西呢?我们以MCU作为范例,M4内核的MCU运行口号在10-20兆的运行速率的时候,功耗可以做到4毫安,所达到的性能是什么性能呢?给大家策略的感性认识,20毫安的功耗可以完成192k的MP3的解码,也就意味着你的CPU花了4毫安。

智能手表里,但凡做手机设计的都碰到一个问题,所谓的sensor,是把加速度传感器、陀螺仪相互补偿,融合成空间定位的计算代码,目前在飞思卡尔整个处理能力中基本上系统在200的时候可以完成这部分的计算算法。所以说我们设计智能手环或者智能手表这两类穿戴式设备,MCU从飞思卡尔的理解,飞思卡尔的推荐来看分别是M0和M4。

 

操作系统:是Linux还是安卓?

个人认为Linux的尺寸太大,我们以飞思卡尔的嵌入式操作系统为例,操作系统是4k的flash空间,完全一个有TFTP的远程登录功能,完成一个小型的服务尺寸是多大呢?40k。我们知道M4的MCU尺寸从64K到1兆或者512兆,我们以飞思卡尔MK22的系列来看,可以做到2兆和256k。所以跑一个操作系统仅仅占了40-60k的要求,剩下大量都是给客户应用在使用。

另外目前市场上有很多关注度的就是安卓的参考设计,在ARM的技术论坛上已经发布了,在美国同步发布,大家可以上网搜索ARM的这个产品,如果大家待会儿有兴趣可以看到2cm×4cm的主CPU。下面一个是基于MCU内核的处理器,手表为什么在250至500毫安时做不到3天以上?系统跑起来就耗电,本身这类都有弱电流,如果忘了关就漏掉,这些产品中所面临的功耗设计,怎么解决耗电的问题?需要一个斜处理器。也就是说我们在手表上,OS要工作是sensor、Camera或RTC,直接用MCU处理了。刚才许博士谈到睡眠检测是运动传感器进行监测,这部分算法可以达到数据处理和数据分析,没有发现数据变化就不劳他大驾。

飞思卡尔智能手表设计方案

(飞思卡尔公布的一个参考设计:厚度为1.5cm,可拆卸功能模块,也可以定制自己的功能模块,可以研究标准接口来定义一个磁卡就完成了。智能手表除了运动检测、Camera等等功能之外还增加了健康检测功能。以心电图检测作为事例,用两个手指贴上去可以完成心电检测。在这款设计中基准靠手机背面的两个地电极,如果在3.3v里面就是1.6v的参考电压。在做具体设计的时候可以把基础电极放在侧面。)

 

医疗健康:心电检测、血糖检测、肺活量

飞思卡尔所提供的健康的参考设计 中通网配图

(飞思卡尔所提供的健康的参考设计 中通网配图)

这个是飞思卡尔所提供的健康的参考设计,目前连续测量、连续侦测没有一个妥善的解决方案,有很多新兴的概念提出可以通过皮下对于不同红外波长的吸收率和反射率进行侦测,但这些方式只是理论上,没有大量的临床验证。唯一相对来说经过一段时间的临床验证,或者在欧美、日期已经在规模运行是心电。大家做设备面对最大的市场是两个,一个是心电检测就是心电保护,其他是血糖检测。肺活量就是锦上添花,解决心电和血糖是穿戴式设备首先要解决的两个问题,目前最容易接入是心电,血糖的检测方式目前没有无介入式的,非常精准的,经过长期临床验证的技术。所以在算法当中,飞思卡尔有一款芯片AK50系列,这款芯片内部集成16位连续采样的ADC和高精度的运化,包括2-4个跨组放大器,用来解决电流器件和光传感器件的,完成一个心电检测都是通过外围50HZ的滤波器就可以完成。


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生产日期:2013-11-29 14:22:37
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