智能穿戴設備關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢

　　對智能穿戴設備發(fā)展現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)進行了分析，包括傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、芯片技術(shù)、操作系統(tǒng)、無線通信技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、提高續(xù)航時間技術(shù)等。展望了智能穿戴設備在市場、產(chǎn)業(yè)鏈方面與相關(guān)技術(shù)的融合、安全性及相關(guān)應用的發(fā)展趨勢。

　　1 引言

　　隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展， 移動互聯(lián)網(wǎng)日益普及，傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)在向移動互聯(lián)網(wǎng)遷移，智能穿戴設備近年來發(fā)展的非常迅速，成為一個熱點行業(yè)。智能穿戴產(chǎn)品涉及的領(lǐng)域十分廣泛，從眼鏡、娛樂、兒童監(jiān)護、健康、智能家居、智能服飾到通信等領(lǐng)域，可以加入拍照、語音識別、鏡片導航、體重監(jiān)測等各種功能。可以認為智能穿戴設備是一種基于移動互聯(lián)網(wǎng)的、具有高性能低功耗特點的智能終端，其展現(xiàn)形式不是手機，而是日常生活中的可穿戴物品。它過借助傳感器，與人體進行信息交互，是一種在新理念下誕生的智能設備，具有廣泛的應用領(lǐng)域，并能夠根據(jù)用戶需求不斷升級。智能穿戴設備在提高人們生活品質(zhì)、促進生活方式智能化方面將會起到很重要的作用，智能穿戴設備產(chǎn)業(yè)將迎來巨大的市場空間。

　　2 智能穿戴設備發(fā)展現(xiàn)狀

　　按照主要功能的不同，智能穿戴設備產(chǎn)品可以劃分為以下幾類：運動健康類、體感交互類、信息資訊類、醫(yī)療健康類和綜合功能類等，每類設備針對不同的細分市場和消費人群。運動和醫(yī)療健康類的設備有運動、體側(cè)腕帶及智能手環(huán)，主要消費人群為大眾消費者;體感控制和綜合功能類的設備有智能眼鏡等，消費人群以年輕人為主;信息咨詢類的設備有智能手表，主要消費人群為大眾消費者。從目前來看，醫(yī)療和運動健康類設備使用的用戶較多。

　　隨著智能穿戴產(chǎn)業(yè)競爭日趨激烈，同質(zhì)化產(chǎn)品現(xiàn)象越來越嚴重，各類只具備單一功能的智能硬件紛紛開始與其他智能硬件尋求合作。在未來，隨著單一領(lǐng)域的智能穿戴產(chǎn)品技術(shù)日漸成熟，不同領(lǐng)域和功能訴求的產(chǎn)品會根據(jù)用戶實際需求在功能上實現(xiàn)互補，從而帶來更符合用戶需求的智能體驗，發(fā)展方向也會日漸明確和多元化。

　　目前市場上的智能穿戴產(chǎn)品主要有手環(huán)類產(chǎn)品、手表類產(chǎn)品、眼鏡類產(chǎn)品和便攜醫(yī)療設備類產(chǎn)品等，如三星、索尼、華為、小米的智能手環(huán)，蘋果、三星的智能手表，谷歌的智能眼鏡等。此外，還有一些珠寶、紐扣類、飾品類以及可放入口袋或嵌入服裝內(nèi)的產(chǎn)品等，如施華洛世奇推出的SwarovskiShine太陽能可穿戴設備系列，Opening Ceremony推出的MICA智能手鐲。

　　3 智能穿戴設備關(guān)鍵技術(shù)

　　智能穿戴設備產(chǎn)業(yè)涉及的技術(shù)范圍較廣，包括傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、芯片技術(shù)、操作系統(tǒng)、無線通信技術(shù)、數(shù)據(jù)計算處理技術(shù)、提高續(xù)航時間技術(shù)、數(shù)據(jù)交互技術(shù)等。

　　3.1 傳感技術(shù)

　　傳感技術(shù)主要完成語音控制、眼球追蹤、手勢辨別、生理監(jiān)控(包括心跳、血壓、睡眠質(zhì)量等)、環(huán)境感知(如溫度、濕度、位置和壓力等)等。目前，應用較多的傳感器類型有骨傳導、音源感測、肌電感測、重力感測、影像感測、陀螺儀、加速度計、磁力計、方向感測、線性加速度感測、光體積訊號變化感測模組、心電圖腦波感測模組、眼球追蹤感測等。

　　3.2 顯示技術(shù)

　　目前應用在智能穿戴設備中的常見顯示技術(shù)包括薄膜電晶體液晶顯示器、主動式矩陣有機發(fā)光二極體、有機發(fā)光二極體、發(fā)光二極體與電子紙等。除此之外，目前主要的3種穿戴式顯示技術(shù)是：

　　(1)微型顯示：如硅基液晶，微機電系統(tǒng)/數(shù)位光源處理、鐳射掃描等。

　　(2)柔性顯示：目前，日本半導體實驗室、蘋果、三星、LG、Philips、諾基亞等巨頭正積極開發(fā)并推進可彎曲的柔性屏幕、電池和人機界面系統(tǒng)并進行專利布局?，F(xiàn)階段主流柔性顯示技術(shù)的研發(fā)瓶頸主要聚焦在以下幾個方面：

　　1)顯示技術(shù)所用核心光電材料及相關(guān)功能材料性能的改進、提高，包括新材料的研發(fā)等;

　　2)器件封裝基板及相關(guān)封裝材料的研發(fā);

　　3)更高顯示性能參數(shù)和效率的顯示器件結(jié)構(gòu)設計和優(yōu)化;

　　4)低功耗、高效率驅(qū)動電路的設計和優(yōu)化;

　　5)低成本材料、制作工藝研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化等。

　　(3)透明面板：透明顯示已開始應用于公共看板與櫥窗等，如果應用于個人穿戴，需再提升穿透率與解析度。

　　3.3 芯片

　　智能穿戴設備芯片可以分為3類：

　　(1)以現(xiàn)有手機處理器為核心的芯片：如三星Galaxy Gear采用的Exynos 4212，Google Glass采用的OMAP 4430，其優(yōu)點是有效利用已有平臺加速開發(fā)且功能強大。

　　(2)基于單片機(MCU)的產(chǎn)品：如Pebble手表、FitBit One手環(huán)都是基于ARM Cortex-M結(jié)構(gòu)的MCU產(chǎn)品。

　　(3)專門針對智能穿戴設備的芯片：英特爾推出的針對穿戴式設備芯片方案Intel Edison是雙核芯片，一部分支持安卓系統(tǒng)，另一部分則支持實時操作系統(tǒng);高通推出的Toq處理器，為可穿戴設備專門定制產(chǎn)品，采用ARM Cortex-M3架構(gòu);博通推出的BCM4771處理器，集成定位功能;國內(nèi)北京君正的芯片JZ4775，集成了CPU、Flash、LPDDR、Wi-Fi、Bluetooth、FM、NFC和壓力傳感器、溫濕度傳感器等所有器件。

　　3.4 操作系統(tǒng)

　　智能穿戴設備采用的操作系統(tǒng)主要有3類：

　　(1)嵌入式實時操作系統(tǒng)(RTOS)：具有功耗低、任務單一的特點。如三星智能腕帶Gear Fit采用的實時操作系統(tǒng)。

　　(2)基于Android平臺進行修改的操作系統(tǒng)。如三星第二代智能手表Gear 2和Gear 2 Neo搭載的Tizen操作系統(tǒng)。

　　(3)專有操作系統(tǒng)：谷歌推出的Android Wear，北京君正推出的Newton平臺等。