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智能穿戴衔接 VR/AR+AI,创意自由行

时间:2018-02-18 08:35来源:COMPOTECHChina 作者:任苙萍 点击:
如前所述,智能穿戴的数据采集重点不在"实时传输",使用者在乎的是长时间感测能否精准到位?想查看监测状态或进一步执行其他动作时,要能随时与手机/外围行动设备链接。因此,系统的操作功耗及模式切换格外动见观瞻,而犹如中控指挥所的微控制器 (MCU) 更是节能主角。另就应用面来看,除了医疗保健,智能穿戴用于工控/农渔牧场域、教育训练、定位/追踪亦多有耳闻,未来甚至可望作为仿生义肢或外骨骼等基本生理辅具使用,因而带动侦测姿态和环境变化的微机电 (MEMS) 组件需求,包括运动传感器 (Motion Sensor) 和气压传感器。
 
MCU三大市场:健康照护、新能源、智能车
欲极小化 MCU 功耗,单靠制程改善只不够的,芯片本身的架构设计,才是决定电源效率的玄机。以超低漏电处理、创新自主动态电压调整与五种低功率模式闻名的意法半导体 (ST) 在低功耗 MCU 颇负盛名,多年来一直是 8 位 MCU 市场的常胜军,蝉联全球冠军多年,迄今出货量已逾 30 亿颗;其基于 ARM Cortex-M 内核开发的 32 位新款 Flash MCU——"STM32L4+",更在去年底甫发布之际,随即在"嵌入式微处理器基准协会"(EEMBC) 之超低功耗测试 (ULPBench) 获得傲视群雄的佳绩。产品代号中的"L",即是超低功耗设计之意。
 
ST 大中华暨南亚区资深产品营销经理杨正廉表示,"健康照护"与新能源、智能车是今后 MCU 三大市场,而智能穿戴等新科技可协助预测性诊断并降低慢性病的治疗成本。问市正迈入第十一个年头的"STM32L 系列",已广泛应用于心电图 (ECG)、指夹式脉搏血氧仪、血糖仪、超音波及各类定点照护/生化分析设备;凭借先前丰功伟绩,涉入健康类的智能穿戴倒也显得顺理成章。值得留意的是,尽管有越来越多的同业倾向将无线连接功能整合到 MCU 中,稳坐全球第三大通用型 MCU 供货商的 ST 仍坚持以标准产品销售,将选择权和灵活度留给用户。


照片人物:ST 大中华暨南亚区资深产品营销经理杨正廉
 
STM 32L4+ 新登场:内建独立"图形控制器引擎"的MCU
杨正廉介绍,"STM32L"有三大家族:STM32L0 / STM32L4 / STM32L4+,分别对应入门级设备 (健身手环)、长期监测/记录/计算的中端产品 (定位或侦测心率),以及带有图形用户接口 (GUI) 设计的高端对象。"高性能图形处理"是 STM32L4+ 最吸睛的卖点,它额外内建一个名为"Chrom-GRC"的图形控制器引擎,处理圆形显示时,不会因管理从未显示的像素而浪费内存资源,一如处理方形显示时的干净利落。当然,若有足够的储存空间做后盾,图形处理、运算的流畅度将更趋完美;据悉 STM32L4+ 片上闪存容量是同级产品最高者。
 
这点对于许多强调视觉显示、且重视 GUI 操作体验的穿戴设备绝对是加分;加上 ST 独有的"Chrom- ART Accelerator"创新图形加速技术,更是引进虚拟现实 (VR)/增强现实 (AR),以及为人工智能 (AI) 预做准备的边缘计算 (Edge Computing) 不可或缺的关键。Chrom- ART Accelerator 可处理具有重复性的 2D 图形运算,可执行 2D 图形数据复制、图形透明和 alpha-blending (α混合) 运算,以及像素格式转换,处理速度较主 CPU 快一倍;节省下来的 CPU 周期可分配给图形运算同步进行的实时处理任务或用于更复杂的图效算法。
 
STM32 生态系强大,单一 IDE 让开发无障碍
STM32L4+ 还提供资源丰富且经市场检验的 STM32 开发生态系统,协助开发者简化设计并缩短产品上市时间,包括:价格亲民的原型开发板、软件范例、免费工具、第三方软/硬件和集成开发环境 (IDE);既有已开发完成的应用软件不必修改即可无痛植移至新一代产品运行,让先前研发心血不会白费。事实上,已进入量产阶段的 STM 32L4+ 亦适合作为智能手表、小型医疗设备、智能电表及工业传感器等产品的中央控制器,这些应用的共同特性是:功能复杂、须快速响应并在最短时间内休眠/唤醒,且丰富的除错功能特别适合安全应用。
 

图:STM 32L4+ 整合安全保护功能
资料来源:ST 提供
 
至于外骨骼等须以马达驱动的新兴辅具,则属另一条 STM32F4 / STM32F7 产品线范畴,允许开发者自行调频和设置电源管理选项。杨正廉统整"STM32 系列"最大优势在于:1.现有 40 余个产品线、700 多款单品可供选用;2.用户若需整合传感器等其他组件,ST 可协同内部资源或外部伙伴提供系统级封装 (SiP) 产品;3.开发环境为开放式,只要名列《ST 合作伙伴计划》的供货商,即使是不同品牌产品,也能在同一个环境中开发,避免版本不兼容或转档麻烦,涵盖软/硬件开发工具、嵌入式软件、组件、模块,乃至培训、工程服务和云端等领域。
 
可防水的 MEMS 运动传感器大受欢迎
近来坊间陆续出现基于"电位差或磁场变化"的先进仿生设备的概念原型,理论上,都会用到 MEMS 传感器;现有一些复健/姿势矫正、居家防跌照护或室内导航的穿戴辅具,也少不了 MEMS 传感器协助。ST 模拟、微机电与感测组件应用经理陈建成举例,利用"加速度计+陀螺仪+磁力计"的九轴运动传感器记录运动员的动作轨迹,据以修正或训练体能,伤员复健动作是否确实到位?内建加速度计和气压计的智能衣/鞋袜,侦测老人作息角度是否有异?另人工关节亦需六轴传感器以利活动,就连非直接穿戴上身的电动轮椅也要加速度计感测坡度。
 
同部门资深技术营销工程师谢景翔补充,室内动线的航位推算 (DR) 亦是大宗应用。由于全球卫星定位系统 (GPS) 室内易有信号死角——尤其是存在楼层高度时,MEMS 传感器可借助磁场变化,协助停车场/卖场/医院做人、物的定位及动线追踪。另有高档防水手表会内建气压计,侦测手表是否破损而有进水风险;而三星最新的 Samsung Gear Fit 2 Pro 智能手环,亦采用 ST 的压力传感器提升水下测量精度。此时,若电子组件本身具防水功能,可省去外部防水机构成本。若顾虑到穿戴设备的清洁需要,耐水洗与导电材质是设计及布局的重要考虑。
 

照片人物:ST 模拟、微机电与感测组件应用经理陈建成 (左) 及资深技术营销工程师谢景翔 (右)
 
欲穷千里目,LPWAN 实现远距监测
上述应用若要进一步智能化警示,必须仰赖无线通信技术将感测信息传递到负责照护或紧急处置的个人或单位手上。陈建成相对看好不须与手机链接、可单独运行的"non- mobile"穿戴应用,而覆盖范围广、费用相对低廉的 SIGFOX,是低功耗广域网 (LPWAN) 不错的传输技术,可跨国异域监控;但他不讳言,在完成基础设施布建后,今年将是其关键年。不过,为因应不同用户偏好,ST 亦有 LoRa 产品可供匹配,或可作为特定区域内的私有网络方案。
 
最后,当问到心目中的梦幻穿戴产品是什么?热衷登山的陈建成说,如果有一支能兼具报时、预示环境变化且可实时发送求救信息的手表,他应该会买单;而 ST SLM6DSxx 惯性运动传感器 (三轴加速度计+三轴陀螺仪) 会是最佳选择,因为超低功耗可"始终开启"(Always-On),可与已整合传感器集线器的基带 (baseband) 芯片搭配,并可支持任何一种应用处理器 (AP);更重要的是,温度耐受幅度大、且有精准的温度补偿机制。
 
(责任编辑:helen)
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