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智能穿戴设备关键技术和发展趋势

发布日期:2018-07-20 来源: 中国低压电器网 查看次数: 17514 

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  对智能穿戴设备发展现状和关键技术进行了分析银河总站|在线登录银河总站|在线登录,包括传感技术、显示技术银河总站|在线登录、芯片技术、操作系统、无线通信技术银河总站|在线登录银河总站|在线登录、数据处理技术、提高续航时间技术等。展望了智能穿戴设备在市场、产业链方面与相关技术的融合银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录、安全性及相关应用的发展趋势银河总站|在线登录。

  1 引言

  随着移动通信技术的发展银河总站|在线登录银河总站|在线登录, 移动互联网日益普及银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录,传统互联网已经在向移动互联网迁移,智能穿戴设备近年来发展的非常迅速银河总站|在线登录银河总站|在线登录,成为一个热点行业银河总站|在线登录。智能穿戴产品涉及的领域十分广泛银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录,从眼镜银河总站|在线登录银河总站|在线登录、娱乐、儿童监护银河总站|在线登录银河总站|在线登录、健康、智能家居银河总站|在线登录、智能服饰到通信等领域银河总站|在线登录银河总站|在线登录,可以加入拍照银河总站|在线登录、语音识别、镜片导航、体重监测等各种功能银河总站|在线登录∫幼苷緗在线登录?梢匀衔悄艽┐魃璞甘且恢只谝贫チ?银河总站|在线登录、具有高性能低功耗特点的智能终端,其展现形式不是手机,而是日常生活中的可穿戴物品银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录。它过借助传感器银河总站|在线登录银河总站|在线登录,与人体进行信息交互银河总站|在线登录,是一种在新理念下诞生的智能设备银河总站|在线登录银河总站|在线登录,具有广泛的应用领域,并能够根据用户需求不断升级银河总站|在线登录。智能穿戴设备在提高人们生活品质银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录、促进生活方式智能化方面将会起到很重要的作用,智能穿戴设备产业将迎来巨大的市场空间银河总站|在线登录。

  2 智能穿戴设备发展现状

  按照主要功能的不同银河总站|在线登录,智能穿戴设备产品可以划分为以下几类:运动健康类银河总站|在线登录、体感交互类银河总站|在线登录、信息资讯类银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录、医疗健康类和综合功能类等,每类设备针对不同的细分市场和消费人群。运动和医疗健康类的设备有运动、体侧腕带及智能手环,主要消费人群为大众消费者;体感控制和综合功能类的设备有智能眼镜等,消费人群以年轻人为主;信息咨询类的设备有智能手表,主要消费人群为大众消费者。从目前来看银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录,医疗和运动健康类设备使用的用户较多银河总站|在线登录。

  随着智能穿戴产业竞争日趋激烈银河总站|在线登录银河总站|在线登录,同质化产品现象越来越严重银河总站|在线登录,各类只具备单一功能的智能硬件纷纷开始与其他智能硬件寻求合作银河总站|在线登录银河总站|在线登录。在未来银河总站|在线登录,随着单一领域的智能穿戴产品技术日渐成熟银河总站|在线登录银河总站|在线登录,不同领域和功能诉求的产品会根据用户实际需求在功能上实现互补,从而带来更符合用户需求的智能体验银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录,发展方向也会日渐明确和多元化银河总站|在线登录。

  目前市场上的智能穿戴产品主要有手环类产品银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录、手表类产品银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录、眼镜类产品和便携医疗设备类产品等银河总站|在线登录,如三星、索尼银河总站|在线登录、华为银河总站|在线登录、小米的智能手环银河总站|在线登录银河总站|在线登录,苹果银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录、三星的智能手表银河总站|在线登录,谷歌的智能眼镜等银河总站|在线登录银河总站|在线登录。此外,还有一些珠宝、纽扣类银河总站|在线登录、饰品类以及可放入口袋或嵌入服装内的产品等银河总站|在线登录,如施华洛世奇推出的SwarovskiShine太阳能可穿戴设备系列,Opening Ceremony推出的MICA智能手镯银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录。

  3 智能穿戴设备关键技术

  智能穿戴设备产业涉及的技术范围较广,包括传感技术、显示技术银河总站|在线登录、芯片技术银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录、操作系统银河总站|在线登录银河总站|在线登录、无线通信技术银河总站|在线登录、数据计算处理技术银河总站|在线登录、提高续航时间技术银河总站|在线登录、数据交互技术等银河总站|在线登录。

  3.1 传感技术

  传感技术主要完成语音控制、眼球追踪、手势辨别银河总站|在线登录、生理监控(包括心跳、血压银河总站|在线登录、睡眠质量等)银河总站|在线登录、环境感知(如温度银河总站|在线登录、湿度、位置和压力等)等。目前银河总站|在线登录,应用较多的传感器类型有骨传导银河总站|在线登录、音源感测银河总站|在线登录、肌电感测银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录、重力感测、影像感测、陀螺仪银河总站|在线登录、加速度计银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录、磁力计、方向感测、线性加速度感测银河总站|在线登录、光体积讯号变化感测模组银河总站|在线登录、心电图脑波感测模组、眼球追踪感测等银河总站|在线登录。

  3.2 显示技术

  目前应用在智能穿戴设备中的常见显示技术包括薄膜电晶体液晶显示器银河总站|在线登录、主动式矩阵有机发光二极体、有机发光二极体银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录、发光二极体与电子纸等银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录。除此之外,目前主要的3种穿戴式显示技术是:

  (1)微型显示:如硅基液晶,微机电系统/数位光源处理银河总站|在线登录、镭射扫描等银河总站|在线登录银河总站|在线登录。

  (2)柔性显示:目前银河总站|在线登录,日本半导体实验室、苹果银河总站|在线登录、三星银河总站|在线登录、LG银河总站|在线登录、Philips银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录、诺基亚等巨头正积极开发并推进可弯曲的柔性屏幕银河总站|在线登录、电池和人机界面系统并进行专利布局银河总站|在线登录。现阶段主流柔性显示技术的研发瓶颈主要聚焦在以下几个方面:

  1)显示技术所用核心光电材料及相关功能材料性能的改进、提高银河总站|在线登录,包括新材料的研发等;

  2)器件封装基板及相关封装材料的研发;

  3)更高显示性能参数和效率的显示器件结构设计和优化;

  4)低功耗银河总站|在线登录、高效率驱动电路的设计和优化;

  5)低成本材料银河总站|在线登录、制作工艺研发及产业化等。

  (3)透明面板:透明显示已开始应用于公共看板与橱窗等银河总站|在线登录,如果应用于个人穿戴,需再提升穿透率与解析度银河总站|在线登录银河总站|在线登录。

  3.3 芯片

  智能穿戴设备芯片可以分为3类:

  (1)以现有手机处理器为核心的芯片:如三星Galaxy Gear采用的Exynos 4212,Google Glass采用的OMAP 4430银河总站|在线登录,其优点是有效利用已有平台加速开发且功能强大银河总站|在线登录。

  (2)基于单片机(MCU)的产品:如Pebble手表银河总站|在线登录、FitBit One手环都是基于ARM Cortex-M结构的MCU产品银河总站|在线登录银河总站|在线登录。

  (3)专门针对智能穿戴设备的芯片:英特尔推出的针对穿戴式设备芯片方案Intel Edison是双核芯片银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录,一部分支持安卓系统银河总站|在线登录,另一部分则支持实时操作系统;高通推出的Toq处理器银河总站|在线登录银河总站|在线登录,为可穿戴设备专门定制产品银河总站|在线登录,采用ARM Cortex-M3架构;博通推出的BCM4771处理器银河总站|在线登录银河总站|在线登录,集成定位功能;国内北京君正的芯片JZ4775,集成了CPU、Flash银河总站|在线登录银河总站|在线登录、LPDDR、Wi-Fi、Bluetooth、FM银河总站|在线登录、NFC和压力传感器银河总站|在线登录银河总站|在线登录、温湿度传感器等所有器件。

  3.4 操作系统

  智能穿戴设备采用的操作系统主要有3类:

  (1)嵌入式实时操作系统(RTOS):具有功耗低银河总站|在线登录银河总站|在线登录、任务单一的特点银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录。如三星智能腕带Gear Fit采用的实时操作系统银河总站|在线登录。

  (2)基于Android平台进行修改的操作系统银河总站|在线登录。如三星第二代智能手表Gear 2和Gear 2 Neo搭载的Tizen操作系统。

  (3)专有操作系统:谷歌推出的Android Wear,北京君正推出的Newton平台等银河总站|在线登录。

  3.5 无线通信技术

  对于智能穿戴设备的应用而言,短距离无线通信技术更适合智能穿戴用户之间、智能穿戴设备与其他便携式电子设备之间的数据通信和信息共享银河总站|在线登录银河总站|在线登录。目前智能穿戴设备与终端的通信大部分是基于W L A N 、蓝牙银河总站|在线登录、NFC等短距离无线通信技术银河总站|在线登录,应用数据的同步采用私有协议。用户可以通过NFC技术将可穿戴设备与智能手机相连银河总站|在线登录,不需要其他复杂的设置;用户可以通过蓝牙和WLAN技术从可穿戴设备中获取数据银河总站|在线登录,并将数据发送到智能手机或云端,同时又不会消耗太多电量;用户还可以借助WLAN直连技术直接将2个Wi-Fi设备连接在一起银河总站|在线登录,无需设置接入点银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录。此外,智能穿戴设备也可以通过3G银河总站|在线登录银河总站|在线登录、LTE等移动通信技术进行数据传输或分享银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录。

  3.6 数据计算处理技术

  人机交互输出界面或回馈包括文字显示银河总站|在线登录、数据分析银河总站|在线登录、语音反馈银河总站|在线登录、动态或虚拟影像等银河总站|在线登录,所有这些输出界面的呈现都必须透过内容运算系统分析银河总站|在线登录,如扩增现实(Augmented Reality,AR)银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录、虚拟现实(VirtualReality银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录,VR)银河总站|在线登录、AR结合VR的混合现实(MixedReality)银河总站|在线登录银河总站|在线登录、立体投影等各种现实内容计算和环境感知分析以及各种测量分析计算如血压、血氧、心率、脉搏银河总站|在线登录、体温等。此外银河总站|在线登录银河总站|在线登录,云计算银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录、大数据等相关数据处理技术银河总站|在线登录,可以将智能穿戴设备采集的数据及时银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录、准确地发送到后台银河总站|在线登录银河总站|在线登录,通过对收集到的数据进行有效的统计分析,可以为用户提供合理的建议银河总站|在线登录。

  3.7 提高续航时间技术

  在智能穿戴技术里银河总站|在线登录银河总站|在线登录,如何提高设备的续航时间是关注的重点银河总站|在线登录,也是要解决的重要问题银河总站|在线登录。目前主要的解决方法有3种:一是从操作系统、芯片银河总站|在线登录、屏幕以及终互联等方面来减少功耗银河总站|在线登录银河总站|在线登录,在性能与功耗之间找到平衡点;二是增加电池容量,如弯曲电池技术可在缩小电池体积的同时增加电池容量;三是通过无线充电银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录、极速充电银河总站|在线登录银河总站|在线登录、太阳能和生物充电等技术缓解该问题银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录,但这些充电技术大多处于研究阶段银河总站|在线登录,尚未大规模商用银河总站|在线登录。

  3.8 数据交互技术

  智能穿戴设备的价值不仅是简单的硬件功能银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录,还包括依托于硬件的软件和数据服务银河总站|在线登录。但是目前很多厂商的应用和云服务封闭,存在数据孤岛银河总站|在线登录,不能与其他设备共享数据银河总站|在线登录,缺乏开放产业生态环境。因此需要开放并统一智能穿戴设备银河总站|在线登录、手机银河总站|在线登录、云服务之间的接口银河总站|在线登录,推动信息的流动和共享,消除数据孤岛银河总站|在线登录,为用户创造出更多的价值银河总站|在线登录。

  智能穿戴设备与云平台的交互方式银河总站|在线登录,按照通信方式的不同可以分为2种:一类是智能穿戴设备具备通信能力,能够直接与云平台交互;另一类是可穿戴设备不具备通信能力银河总站|在线登录,需要通过手机与云平台交互银河总站|在线登录。

  4 智能穿戴设备发展展望

  4.1 市场规模进一步扩大

  随着智能穿戴设备在2014年的爆发银河总站|在线登录,2015年随着苹果的Apple Watch正式推出,华为的Huawei Watch、HTC的Grip健身手环和虚拟现实头戴设备Vive等新产品的发布,智能穿戴产品将会变得更加时尚银河总站|在线登录、智能,种类将更加丰富银河总站|在线登录银河总站|在线登录。据IHS预计,全球可穿戴设备市场在2018年将达300亿美元银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录。IDC预计2018年全球出货量将达到1.119亿部,年复合增长率达到78.4%银河总站|在线登录。

  4.2 产业链各方进一步加强合作

  可穿戴设备市场产业链主要包括硬件银河总站|在线登录、行业应用银河总站|在线登录、社交平台银河总站|在线登录银河总站|在线登录、运营服务银河总站|在线登录、大数据、云计算等环节银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录。目前可穿戴设备产业还不够成熟银河总站|在线登录,不同厂家的产品彼此独立封闭缺少合作银河总站|在线登录,数据缺乏有效共享银河总站|在线登录银河总站|在线登录。同时每个可穿戴设备都开发自己的应用以及数据业务平台。这种端到端的研发模式投入大而且风险高银河总站|在线登录银河总站|在线登录,同时人力资源分散银河总站|在线登录银河总站|在线登录,难以专注于自己的核心优势银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录。未来智能穿戴设备产业链上各方将会加强合作银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录,共同促进该行业的发展银河总站|在线登录。

  4.3 智能穿戴设备与相关技术进一步融合并标准化

  通过标准化可以促进产业分工以及加强不同领域企业间的互通合作银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录,从而优化资源配置,提高研发效率和质量银河总站|在线登录银河总站|在线登录,使得产业链中各方加强创新,打造出有核心竞争力的产品银河总站|在线登录银河总站|在线登录∫幼苷緗在线登录?纱┐魃璞赣胧只氖莨芾砗陀τ媒涌诒曜蓟?银河总站|在线登录,便于实现多种可穿戴设备整合银河总站|在线登录,降低第三方开发应用的复杂度银河总站|在线登录,多数据融合和共享标准化,便于用户统一管理和拓展生态链银河总站|在线登录。

  随着智能穿戴设备市场的扩大银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录,智能穿戴设备与生命健康、移动互联网技术将进一步融合银河总站|在线登录,可穿戴设备低功耗设计和研发水平将进一步得到提高银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录,智能人机交互技术及产品应用将会得到发展银河总站|在线登录银河总站|在线登录。在低功耗与高效能的微处理器银河总站|在线登录银河总站|在线登录、智能人机交互、柔性可拉伸器件银河总站|在线登录银河总站|在线登录、微型化供能、短距离无线通信等关键技术得到进一步突破之后银河总站|在线登录银河总站|在线登录,智能穿戴设备的市场将进一步扩大。

  4.4 智能穿戴设备安全性进一步加强

  大部分智能穿戴设备采用开放式操作系统银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录,且与外部通信采用无线连接方式。而且现阶段产品开发更多注重的是功能的实现,对于设备本身安全性关注并不高,导致存在诸多安全风险银河总站|在线登录银河总站|在线登录。智能穿戴设备面临的主要信息安全风险来自于2个方面:内部漏洞和外部攻击。

  部分具备虚拟现实功能的智能穿戴设备使用户在使用时会分散注意力银河总站|在线登录,影响用户人身安全银河总站|在线登录银河总站|在线登录。GoogleGlass使用户眼睛长时间聚焦银河总站|在线登录,这可能会对原来人的生理结构产生一定影响银河总站|在线登录银河总站|在线登录。所有电子设备都会产生辐射银河总站|在线登录,而智能穿戴设备长期与人体贴身接触,特别是眼镜银河总站|在线登录、头盔等头戴式设备银河总站|在线登录,所以对智能穿戴设备的辐射进控制银河总站|在线登录、要求和规范显得尤为重要银河总站|在线登录。部分与皮肤长期接触的可穿戴设备造成使用者皮肤产生不适或过敏反应银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录,需要防止可穿戴设备对身体造成的伤害。随着智能穿戴设备的普及,智能穿戴设备的安全性将会受到更多关注,其安全性将会得到逐步提高。

  4.5 相关应用越来越丰富

  目前,面向智能穿戴设备开发的应用较少银河总站|在线登录。在应用程序的数量上,如Pebble智能手表有1 000多种应用银河总站|在线登录,而索尼智能手表有200多种应用银河总站|在线登录,Gear则只有70多种。与智能手机产品用户需求不同银河总站|在线登录,各类智能穿戴产品面向不同的细分市场银河总站|在线登录,所以智能穿戴应用的生态系统碎片化严重,这也是可穿戴应用较少的原因之一银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录?银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录?⑷嗽蔽庑┗肪晨⒂τ帽涞梅浅@?,时间和精力成本大大提升银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录,而应用正是智能穿戴设备发展的关键银河总站|在线登录。

  另外银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录, 一些杀手级应用对于可穿戴设备的普及必不可少。而目前很多可穿戴应用仍然像是智能手机和平板电脑应用的扩展银河总站|在线登录,可穿戴应用需要打破这种模式银河总站|在线登录银河总站|在线登录,针对智能手机做不到的事情开发应用银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录。未来占据智能穿戴设备重要市场份额的腕带类设备在健康和健身类别将产生杀手级应用银河总站|在线登录,一款原生于智能穿戴设备的广泛应用银河总站|在线登录,将有助于推动智能穿戴设备的普及和应用开发。

  来源于:OFWeek     

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