可穿戴智能设备体系结构的两个应用

穿戴式智能设备体系结构/10/2第1页穿戴式智能设备体系结构医学上-----穿戴式移动监控系统军事上---人机合一之无敌勇士可穿戴智能技术第2页可穿戴计算技术1.SystemonChip体系结构设计技术

2.微小计算机多端口、高性能I/O设计技术

3.无线自组网络技术

4.嵌入式操作系统技术

5.移动数据库技术

6.人机交互技术7.基于蓝牙无线连接技术8.外部设备选择与设计技术第3页可穿戴计算技术SystemonChip体系结构设计技术该设计技术可把计算机主机硬件集成到一个芯片里。这么，计算机就能够做得很小，而且有利于降低功耗，提升速度，尤其是能够降低成本，缩短生产周期。比如，EpsonCardio芯片就具备了PC586性能，而且已经产品化。微小计算机多端口、高性能I/O设计技术可穿戴计算机主机是微小型，但却要与多达十几台外部设备相连。所以，要求微小型计算机应具备足够数量接口，而且要含有很高I/O处理能力。第4页可穿戴计算技术无线自组网络技术可穿戴计算机系统要伴随人活动并作为一个移动节点随时上网，多个这么节点将组成一个特殊网络，称之为自组网。这类网络没有固定路由器，各节点以任意方式移动并动态连接，每个节点都能够充当路由器，且所含有自动重组功效还能够提升网络抗毁能力。有些人把自组网概括为“移动分布式多跳无线网络”。这类网络有以下特点：动态改变拓扑结构；接入节点随意性；受限且经常改变带宽；可能出现非对称连接；终端受限操作；分布式控制网络。嵌入式操作系统技术嵌入式操作系统技术现存微机操作系统能够用于可穿戴计算机系统，但因为可穿戴计算机体积和存放空间十分有限，所以，操作系统应尽可能压缩到“专用”程度，并提升实时性。所以，需要使用嵌入式操作系统，这类系统经常是实时和微内核，并含有极强处理多外设能力。第5页可穿戴计算技术移动数据库技术可穿戴计算机系统在移动中上网、移动中访问数据库，这类移动式数据库管理技术将有别于固定数据库管理。移动数据库需满足以下四个目标：可用性与可伸缩性；可移动性——移动中访问或移动中更新；可串行性——支持可串行并发事务执行；收敛性——系统总能收敛到一致状态人机交互技术可穿戴计算机系统实际上既是一个实时信息处理系统，又是一个“人机结合，以人为本”集合体，人机关系更加自然和谐。所以，人机交互技术是可穿戴计算机系统中关键技术，它应解决人与计算机之间交互问题以及人经过这种交互而提升环境感知能力第6页可穿戴计算技术基于蓝牙无线连接技术能够想象，当多达十几个模块同时分布于人体之上，它们之间连线将是十分沉重负担，而且是一个不可靠原因。而利用蓝牙近距离无线通信，可逐步替换这些连线。外部设备选择与设计技术可穿戴计算机系统除了主机之外就是大量外部设备，设备选择与设计至关主要。其中主要包含输入类设备、输出类设备、电源等。对这些设备要求是“含有高性能指标：小体积、低功耗；符合人体特征，有利于健康；安全可靠。第7页人机合一之无敌勇士美国国防部“陆地勇士”

该项目意在形成这么一个战斗力量：将小型武器与高科技设备紧密集成，能够大赢二十一世纪地面战争军事力量。计划预计花费二十亿美元，装备45000套，期望于形成战斗力。

基于最新通讯、传感、计算和材料技术，“陆地勇士”将彻底革新传统单兵作战概念。该项目包含以下几个子系统：武器子系统、综合头盔子系统、计算机/无线电子系统、软件子系统和防护服与单兵设备子系统。第8页武器子系统武器子系统设计和制造基于M-16/M-4步枪。武器子系统包含主要电力相关光学部件，如弹道计算器、光电瞄准器、摄像机和激光测距仪/数字罗盘(LRF/DC)。LRF/DC提供距离和方向信息给士兵。士兵从全球定位系统(GPS)联结自己位置，当需要间接火力和战斗识别呼叫时，士兵有准确目标位置。这一个系统将会允许步兵在全部天气类型下和在夜间操作。连同其它组件，一个士兵能使自己不暴露在敌人火力下。第9页综合头盔子系统综合头盔集合子系统(IHAS)使用先进材料，含有较轻重量同时提供胜于美军当前头盔壳体弹道防护。完整综合头盔集合子系统比现有头盔更轻和更舒适。IHAS头盔安装了计算机和传感器显示装置，是对其它子系统到数字化战场士兵界面。经过“头盔安装显示器”，士兵能观看计算机发出图解数据、数字化地图、情报资料、部队位置，还包含安装在武器上热成像武器瞄准器(TWS)和摄像机成像。第10页计算机/无线电子系统步兵将会把计算机/无线电子系统(CRS)附装在他背包“负荷-支撑框架”上。背包上面部分是无线电装置，下面部分包含计算机信息处理机和全球定位系统(GPS)模块。用于单兵设备，计算机信息处理机与无线电装置和全球定位系统(GPS)定位器融合在一起集成到CRS内，合并分开显示装置、控制器和安装框体，所以减轻重量而且降低电源需要量。全球定位系统和无线电装置天线嵌入到负载框架内。第11页软件子系统“陆地勇士”软件子系统引导士兵关键战场职能，显示处理、任务设备和电源管理。软件子系统包含战术和任务辅助模块；地图和战术覆盖图；搜集和显示视频图像；也包含一个电源管理模块。“陆地勇士”将会在数字化战场上可共同操作。设计人员设置系统，能被更新和技术改进，模块体系结构允许直接插入/替换用于技术升级。对于士兵任务需求和参数选择，软件子系统允许士兵自己编制系统菜单和功效操作。第12页防护服与单兵设备子系统

防护服和单兵设备子系统由建立在使用巧妙“自动控制不稳状态技术”一个革命性背包框架设计所组成，用于士兵自然身体活动弯曲。背包带使用快速脱扣器，使用士兵正确、快速脱掉背包。士兵计算机/无线电联结必需电缆集成到框架内。在活动时候士兵能调整他背包结构，从他肩部到他臀部调整负载分布。一个简单调整，然而它允许士兵更有效管理和携带他战斗负荷而且含有较小疲劳感。新“陆地勇士”防具，比如头盔，减轻重量提供改良冲击防护。“陆地勇士”防弹衣包含一个模块化可升级防护块保护士兵免于轻武器威胁。防护服和单兵设备子系统结合模块化防弹衣和可升级防护块能挡住轻武器射击子弹冲击。第13页军事科技“陆地勇士”视频第14页伴随生理信号检测技术进步，以及人们保健需求日益提升，用户对生理参数监测系统舒适性和移动性要求越来越高。伴随计算机嵌入式技术发展，蓝牙和智能手机在我们日常生活中已经变得越来越普及，基于手机应用日益多样化，智能手机已逐步成为一个移动应用开发平台。智能手机是指含有开放操作系统，并能支持第三方软件安装及应用手机。因为内嵌开放操作系统，使得应用程序开发能够脱离底层详细微处理器以及硬件结构，直接面向操作系统编程，大大降低了开发难度，而Java、C#等编程语言开发应用程序又含有很好跨平台特征，很大程度上推进了基于手机应用程序开发和使用。智能手机都标配有蓝牙模块，所以，推进了基于手机短距离无线应用发展。国内外基于手机和蓝牙技术医用系统一直是一个研究热点，近年来因为智能手机技术推广应用，这一领域引发众多医疗厂家和研究机构关注，有各种形式设计问世。本文提出基于智能手机穿戴式医用生理参数监测系统，融合了可穿戴技术、蓝牙技术以及智能手机平台技术，其中可穿戴技术处理了信号低负荷提取（即舒适性）问题，而蓝牙技术和智能手机则处理了移动监测技术问题，上述融合代表了该类技术发展方向。穿戴式移动监控系统/10/2第15页穿戴式移动监控系统整个系统按功效可分为3个部分：穿戴式生理参数传感系统，信号采集和传输系统，智能手机系统。从系统组成角度看，可分为2个部分：可穿戴系统和智能手机系统，其中生理信号传感、采集与无线传输为一体化设计，集成在可穿戴系统内，可穿系统与智能手机系统之间经过蓝牙建立无线连接。系统结构设计/10/2第16页经过该系统可实现心电、胸呼吸、腹呼吸、体温以及体位/体动等多个参数负荷获取。胸腹呼吸运动经过标定后，可实现通气量无创连续测量。穿戴式移动监控系统穿戴式生理参数传感系统/10/2第17页信号采集和传输系统穿戴式移动监控系统本系统采取微处理器为ARM7TDMI系列LPC2132，内部集成了10bitADC，用于生理信号采集，经过串口连接蓝牙模块，实现数据无线传输。为了兼容各种类型生理参数采集和传输，该系统架构设计上借鉴了“适配器”概念，它与其它生理信号模拟电路板采取统一规范接口标准，采取插件式结构，依据需要使用对应生理信号传感器及其模拟电路板。该系统经过电源电路产生两组电源，分别为模拟电路和数字电路供电，从而防止了数字电路部分对模拟信号干扰。该系统关键任务就是依据配置要求采集模拟信号，并经过蓝牙模块无线传输。为了提升移动监护系统灵活性，可经过智能手机平台动态设置配置信息并发送给信号采集和传输系统。配置信息包含采样通道、采样率、串口波特率、数据格式等。/10/2第18页蓝牙天线及通讯接口穿戴式移动监控系统智能手机应用程序功效框图/10/2第19页本系统初步