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SiLabs EFM32 MCU智能手表应用方案

关键词:MCU智能手 低功耗MCU(微控制器) 可穿戴技术

时间:2015-06-23 09:58:59       来源:中电网



图1.EFM32方案功能框图



图2. 智能手表外形图

主要特点:

低功耗MCU(微控制器)
搭载嵌入式小内核RTOS实时操作系统
可实现电话提醒和控制、短信息邮件提醒及查看、日历提醒等功能
支持用户界面可配置
搭载低功耗单色或灰阶显示屏幕
差异化外设功能:MEMS传感器、环境监测、人体生理参数监测、蓝牙2.1/4.0
待机时间:>10天

功能定义:

•支持来电提醒功能、查看来电信息、未接来电查看
•电话处理转接拒绝接听功能
•支持记事本和日历提醒功能
•短信查看
•天气查看
•音乐控制
•拍照控制
•社交软件:微信、飞信、twitter、facebook等信息推送功能
•功能定制:(地图路径指引、高尔夫助手、手腕式心电监护等)医疗运动健康娱乐类功能
•基本的手表功能
下面对各个主要部件进行介绍.

主控MCU:

全球超低功耗32位Cortex-M3/M4微控制器
最高主频48MHz,待机功耗<1μA,运行功耗220μA/MHz
可执行低功耗优化版本的嵌入式小内核RTOS实时操作系统
RTX、FreeRTOS、μC/OS-II/-III
搭载简单易用的免费GUI(图形界面用户接口)—emWin5.22
片上集成LESENSE、LETIME、LEUART、RTC、BURTC等低功耗外设
集成EBI外部总线及TFT驱动器
支持USB OTG及相关软件协议栈
片内RAM大小32K~128KB,Flash大小64K~1024KB
Pin to pin兼容的封装形式,支持QFN、BGA112、BGA120

低功耗显示屏:

Sharp Memory LCD
液晶屏上的像素点被设计成可存储电荷的电容体,当液晶像素显示后,仅需要极低的待机电流,在不刷新时几乎不需要功耗。特性类似于可存储的记忆体。
屏幕的显示成像是采用发射式原理。
特性:平面
外观:长方形/圆形
尺寸:1.17/1.26/1.28寸
分辨率:144*168,黑白
功耗:5μA@静态,16μA@1Hz刷新
状态:量产
刷新速度:45ms
接口:SPI(带驱动)
外围:外加背光

Eink E-paper:

电子墨水屏表面附着很多体积很小的“微胶囊”,封装了带有负电的黑色颗粒和带有正电的白色颗粒,通过改变电荷使不同颜色的颗粒有序排列,从而呈现出黑白分明的可视化效果。电子墨水屏仅在显示屏像素刷新时耗电,断电后具有显示保存能力,实现超低功能。
特性:柔性可弯曲
尺寸:1.73寸
分辨率:240*320,16灰阶
状态:量产
刷新速度:200ms
功耗:90mA@全刷新,60mA@局部刷新,260μA@待机
接口:并行16位
外围:TCON+电源驱动 IC+背光

QualcomMirasol:

模仿蝴蝶翅膀和孔雀羽毛的成色原理,借助阳光反射让显示屏保持清晰。由于其屏幕只在像素颜色改变时才需要消耗电力,因此功耗极低,尤为适合需要长时间显示固定的电子设备。
特性:平面
尺寸:1.5寸
分辨率:320*240,彩色
功耗:TBD
状态:工程样品,批量良率低
刷新速度:快,可播放视频
外围:不需要背光

蓝牙通信:

蓝牙
一种支持设备短距离通信(一般10m内)的ISM 2.4G频段无线电技术,在移动便携式设备中被广泛应用,能在移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。
蓝牙版本
截止2010年7月,蓝牙共有六个版本 V1.1/1.2/2.0/2.1/3.0/4.0.以通讯距离来看在不同版本可再分为 Class A(1)/Class B(2)。
蓝牙2.1+EDR
从蓝牙2.0改进而来,速率提升到2~3Mbps,改善安全简易配对、暂停与继续加密,Sniff省电。
蓝牙4.0
包括三个子规范,即传统蓝牙技术、高速蓝牙和蓝牙低功耗技术。BLE(Bluetooth Low Energy)是蓝牙4.0子规范。
双模蓝牙方案:
双模蓝牙模块FD-BT08L:
具有传统蓝牙高速率的特性
同时支持BLE协议
支持全面的标准Profile(HFP/HSP/SPP/AVRCP/A2DP/IAP)
支持串口命令控制,简单易用

蓝牙Profile:

蓝牙Profile 为了更容易的保持Bluetooth设备之间的兼容,定义了设备如何实现一种连接或者应用(连接层或者应用层协议)。
智能手表应用相关的Profile SPP(SerialPortProfile)定义如何在两台蓝牙设备之间建立虚拟串口并进行连接。A2DP(Advanced Audio DistributionProfile)蓝牙音频传输模型协定(A2DP)规定了使用蓝牙非同步传输信道方式,传输高质量音乐文件数据的协议堆栈软件和使用方法,基于该协议就能通过以蓝牙方式传输高品质的音乐了。立体声蓝牙耳机正是使用该技术规范。
HFP(Hands-FreeProfile)让蓝牙设备可以控制电话,如接听、挂断、拒接、语音拨号等,拒接、语音拨号要视蓝牙耳机及电话是否支持。HSP(HandSetProfile)代表蓝牙耳机功能。AVRCP(Audio/Video Remote Control Profile),
音频/视频远程控制规范(AVRCP)设计用于提供控制TV、Hi-Fi设备等的标准接口。此配置文件用于许可单个远程控制设备(或其它设备)控制所有用户可以接入的A/V设备。它可以与 A2DP 或 VDP 配合使用。
AVRCP 定义了如何控制流媒体的特征。包括暂停、停止、启动重放、音量控制及其它类型的远程控制操作。
PBAP(Phone Book Access Profile)电话本访问协议是蓝牙专门为访问手机通讯录而定义的协议。MAP(Message Access Profile)短信息访问协议是专门为蓝牙设备间交换手机短信息定义的协议。IAP(In-App Purchase)应用内付费是指业务模式允许用户免费下载试用,对应用内提供的商品选择性进行消费。相比于完全收费应用,它具有更大的灵活性和更好的用户体验。

BLE解决方案:
BLE技术特点:
针对小数据量传输需求的低功耗最佳设计
维持最低延时。相较于传统蓝牙的100ms,蓝牙低功耗的整体数据传送时间低于3ms。



传感器:
超低功耗的微控制器为SmartWatch提供了数据处理能力。蓝牙通信为SmartWatch与手机互动提供了通信接口。
传感器将是SmartWatch感知外部环境的窗口,也是产品功能差异化的重要硬件。
传感器数据的处理算法使得SmartWatch延伸为跨应用领域的产品



惯性传感器:

MEMS Sensor 是运动手表的基础传感器,常用于动作识别或运动追踪。
类别:加速度传感器、地磁传感器、陀螺仪
加速度传感器用途:动作识别、水平测量、睡眠监测、运动追踪(步行、跑步、游泳、爬山、骑车、打高尔夫等)、跌倒检测、娱乐游戏
地磁传感器:场强检测、指南针、方位导航
陀螺仪传感器:方位角测量、九轴遥控器
MEMS应用奇思妙想:
采用加速度传感器,实现抬手动作识别,启动显示屏显示数据内容
Smartwatch作为佩戴式9轴的游戏遥控器,在PC端或者电视端玩游戏
将手表作为老年人或小孩的摔倒报警器,主动发出警报
3-aixs加速度传感器实现计步器:


电容触控传感器:

特点:
超低功耗:
工作时 3uA~10uA;一般Touch Key工作电流500uA
睡眠时100nA
自校准功能,有效防止水渍、油污等干扰
全硬件设计,高可靠性和稳定性
高灵敏度,可做接近感应功能

用途:

待机按键、滑条
接近感应
取代传统机械按键
环境传感器:
紫外线
监测户外紫外线强度。用途:用于测量环境紫外线的强度。
温度传感器
用于环境温度测量和人体皮肤测量。
人体体温测量分为接触式和非接触式测量。
红外式测温为非接触式,反应时间快。

用途:

反应环境参数。精度误差<0.5°C的测温,可用于医疗用途。
湿度传感器
用于环境湿度测量和人体皮肤湿度测量。
用途:反应环境参数
光传感器:测量环境光强度传感器。(Sharp GP2AP052A00F)
用途:光强度监测,进行屏幕背光调节;靠近检测及手势识别。
气压计
测量环境气压,海拔高度测量,楼层测量。
气体传感器
测量环境控制器质量,PM2.5测量。

医疗传感器:


无创手表式血糖仪

手表式血糖仪通过测量葡萄糖分子与凝胶中一种酶(葡萄糖氧化酶)的反应程度,就可以计算出当前的血糖水平。
皮肤中的带电离子在电流作用下分别向正负两个电极运动,而组织液中的葡萄糖分子会被带电离子“裹夹”着一起运动,进入凝胶。
手表背面通过一层凝胶垫与人体皮肤接触。凝胶中有两个电极,使用时电路接通,产生一股微电流通过人体的皮肤

 

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