圖 1：可穿戴活動(dòng)監(jiān)視器的框圖。

    可穿戴設(shè)備引入了幾個(gè)必須考慮的設(shè)計(jì)因素，并且可能與其他類型的嵌入式設(shè)備不同。由于這些設(shè)備是磨損的，因此尺寸和重量至關(guān)重要。平均電池壽命也很重要，因?yàn)榭纱┐髟O(shè)備必須在有限的電池電量下運(yùn)行。對(duì)于基于消費(fèi)者的應(yīng)用，低成本至關(guān)重要。所需的處理器類型和所需的存儲(chǔ)量取決于可穿戴設(shè)備必須支持的用例。例如，運(yùn)動(dòng)傳感器提供必須傳輸?shù)倪B續(xù)數(shù)據(jù)流;相比之下，活動(dòng)監(jiān)視器不斷收集數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行處理以確定當(dāng)前正在執(zhí)行的活動(dòng)，然后記錄此元數(shù)據(jù)以供以后下載。

    可穿戴設(shè)備的通信方式對(duì)關(guān)鍵設(shè)計(jì)因素有重大影響。OEM有許多通信協(xié)議可用于可穿戴設(shè)備。經(jīng)典藍(lán)牙、ZigBee 和 Wi-Fi 等成熟標(biāo)準(zhǔn)具有很強(qiáng)的市場滲透率，但其設(shè)計(jì)初衷并不是以低功耗為主要設(shè)計(jì)考慮因素。因此，許多原始設(shè)備制造商已經(jīng)轉(zhuǎn)向?qū)Ｓ袇f(xié)議來實(shí)現(xiàn)必要的能源效率。然而，專有協(xié)議可能會(huì)限制可穿戴設(shè)備的靈活性和市場范圍，因?yàn)樗鼈儗⒒ゲ僮餍韵拗茷閮H支持相同專有協(xié)議的設(shè)備。

    為了滿足可穿戴設(shè)備和其他低功耗應(yīng)用的要求，藍(lán)牙特別興趣小組開發(fā)了低功耗藍(lán)牙（BLE）。BLE專注于實(shí)現(xiàn)短距離通信的最低功率。BLE 在經(jīng)典藍(lán)牙使用的 2.4 GHz ISM 頻段內(nèi)運(yùn)行，使設(shè)備能夠利用現(xiàn)有的藍(lán)牙無線電技術(shù)來降低成本。

    BLE提供1 Mbps的帶寬，對(duì)于大多數(shù)可穿戴應(yīng)用來說綽綽有余。通常，可穿戴應(yīng)用還需要提供狀態(tài)信息，而不必在傳輸之間記錄大量數(shù)據(jù)。

    為了最大限度地降低功耗，BLE架構(gòu)在每一層都進(jìn)行了優(yōu)化：

    • 物理層 –增加PHY調(diào)制指數(shù)可降低發(fā)射和接收電流

    • 鏈路層 –快速重新連接可縮短總體傳輸時(shí)間

    • 控制器層 –更智能的控制器處理諸如建立連接和忽略重復(fù)數(shù)據(jù)包之類的任務(wù)。以這種方式卸載主機(jī)處理器可使處理器更長時(shí)間地保持待機(jī)或睡眠模式

    • 協(xié)議層 –用于交換數(shù)據(jù)的連接設(shè)置時(shí)間減少到幾毫秒。該協(xié)議還經(jīng)過優(yōu)化，可定期突發(fā)小數(shù)據(jù)塊。這使得主機(jī)處理器能夠在未傳輸信息時(shí)最大限度地利用待機(jī)或休眠模式的時(shí)間。

    • 廣播公司模式 –可穿戴設(shè)備只能在廣播公司模式下運(yùn)行，無需設(shè)備進(jìn)行連接程序

    • 堅(jiān)固的架構(gòu) –BLE 支持 32 位 CRC 的自適應(yīng)跳頻，以確保更可靠的傳輸

    BLE的超低功耗使其成為可穿戴設(shè)備的理想選擇。其效率可減小電池尺寸，從而降低設(shè)備成本、尺寸和重量。

    雖然低功耗藍(lán)牙基于藍(lán)牙技術(shù)，但它與標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙無線電不兼容。但是，雙模式無線電可用于支持藍(lán)牙經(jīng)典和BLE。雙模設(shè)備（稱為藍(lán)牙智能就緒主機(jī)）無需使用加密狗，這是使用專有協(xié)議時(shí)所需的。BLE智能就緒主機(jī)在智能手機(jī)中的易用性為消費(fèi)者提供了一種簡單且經(jīng)濟(jì)高效的方式來連接到可穿戴設(shè)備。

    通信只是可穿戴架構(gòu)的一部分。除其他組件外，這些設(shè)備還必須具有：

    • 用于處理原始傳感器信號(hào)的模擬前端

    • 數(shù)字信號(hào)處理功能可濾除噪聲并提供高級(jí)后處理

    • 存儲(chǔ)

    • 用于高級(jí)系統(tǒng)功能的處理器

    • 充電器

    圖 2 詳細(xì)介紹了作為腕帶實(shí)現(xiàn)的光學(xué)心率監(jiān)測器。這種類型的設(shè)備使用LED來照亮組織，由光電二極管測量的反射信號(hào)攜帶有關(guān)血容量變化的信息。跨阻抗放大器將光電二極管電流轉(zhuǎn)換為電壓，該電壓由ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。在檢測到心跳之前，需要對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波以消除直流失調(diào)和高頻噪聲。該信息被傳遞到BLE控制器進(jìn)行傳輸?；蛘?，心率可以在傳輸之前由可穿戴設(shè)備計(jì)算。