張貴鵬　鮑小鋒　王斌　寧煜　禹海斌

摘要：當今時代，移動技術快速發(fā)展，移動互聯(lián)網(wǎng)也被普遍運用到生產(chǎn)生活中，傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)技術也開始向移動互聯(lián)網(wǎng)靠近。基于當下的發(fā)展形勢，智能穿戴設備也不落后，正在快速成長，逐步也會成為一種熱門行業(yè)。文章首先對智能穿戴設備目前的發(fā)展現(xiàn)在進行了簡單的分析，其次對LED技術的智能穿戴設備相關技術進行研究探討，最后對LED技術智能終端穿戴設備發(fā)展提出了具有創(chuàng)新性、建設性的建議。

關鍵詞：LED光源;可穿戴設備;智能化;應用探究

項目基金：

項目名稱：基于穿戴式智能終端的紅外熱成像測溫技術研究

基金編號：050400KK52190015

0引言

基于互聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)，人工智能等技術的不斷發(fā)展背景下，智能可穿戴設備研發(fā)和使用也不斷增長。智能可穿戴設備將會成為一個具有巨大潛力的新興產(chǎn)業(yè)。目前大量的智能可穿戴設備投放市場，智能可穿戴設備受到越來越公眾的認可與信賴。智能可穿戴設備市場已經(jīng)躋身于世界上快速發(fā)展的高科技市場的名單中，并經(jīng)常受到投資者的青睞。面對大量的智能可穿戴設備，在選擇上面就已經(jīng)很難抉擇。目前來看，智能可穿戴設備在對品種進行分類和對未來發(fā)展趨勢的審核標準上面還有不足。

1智能穿戴設備發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，智能設備的發(fā)展非常迅速，產(chǎn)品種類也越來越多，種類繁多，最大的特點是越來越接近日常生活。根據(jù)市場統(tǒng)計，智能可穿戴設備的銷量逐年快速增長，由此可以得出結論，智能可穿戴設備在當前市場上已經(jīng)占有一定的地位。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)圖中可以看出，計算機的出貨量已經(jīng)遠遠高于其他智能設備，占據(jù)了中心位置。作為新生事物，智能可穿戴設備顯示出良好的增長態(tài)勢。智能可穿戴設備還滿足了公眾的日常生活需求，并成為未來的研究方向之一，智能可穿戴設備肯定會有很好的發(fā)展空間。

3 LED技術的智能穿戴設備技術研究

2.1芯片技術

芯片不僅是現(xiàn)代計算機最重要的零件之一，同時也是智能可穿戴設備的命脈。CPU，DSP等都是智能可穿戴芯片當中的不同類別。智能可穿戴設備對芯片功耗有很高的要求，并且通常采用簡單指令芯片來控制功耗。采用復雜芯片在低功耗芯片范疇中沒有競爭優(yōu)勢。比如，芯片產(chǎn)業(yè)鏈在設計、生產(chǎn)和銷售的過程中全部由全部由英特爾來進行主導，產(chǎn)品質(zhì)量和規(guī)模能夠得到一定的保障要歸結于具有標準化的封閉商業(yè)模式，相對單一PC時代的需求使得英特爾芯片處于行業(yè)主導地位，并且在許多手機制造商中，產(chǎn)品的非標準化構成了英特爾智能終端在競爭領域中處于劣勢。在可穿戴計算領域，產(chǎn)品形式將呈現(xiàn)多樣化，對芯片的需求也將更加廣泛，因此傳統(tǒng)的英特爾標準化量產(chǎn)芯片戰(zhàn)略幾乎沒有競爭優(yōu)勢^[2]。ARM不是生產(chǎn)自己的芯片處理器，則是通過出售自己基于ARM的設計制造公司進行低功耗設計個性化開發(fā)來賺錢，這種經(jīng)營理念使得可穿戴計算ARM占據(jù)了主導地位。

2.2紅外 LED光源

紅外發(fā)光二極管可以簡稱為紅外LED，它可以簡單被理解由PN結來來構成，它的里面包含了P型、N型的半導體，由高效率紅外輻射材料所構成。PN結不僅能夠在加上正向電壓時會出現(xiàn)導通現(xiàn)象，還能夠在加上反向電壓時出現(xiàn)截止的現(xiàn)象，這主要是由 PN結中的載流子（電子和空穴）所決定。一定條件下，PN結被加上正向電壓時，PN 結中的少子和多子連續(xù)從一個空間移動到另一個空間，在移動當中會發(fā)生少子和多子的融合，融合的過程中會釋放能量，其釋放過程可以作為是光子的放出，這就是我們所看到的發(fā)光的現(xiàn)象，是電能轉(zhuǎn)化光能的實現(xiàn)。紅外發(fā)光二極管的發(fā)光波長是在 800 nm和 980 nm之間，屬于短波范圍。LED技術根據(jù)波長的不同可以被使用到不同的場合，比如在醫(yī)療器械、光通信、遙控器、高速公路自動讀卡器系統(tǒng)、數(shù)碼攝影、有色變焦、防盜報警器、紅外防水攝像機、監(jiān)控系統(tǒng)、視頻攝像頭、以及理療針灸技術等。所以，LED技術的智能穿戴設備將具有很大的發(fā)展空間^[3]。

2.3嵌入式 Boa 服務器

嵌入式設備配置在目前的需求不是很高，外加它不用同時接受多個客戶的請求，所以它不需要采用Linux系統(tǒng)下例如 Apache 等常用的較大服務器，選擇特意為嵌入式設備而設計的小型Web 服務器就完全滿足，這些小型的服務器不僅在存儲空間方面還是在運行時所占內(nèi)存的大小都非常滿足嵌入式在各種場合的使用需求。它和大型的Web 服務器有所不同，小型嵌入式 Web 服務器普遍情況只能運行單個任務，只能按照步驟逐一完成請求任務，不能做到同時執(zhí)行多個任務，但針對嵌入式設備使用場景來說基本都能滿足需求。多數(shù)小型 Web 服務器中，雖然嵌入式 Boa 服務器結構框架看似簡單，僅有幾行代碼，但是它的功能卻非常強大，不僅可以運行 CGI 程序，還能夠為CGI程序提供新的進程來完成請求的任務，它在滿足安全的基礎上還追求處理用戶需求的速度。通過對市場上幾種嵌入式服務器的具體參數(shù)、性能后發(fā)現(xiàn)，Bob 服務器要比 Apache 服務器的性能要高效一些，所有，根據(jù)所需要的的網(wǎng)關需求，網(wǎng)頁訪問的服務器采用嵌入式 Boa 服務器是最佳選擇。

3LED技術智能終端穿戴設備創(chuàng)新

3.1設計方案功能分析

為了探索基于LED技術的智能可穿戴設備，首先要完成該方案的總體設計，并仔細分析該方案中的每個功能，以獲得以下要求：設備上的終端節(jié)點可以收集用戶的溫度數(shù)據(jù)并控制紅外LED; 用戶可以通過計算機或客戶端的移動終端無線控制設備; 用戶的基本數(shù)據(jù)得到保護，能夠處理相關任務;該應用程序界面簡單，靈活，適合所有年齡段的人使用。

3.2藍牙與WiFi技術支持

利用藍牙進行通信就是把主設備和從設備同時打開訪問信號，以此來形成通信網(wǎng)絡。伴隨著智能可穿戴設備市場不斷的發(fā)展，藍牙協(xié)議的4.1版改對傳送的內(nèi)容做出了相關的變動及提升。它最大的優(yōu)勢就是體積小，在移動設備和其他電子設備中都得到廣泛的應用。相對應它的缺點就是通信速率低，需要通過審核機制進行網(wǎng)絡連接，網(wǎng)絡容量較小，功耗較高，并且與其他協(xié)議相比，協(xié)議棧繁瑣并且價格較貴。所以，藍牙尚未被廣泛使用。WiFi通信就是需要在網(wǎng)絡中組建一個接受熱點來完成設備之間的無線通信。WiFi網(wǎng)絡通信通常在方圓100米都有覆蓋。也可以這樣理解，WiFi通信技術能夠完成高速率的網(wǎng)絡訪問服務，它不僅穩(wěn)定性強，擴展性好，帶寬高，也是現(xiàn)在應用非常普遍的短距離數(shù)據(jù)交互技術。

3.3明確整體方案設計

起初，需要快速測量溫度的傳感器來捕獲用戶的體溫。傳感器模塊是通過將傳感器模塊與終端節(jié)點組合而設計的。在這里，在控制設備上收集用戶的溫度和控制紅外LED是信息收集和控制端的關鍵任務。用戶的數(shù)據(jù)利用協(xié)議傳送到網(wǎng)關中協(xié)調(diào)器，然后再進行下一步的處理。針對方案中能夠解決和傳輸數(shù)據(jù)，需要建立一個網(wǎng)關。網(wǎng)關中的協(xié)調(diào)器可以將數(shù)據(jù)傳送給一個特定處理數(shù)據(jù)的平臺，通過這個平臺承載Linux 系統(tǒng)，并啟動嵌入式 Boa 服務器。除此之外，網(wǎng)關還有與移動設備進行無線通信、遠程控制設備的作用。最終對于方案中涉及到的移動客戶端能夠使用無線控制智能穿戴設備，需要設計出相應的手機應用程序app和網(wǎng)頁程序?？偠灾?，可以把整體的方案分成三個部分。第一部分命名為數(shù)據(jù)的采集與控制端，它是需要實現(xiàn)用戶的數(shù)據(jù)收集與控制紅外LED;第二部分命名為信息的處理與傳輸端，它需要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理加工以及傳輸指令^[4];第三部分命名為客戶應用控制，它需要實現(xiàn)手機 APP 應用程序以及嵌入式網(wǎng)頁應用的程序設計，如下圖所示。

4結語

盡管LED光源在智能可穿戴設備中的使用正逐步增加，但在實際應用和推廣中還是有許多為解決的問題，例如：LED光源的熱量，如果沒有及時散播掉，不單是影響 LED燈的性能，壽命，也對智能可穿戴設備的正常運行有一定影響，嚴重則會給穿戴者帶來潛在的安全隱患?；贚ED光源技術和智能可穿戴技術的快速發(fā)展，我們堅定它可以解決許多現(xiàn)有的問題，LED光源在可穿戴設備中的功能（例如顯示、指示、光療）將得到更多體現(xiàn)。

參考文獻：

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