可穿戴計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的應(yīng)用研究

崔 劍

阜新高等專科學(xué)校遠(yuǎn)程教育中心，遼寧阜新 123000

0 引言

近幾年，穿戴式計(jì)算機(jī)（Wearable Computer）在全球工業(yè)界與計(jì)算機(jī)學(xué)術(shù)界掀起一股熱潮，專家學(xué)者們紛紛把眼光關(guān)注這個(gè)來(lái)勢(shì)洶洶的技術(shù)成果。穿戴式計(jì)算機(jī)已經(jīng)將初級(jí)產(chǎn)品面向市場(chǎng)，發(fā)展的勢(shì)頭很猛，能夠應(yīng)用于各大領(lǐng)域，具有極大的市場(chǎng)潛力，因此研究其技術(shù)的人也越來(lái)越多。穿戴式計(jì)算機(jī)作為一種新興科技成果的代表，灌輸有“以人為本”的先進(jìn)理念，雖然才剛剛處于起步的階段，但是其具備的方便易攜等特點(diǎn)已經(jīng)得到眾人的青睞，可見(jiàn)未來(lái)技術(shù)進(jìn)步后其具有的潛力[1]。穿戴式計(jì)算機(jī)憑借具有特色的硬件系統(tǒng)技術(shù)，開(kāi)始應(yīng)用于世界各國(guó)的不同領(lǐng)域，速度迅速，影響范圍廣，可以算是一場(chǎng)計(jì)算機(jī)與人類之間相互聯(lián)系的技術(shù)革命。

1 可穿戴計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)介

1.1 可穿戴計(jì)算機(jī)的概念

穿戴式計(jì)算機(jī)的特色十分明確地體現(xiàn)在其名字當(dāng)中，即它能如同人類的衣服那般，方便地“穿戴”在身上，雖然其相較與普通計(jì)算機(jī)體積小，但是其功能卻毫不遜色，在不同的環(huán)境都能任意使用，并且能快速地為人們處理計(jì)算問(wèn)題，是人們?cè)诠ぷ骰蛏钪械牡昧χ諿2]。也正因?yàn)槠浔銛y特點(diǎn)，人們?cè)谑褂脮r(shí)顯得更加得心應(yīng)手，格外適宜在戶外或其他機(jī)動(dòng)場(chǎng)合使用。更通俗易懂的說(shuō)法來(lái)看，人們?cè)谌粘Ｉ钪蓄l繁使用到的移動(dòng)電話、U盤、MP3以及 掌上電腦（Personal Digital Assistant，簡(jiǎn)稱PDA）等，從廣義上定義都屬于穿戴式計(jì)算機(jī)，但是它們并不能完全等同于穿戴式計(jì)算機(jī)，因?yàn)槠渲皇谴┐魇接?jì)算機(jī)部分功能的體現(xiàn)，例如：移動(dòng)電話可以看做是一臺(tái)能夠便于攜帶并且具備處理功能的計(jì)算機(jī)；U盤可以看做是可穿戴計(jì)算機(jī)的CF機(jī)存儲(chǔ)器，而MP3則是可穿戴計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器和處理器的共同體現(xiàn)。

1.2 可穿戴計(jì)算機(jī)的特性

1.2.1 非獨(dú)占性

可穿戴計(jì)算機(jī)與其他虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不同的是，它不會(huì)阻隔斷絕外界的聯(lián)系，在應(yīng)用可穿戴計(jì)算機(jī)是同時(shí)，還能夠去進(jìn)行其他需要關(guān)注的事情，不會(huì)造成相互耽誤?？梢赃@么理解，人們使用可穿戴計(jì)算機(jī)，但是“計(jì)算”并不是第一順位，因此不是全部精力要關(guān)注的事情，不具備獨(dú)占性，反而是具有其他感知能力，例如：故意增強(qiáng)或虛弱、適當(dāng)調(diào)整等，更理想地可穿戴計(jì)算的感知能力則是可以直接提供增強(qiáng)作用。

1.2.2 非限制性

使用可穿戴計(jì)算機(jī)的用戶，不會(huì)因受到地域限制而導(dǎo)致信息計(jì)算無(wú)能，不論是在漫游、移動(dòng)或是走動(dòng)中應(yīng)用可穿戴計(jì)算，都能夠保證其應(yīng)用的價(jià)值，并且不干擾人們做其他的事情。

1.2.3 感知性

感知性主要是指可穿戴計(jì)算對(duì)環(huán)境的感知功能，其呈現(xiàn)出來(lái)的感知能力是多層次、多模式和多形態(tài)的。

1.2.4 可觀性

可觀性主要是指可穿戴計(jì)算在用戶同意的前提下，能被用戶夠連續(xù)關(guān)注，并且使用者可以保持輸出媒體可持續(xù)的感受。

1.2.5 交流性

可穿戴計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)和人類之間的互通有無(wú)，能使穿戴計(jì)算與使用者之間有良好的交流。

1.2.6 可控性

可控性主要是指可穿戴計(jì)算在任何時(shí)間任何地點(diǎn)，都能進(jìn)行自動(dòng)化的操作運(yùn)行，并且用戶可以選擇人為介入或是人為斷開(kāi)，能夠自主地控制回路。

2 可穿戴計(jì)算機(jī)存在的問(wèn)題

雖然可穿戴計(jì)算機(jī)具有許多優(yōu)勢(shì)屬性，但是其處于發(fā)展中時(shí)期，仍然存在著許多問(wèn)題，而這些問(wèn)題使可穿戴計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，其中，最突出的問(wèn)題有兩個(gè)方面，即人機(jī)交互的問(wèn)題與COT器件的影響。

2.1 人機(jī)交互存在的問(wèn)題

由于可穿戴計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)還未成熟，只是處于起步階段，所以人們?cè)谑褂脮r(shí)，穿戴計(jì)算機(jī)對(duì)人體的語(yǔ)音識(shí)別能力不算發(fā)達(dá)。另外，輸出設(shè)備（頭戴撤示器HMD）、輸入設(shè)備（鍵盤、鼠標(biāo)等）、主機(jī)、電源等組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)施，還有許多要完善的地方，例如：可穿戴計(jì)算機(jī)運(yùn)作的途徑是微型輸入設(shè)備→頭戴撤示器HMD→輸出設(shè)備（信息），人機(jī)互動(dòng)的方式比較常見(jiàn)，但是由于輸入設(shè)備的速度不快，使用者在控制時(shí)會(huì)遇到操作遲鈍等缺陷；頭盔撤示器具有撤示器易發(fā)生抖動(dòng)、使用者視角范圍小等弊端。因此，人機(jī)互動(dòng)的過(guò)程不夠友好，如果使用者應(yīng)用可穿戴計(jì)算機(jī)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，容易造成視覺(jué)壓力過(guò)大。

2.2 COTS器件存在的問(wèn)題

現(xiàn)有的可穿戴計(jì)算機(jī)所選用的COTS器件，并不是為可穿戴計(jì)算機(jī)量身打造的，而是使用于各種工控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)的器件。因此，在體積大小、結(jié)構(gòu)組成與功耗等問(wèn)題上，并能與可穿戴計(jì)算機(jī)達(dá)成最理想的兼容與平衡。由此可見(jiàn)，可穿戴計(jì)算機(jī)的器件還是不夠先進(jìn)，仍然需要進(jìn)行深度的研發(fā)。

3 可穿戴計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

從可穿戴計(jì)算機(jī)的硬件組成形態(tài)給其進(jìn)行分類，可以分成兩種，分別是分布式（主機(jī)）可穿戴計(jì)算機(jī)與集中式（主機(jī)）可穿戴計(jì)算機(jī)[3]。兩種可穿戴計(jì)算機(jī)既有共同之處，也有各自的優(yōu)勢(shì)。

3.1 共同點(diǎn)

分布式（主機(jī)）可穿戴計(jì)算機(jī)與集中式（主機(jī)）可穿戴計(jì)算機(jī)都是以耗能最低、微型化、嵌入式的COTS器件為基礎(chǔ)，以此為其他主要的部件搭建平臺(tái)。這種模式是優(yōu)點(diǎn)在與節(jié)省成本，縮短研發(fā)時(shí)間等，但是缺陷是不能保證可穿戴計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致其降低應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)而給推廣帶來(lái)影響，不利于可穿戴計(jì)算機(jī)面向市場(chǎng)進(jìn)行大范圍的普及。

3.2 不同點(diǎn)

分布式（主機(jī)）可穿戴計(jì)算機(jī)主要應(yīng)用身體總線與身體網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相互連接，不同的部件都以合理的方式分布于身體的不同位置，通過(guò)線的連接形成一個(gè)完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

集中式（主機(jī)）可穿戴計(jì)算機(jī)指的是，排除例如鼠標(biāo)、HMD、電池、鍵盤這些有分離必要的部件之外，其他例如無(wú)線通信、Memory、CPU、GPS、Chipset等有壓縮必要的部件，必須集中放置在機(jī)殼中，最大限度地濃縮于一個(gè)主機(jī)系統(tǒng)之內(nèi)，形成一個(gè)具有微型性和緊湊性的主機(jī)系統(tǒng)。

4 可穿戴計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展前景

4.1 可穿戴計(jì)算機(jī)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用

可穿戴計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍非常廣泛，不論是從理念，還是尸體操作控制，可穿戴計(jì)算機(jī)都在不同的領(lǐng)域發(fā)揮著強(qiáng)大的影響力，就不同國(guó)家不同領(lǐng)域的應(yīng)用，舉例分析可穿戴計(jì)算機(jī)的應(yīng)用價(jià)值，具體如下：

1）可穿戴計(jì)算機(jī)硬件在軍事方面的應(yīng)用

可穿戴計(jì)算機(jī)還被應(yīng)用到軍事領(lǐng)域中。早在1991年，美國(guó)就提出了“陸地勇士”的概念，借助可穿戴計(jì)算機(jī)，訓(xùn)練出計(jì)算機(jī)和戰(zhàn)士共同結(jié)合的新興勇士。美國(guó)預(yù)計(jì)花費(fèi)15年（2001年～2014年）時(shí)間，投資近20億美元進(jìn)行研發(fā)。大規(guī)模的資金投入和時(shí)間消耗，都是為了將高新科技結(jié)合到小型武器中，從而增強(qiáng)在地面實(shí)戰(zhàn)中的軍事實(shí)力。例如：美國(guó)陸軍專門使用的導(dǎo)航儀就有利用到可穿戴計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)。

2）可穿戴計(jì)算機(jī)硬件在生活方面應(yīng)用

可穿戴計(jì)算機(jī)主要包含有單握式鍵盤、目鏡顯示器、多功能攝像頭、便攜主機(jī)等多個(gè)部件，具有重量輕、功能強(qiáng)大、方便易攜的特殊性能。韓國(guó)利用可穿戴計(jì)算機(jī)進(jìn)行時(shí)裝活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)，曾在二零零六年，韓國(guó)開(kāi)展過(guò)以“可穿戴計(jì)算機(jī)”為主題的時(shí)裝秀，借以表達(dá)其對(duì)未來(lái)的概念。從服裝秀的主題到服裝的詮釋，都不難發(fā)現(xiàn)人們對(duì)可穿戴計(jì)算機(jī)的關(guān)注度越來(lái)越高，從側(cè)面反應(yīng)出可穿戴計(jì)算機(jī)作用開(kāi)始受到人們的肯定。在二零零三年的日本東京，舉辦過(guò)一場(chǎng)探討可穿戴計(jì)算機(jī)發(fā)展前景的“媒體服裝時(shí)尚展”，人們利用構(gòu)成可穿戴計(jì)算機(jī)的器件，或是由可穿戴計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)作用下的產(chǎn)品作為創(chuàng)作元素，展現(xiàn)可穿戴計(jì)算機(jī)在人們生活中的積極作用。

4.2 可穿戴計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展前景

具有“以人為本”先進(jìn)理念支持的可穿戴計(jì)算機(jī)（Wearable Computing），在新的形勢(shì)下，既面臨著挑戰(zhàn)，也恰逢著機(jī)遇?？纱┐饔?jì)算機(jī)主要面臨的挑戰(zhàn)，在于其仍然處于發(fā)展階段，并沒(méi)有完善的理論和技術(shù)作為支持，還沒(méi)有機(jī)會(huì)徹底發(fā)揮其存在的應(yīng)用價(jià)值，所以，在商業(yè)價(jià)值方面還沒(méi)有達(dá)到最有效益的體現(xiàn)，在市場(chǎng)普及方面還沒(méi)有達(dá)到最理想的狀態(tài)[4]。但是，也正因?yàn)樨酱幚淼募夹g(shù)問(wèn)題，讓可穿戴計(jì)算機(jī)具有時(shí)代機(jī)遇。如今，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的速度是日新月異，就算可穿戴計(jì)算機(jī)的作用還沒(méi)有得到充分展現(xiàn)，但是其所具備的潛在實(shí)力卻逐漸被人們挖掘和認(rèn)同，特別是在硬件技術(shù)上擁有極大的發(fā)展空間。相信只要假以時(shí)日，給予可穿戴計(jì)算機(jī)技術(shù)研發(fā)足夠的時(shí)間和資金支持，可穿戴計(jì)算機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都會(huì)達(dá)到一個(gè)質(zhì)的飛躍。到那時(shí)，人們可以在生活和工作中，大范圍、多層次、多角度地應(yīng)用可穿戴式計(jì)算機(jī)，使得可穿戴式計(jì)算機(jī)可以在許多特殊領(lǐng)域中發(fā)揮其積極作用，真正實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與人類生之間的相互聯(lián)合，體現(xiàn)可穿戴式計(jì)算機(jī)對(duì)人類的重要意義。

[1]李明輝.可穿戴計(jì)算機(jī)電池供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及低功耗的研究與實(shí)現(xiàn)[D].西北大學(xué)，2010.

[2]喬龍.基于FPGA的可穿戴計(jì)算機(jī)的處理器設(shè)計(jì)[D].西北大學(xué)，2010.

[3]陳亞瓊.藍(lán)牙和Wi-Fi在可穿戴計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用研究與設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2010(6)：123-124.

[4]張坤,王達(dá),崔蕊.可穿戴式計(jì)算機(jī)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要點(diǎn)分析[J].科技信息(科學(xué)教研)，2009(26)：155-156.