臂式可穿戴计算机的硬件研究与设计

发布时间：2020-06-23 09:47

【摘要】： 可穿戴计算机是一种可穿戴的、人机紧密交互的、用户可以解放双手持续工作的移动计算系统。目前国内外对可穿戴计算机的研究已取得显著成果,并已成功应用于军事、工业和航天航空等领域,然而,对可穿戴计算机的应用研究仍是一个热点,将其推广到更多领域是当前趋势。可穿戴计算机的可穿戴性、移动性、持续性和自然交互性等独特优势,能增强用户的智能和感知能力,将其应用于物流领域,可有效地提高现场物流数据的获取、处理和传输能力,实现自然持续的作业辅助,从而提高工作绩效和安全性。本课题通过对可穿戴计算机特点的分析,结合物流仓储现场工作状况和信息处理方式,创新研制一种臂式的可穿戴计算机,将它作为物流现场应用的平台,对其硬件平台结构进行深入研究,设计合适的核心和扩展计算主板,并实现一个原型系统。基于臂式可穿戴计算机对功耗、尺寸、重量等的特殊约束,经过需求分析和方案选择,采用基于Intel XScale微架构的高集成度、高性能、低功耗的处理器PXA270作为硬件系统的核心处理单元,构建整个系统的硬件平台,并分析和设计各个功能模块电路,主要包括存储模块、人机交互模块(LCD,音频,键盘等)、网络通信模块、RFID、电源模块等,为原型系统主板设计提供保障。臂式可穿戴计算机对主板的设计要求较高(即高速电路,高密度布线),并采用Cadence EDA工具进行PCB设计。基于Allegro设计工具,结合高速PCB设计原则,分析设计中的约束规则,包括叠层、布局布线等;根据信号完整性设计理论,利用仿真工具对关键信号进行拓扑结构修改和仿真分析,指导布局布线;最后完成了6层核心板和4层扩展板的设计。通过对原型系统的调试,即硬件调试和软硬件集成调试,以及功耗测试,验证了本文所设计的臂式可穿戴计算机硬件系统基本满足需求分析中所提出的要求。本课题分析物流用途臂式可穿戴机的功能,提出了基本构架,完成了核心和扩展模块设计,为微型化、低功耗臂式可穿戴计算机的研制打下了良好基础,为针对具体应用的可穿戴计算机硬件研究和设计提供了实用的思路和参考方案。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TP368.3
【图文】：

计算系统,可穿戴计算机

基于人体环境应用设计的可穿戴计算系统如Mrr而U，QBIc等。典型的穿戴计算系统包括穿戴在身上的主机，单手键盘或Twiddler，语音输入输出装置，以及头戴显示器HMD，如图1一1所示。头段显示器图1一1可穿戴计算系统以任务为中心的可穿戴计算机被设计用于执行某项特殊工作，增强用户的工作能力和效率。此类计算机一般提供与任务有关的信息资料的存取和访问，穿戴起来为了持续的工作任务，工作结束后即可取下。CMU的语言翻译职能系统(能够执行语音识别和语言翻译)以及可穿戴操作助理(能够协助技术人员在海上石油钻探平台上执行检查工作)都是根据任务所设计的。本文所研究与设计的臂式可穿戴计算机就是以任务为中心可穿戴计算机。

示意图,环境,示意图,可穿戴计算机

在工作现场，工作人员需要穿戴此终端散布于仓库或者更广阔的空间中，而且，无论使用者处于何种工作状态下，都需要与PC机主系统或者其他设备进行通讯，获取、传送必要的数据信息，进行实时地交流，如图2一2所示。因此臂式可穿戴计算机必须具有通信功能，以便与外界的网络进行连接，包括无线和有线两种形式。图2一通讯环境示意图臂式可穿戴计算机需要具有良好的人机交互界面接口。臂式穿戴方式使得使用者可以像手表一样随时查看，所以它必须具有直观的显示功能:在某些应用场合，使用者还需要对数据进行输入和处理，因此可穿戴计算机必须具有输入交互接口，例如选用简单的功能按键和触摸屏的输入方式;另外，使用者在手工工作现场需要解放双手，以至于不能将过多的注意力转移到显示屏和键盘上，因此还应该增加语音控制功能，通过音频输入输出方式来控制计算机或者指导使用者。

【参考文献】