运动智能手表的设计与功耗优化
发布时间：2021-11-17 03:50
随着社会消费电子产品的集成度不断提高,还有智能设备多元化的需求要求,可穿戴的智能手表的需求日益强烈,并且对智能手表的体验要求提升。多家知名品牌都推出各自的智能手表产品,针对智能手表的较差的使用体验进行改善,特别是如何降低智能穿戴设备功耗的研究也得到了全面的展开。本论文主要研究的内容是设计智能手表,系统地研究了一款智能手表的设计,并且对智能手表最关心的功耗问题在设计过程中进行实际案例的优化。智能手表的设计以及功耗优化两条主线是各章节都充分考虑到。在第二章根据系统设计阶段加入了32bit的DSP Sensor Hub-Frizz ES1,它能在超低功耗下实时地高速演算处理我们采集的数据,DSP的特点是在低功耗的状态下实现实时高度独立计算,从而大幅度地延长穿戴设备的电池使用时间。在第三章软件设计的过程中,我们对智能手表很多低性能的应用场景进行了动态降频,以及优化更符合智能手表的休眠唤醒管理机制。而第四章通过严谨的整机的测试验收同时发现异常耗电的数据后,进行优化改善,在产品量产前准对降低功耗提出更完善的数据建议。比如使用黑色底色表盘,修改系统背景色为黑色;降低喇叭最大声音的数字增益,设置合理的...
【文章来源】：深圳大学广东省
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
嵌入式系统开发流程图
传感器、WiFi/蓝牙芯片、电源管理芯片、以及外围的麦克风/马达等是搭载 Android 系统的智能手表，所以在满足功能的前提下，我们选可能地考虑功耗最小优先。以此保证整个产品做出来后是用户可接受能提高用户使用体验的。下面我们将一一分析我们的选型以及原因。理器，我们选用了君正 Ingenic M200,该主控采用的是 MIPS 架构[14]。术创新性地使用了微体系结构 XBurst，其中一个能达到 1.2GHz 的主低于 300MHz 的主频，能支持 RISC 指令集/SIMD 指令集/单点和双点rst 微处理器支持 16KB 的一级缓存和共用的 512KB 的二级缓存。这使 Android wear 轻而易举。XBurst 的性能远优于市场现有的 32 位处理上得到一个很好的平衡。M200 是一款超低功耗高性能的应用处理芯片品，例如智能眼镜，智能手表，智能头盔等。我们可以从其丰富的接述功能模块实现。其 7.7*8.9*0.76mm 的体积更是穿戴设备主控选型架构示意图如图 2-2 所示。
Invensense 是老牌的 MEMS 设计制造商。MPU-6500 是一个 6 轴的运动追踪器，3*3*0.9mm QFN 封装的它，包括了 3 轴陀螺仪，3 轴加速度传感器和一个数字处理器 Digital Motion Processor。它还有一个 4096 字节的 FIFO,可以降低串行接口使用率,并降低能耗通过允许系统处理器突发性地读取传感器数据[17],然后进功耗模式。也就是这个 sensor 自己有采集数据并存储的能力，以此来降低系统访ensor 带来系统运行功耗。芯片上的 DMP[18],和运行时自动校准固件,使我们在研发在时抛弃以前昂贵和复杂的分离式方案选择，为消费者提供最佳的运动性能。WIFI 蓝牙芯片，博通的这个 BCM43438 是一颗高度集成的单芯片解决方案。它支.4GHz 802.11 b/g/n(20MHz 的带宽，MCS9 96Mbps 最高传输速率足够穿戴手表使用luetooth 4.1（BLE，class2 的功率放大）和 FM，除此之外它继承了一个满足所有设备 WiFi 发射功率的功率放大器，一个低噪声放大器 LNA。所以芯片外部的几乎不其它独立的元器件，仅需一个带通滤波器，如图 2-3 BCM43438 原理示意图，非常我们穿戴产品上使用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Xeon Phi协处理器的功耗特征测量与分析[J]. 宋庆增,吕华阳,赵雷,王江峰. 计算机工程. 2017(06)
[2]手表的智能化设计与发展前景[J]. 武班笑薇,应国虎. 上海师范大学学报(自然科学版). 2016(05)
[3]浅谈可穿戴智能设备市场和技术发展研究[J]. 温广新,李红. 数字技术与应用. 2016(02)
[4]蓝牙低功耗可穿戴血氧监测设备的设计[J]. 薛俊伟,黄岳山,杜欣,吴秀勇,曾伟杰,席玉胜,陈益民,赵毓,吴凯. 中国生物医学工程学报. 2015(06)
[5]智能穿戴设备[J]. 闫亚飞,王溯,陈小莉,李壮. 高科技与产业化. 2015(11)
[6]全球智能穿戴设备发展现状与趋势[J]. 王德生. 竞争情报. 2015(05)
[7]基于Android Wear系统的智能可穿戴设备研究[J]. 施大威,俞秀金,汪琪敏. 通信与信息技术. 2015(04)
[8]可穿戴设备及其应用概述[J]. 屈峰,王旭辉,谢爱荣. 科技广场. 2015(05)
[9]MIPS处理器芯片跻身Android Wear穿戴市场[J]. 迪建. 集成电路应用. 2014(08)
[10]运动 睡眠 健康 五款智能手环体验评测[J]. 梁景裕. 消费电子. 2014(09)
硕士论文
[1]基于智能手表的健康监护系统的研究与应用[D]. 梁家政.湖北工业大学 2017
[2]基于MTK的智能手表的终端设计与实现[D]. 俞嘉袁.南京理工大学 2017
[3]基于一种微控制器的低功耗设计及实现[D]. 宋云雷.辽宁大学 2016
[4]Android系统分析与开发[D]. 李家科.兰州交通大学 2014
[5]基于Android平台的电源管理机制的优化与实现[D]. 胡飞.武汉理工大学 2014
[6]基于DSP的Kalman滤波器的算法研究[D]. 邹振宇.成都理工大学 2012
[7]嵌入式系统低功耗设计[D]. 谢亮.上海交通大学 2011
[8]Android操作系统分析与移植[D]. 李凯.华南理工大学 2011
本文编号：3500138
【文章来源】：深圳大学广东省
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
嵌入式系统开发流程图
传感器、WiFi/蓝牙芯片、电源管理芯片、以及外围的麦克风/马达等是搭载 Android 系统的智能手表，所以在满足功能的前提下，我们选可能地考虑功耗最小优先。以此保证整个产品做出来后是用户可接受能提高用户使用体验的。下面我们将一一分析我们的选型以及原因。理器，我们选用了君正 Ingenic M200,该主控采用的是 MIPS 架构[14]。术创新性地使用了微体系结构 XBurst，其中一个能达到 1.2GHz 的主低于 300MHz 的主频，能支持 RISC 指令集/SIMD 指令集/单点和双点rst 微处理器支持 16KB 的一级缓存和共用的 512KB 的二级缓存。这使 Android wear 轻而易举。XBurst 的性能远优于市场现有的 32 位处理上得到一个很好的平衡。M200 是一款超低功耗高性能的应用处理芯片品，例如智能眼镜，智能手表，智能头盔等。我们可以从其丰富的接述功能模块实现。其 7.7*8.9*0.76mm 的体积更是穿戴设备主控选型架构示意图如图 2-2 所示。
Invensense 是老牌的 MEMS 设计制造商。MPU-6500 是一个 6 轴的运动追踪器，3*3*0.9mm QFN 封装的它，包括了 3 轴陀螺仪，3 轴加速度传感器和一个数字处理器 Digital Motion Processor。它还有一个 4096 字节的 FIFO,可以降低串行接口使用率,并降低能耗通过允许系统处理器突发性地读取传感器数据[17],然后进功耗模式。也就是这个 sensor 自己有采集数据并存储的能力，以此来降低系统访ensor 带来系统运行功耗。芯片上的 DMP[18],和运行时自动校准固件,使我们在研发在时抛弃以前昂贵和复杂的分离式方案选择，为消费者提供最佳的运动性能。WIFI 蓝牙芯片，博通的这个 BCM43438 是一颗高度集成的单芯片解决方案。它支.4GHz 802.11 b/g/n(20MHz 的带宽，MCS9 96Mbps 最高传输速率足够穿戴手表使用luetooth 4.1（BLE，class2 的功率放大）和 FM，除此之外它继承了一个满足所有设备 WiFi 发射功率的功率放大器，一个低噪声放大器 LNA。所以芯片外部的几乎不其它独立的元器件，仅需一个带通滤波器，如图 2-3 BCM43438 原理示意图，非常我们穿戴产品上使用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Xeon Phi协处理器的功耗特征测量与分析[J]. 宋庆增,吕华阳,赵雷,王江峰. 计算机工程. 2017(06)
[2]手表的智能化设计与发展前景[J]. 武班笑薇,应国虎. 上海师范大学学报(自然科学版). 2016(05)
[3]浅谈可穿戴智能设备市场和技术发展研究[J]. 温广新,李红. 数字技术与应用. 2016(02)
[4]蓝牙低功耗可穿戴血氧监测设备的设计[J]. 薛俊伟,黄岳山,杜欣,吴秀勇,曾伟杰,席玉胜,陈益民,赵毓,吴凯. 中国生物医学工程学报. 2015(06)
[5]智能穿戴设备[J]. 闫亚飞,王溯,陈小莉,李壮. 高科技与产业化. 2015(11)
[6]全球智能穿戴设备发展现状与趋势[J]. 王德生. 竞争情报. 2015(05)
[7]基于Android Wear系统的智能可穿戴设备研究[J]. 施大威,俞秀金,汪琪敏. 通信与信息技术. 2015(04)
[8]可穿戴设备及其应用概述[J]. 屈峰,王旭辉,谢爱荣. 科技广场. 2015(05)
[9]MIPS处理器芯片跻身Android Wear穿戴市场[J]. 迪建. 集成电路应用. 2014(08)
[10]运动 睡眠 健康 五款智能手环体验评测[J]. 梁景裕. 消费电子. 2014(09)
硕士论文
[1]基于智能手表的健康监护系统的研究与应用[D]. 梁家政.湖北工业大学 2017
[2]基于MTK的智能手表的终端设计与实现[D]. 俞嘉袁.南京理工大学 2017
[3]基于一种微控制器的低功耗设计及实现[D]. 宋云雷.辽宁大学 2016
[4]Android系统分析与开发[D]. 李家科.兰州交通大学 2014
[5]基于Android平台的电源管理机制的优化与实现[D]. 胡飞.武汉理工大学 2014
[6]基于DSP的Kalman滤波器的算法研究[D]. 邹振宇.成都理工大学 2012
[7]嵌入式系统低功耗设计[D]. 谢亮.上海交通大学 2011
[8]Android操作系统分析与移植[D]. 李凯.华南理工大学 2011
本文编号：3500138
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