關鍵詞： 可穿戴 , 智能手表 , 健身追蹤

作者：Silicon Labs美洲區市場營銷總監Raman Sharma

從智能手表到便攜式健康和健身追蹤器，可穿戴設備正在日益改變著我們日常生活的方方面面。20世紀80年代的臺式電腦革命為信息時代帶來了空前的個人生產力大爆發。20世紀90年代便攜式計算機的出現，與互聯網的發展相一致，把我們從電源線和網線的束縛中解放出來。然后蜂窩電話和智能手機的爆炸式增長又為我們帶來了前所未有的移動性和無線連接能力。當今的“腕上革命”，連同物聯網（IoT）的異軍突起，正在把“移動”推向一個全新的高度：可穿戴計算。

腕上革命正在重寫便攜式電子產品的設計歷史。在本文中，我們將重點研究隱藏在用戶-體驗-驅動（user-experience-driven）設計方法背后的設計思想。通過應用這些設計思想，多種成功的可穿戴產品已經面市。我們也將討論影響可穿戴產品能耗預算和計算需求的特性和功能，包括如何選擇適合產品設計需求的微控制器（MCU）。

腕上革命的現狀

智能手表、活動追蹤器、可穿戴GPS設備、心率監視器和智能眼鏡是可穿戴產品的主要應用形態，根據Futuresource Consulting的統計，2013年可穿戴設備全球銷售額約為80億美元。通過創新性的融合了成熟完善的功能性、簡單易用的連接性、緊湊的外形尺寸、超低功耗處理和無線連接性，可穿戴設備正在成為全新的個人電子設備類別，幫助我們變得更加健康，獲得更多的信息和更好的裝備。

幾年前，雖然一些領先的智能手機制造商已經開始試驗性推出基于他們現有手機產品的腕上產品，但是它們相當笨重。直到2012年初，當新型公司（例如Pebble Smartwatch）繞過智能手機制造商而推出全新的輕量級腕上設備時，腕上革命才真正開始快速發展。這些產品使得最終用戶可以更充分的利用他們已有的智能手機。Garmin、Samsung、Sony、Fitbit、Magellan（見圖1）和其他消費類電子設備制造商也已經推出他們自己的智能手表、活動追蹤器和其他可穿戴產品，從而成為腕上革命的有力競爭者。

2014-10-21 11:14:30 上傳

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圖1：在單塊CR2032紐扣電池供電條件下，Magellan Echo智能運動腕表利用Silicon Labs的EFM32 Gecko MCU實現電池壽命擴展到11個月

這種充分競爭的市場環境也鼓勵小型化的靈敏型初創公司推出特色創新產品，例如Misfit Shine健身追蹤器（如圖2所示）正在不斷搶占競爭對手的市場份額。

2014-10-21 11:14:30 上傳

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圖2：Misfit Shine是一款設計優雅的健身追蹤器，它通過采用EFM32 Gecko MCU實現卓越的能效和很長的電池壽命

一個成功的可穿戴設備必須提供合適的價格、性能、功能和電池壽命，以及獨特的外觀、觸感和作用，以便從競爭對手產品中脫穎而出。MCU、傳感器、無線電子器件和極具吸引力的用戶接口，這些都必須被裝進一個小尺寸封裝中，從而可以舒適的佩戴在一個人的手腕或者其他地方。由于這種外形尺寸極大限制了留給供電的電池所占空間，因此可穿戴系統必須是非常節能的，以便盡可能使電池更換和充電的時間間隔維持最長的運行周期。

用戶體驗驅動制勝設計

要把這些不同元素融入到獲得市場認可的產品中，需要一個復雜的設計去有所取舍的平衡功耗、性能、功能和外形尺寸等參數。通過采用所謂的“用戶體驗驅動”設計方法，一些制造商已經成功的度過難關，進入到這個不太熟悉的領域。盡管這些設計方法顛覆了許多嵌入式開發人員的傳統思維和實踐方法。

嵌入式系統的設計過程通常開始于功能和性能定義，這將作為項目的頂級驅動力。相反，設計一個可穿戴產品通常開始于需要獲得的最終“用戶體驗”定義。這些產品需求的定義體現在外觀、觸感和與最終用戶的交互，也包括它帶來的印象、感覺和情緒。設計過程的下一個步驟是把用戶體驗轉化成“用例（use case）”——用于定義產品硬件和軟件單元的一系列頂級功能需求。

Apple是這種戰略的早期實踐者之一。他們使用這種戰略成功的定義了全新市場，并且一直處于領先地位。如果你對于精心設計用戶體驗的重要性還心存懷疑，仔細考慮一下Apple iPod獨特的控制滾輪、寶石般的機殼設計和易于使用的iTunes軟件是如何幫助公司轉變并且最終主宰了整個數字音樂播放器市場。

定義用戶體驗

定義可穿戴產品的用戶體驗需求可以歸為以下兩類：

●功能性——區別其他可穿戴產品的獨特外觀、觸感、特性和功能。

●易用性——輕松設置、直觀操作和減小維護的一系列需求。長電池使用壽命在易用性中具有非常重要的作用，因為如果一個可穿戴設備每幾天就不得不重新充電，那將是一件令人沮喪的事情，并且容易導致用戶放棄該產品。

同時，定義用戶體驗的這些元素能夠容易的轉換成用例，從而構成產品設計的基礎。根據應用的不同，定義用戶體驗可能涉及到構造一個可穿戴產品實體，使之具有極具吸引力的質感、符合人體工程學的外形和傳達特定感覺的設計元素。其他產品可能需要為控制和顯示創建特別的視覺模型，使復雜的操作變得簡單和直觀。

定義用例

一旦產品的用戶體驗得到明確定義，它必須被轉換成一個用例，用例的功能性需求將驅動可穿戴產品的設計。詳細的用例能夠提供重要信息，使得它能夠更容易的為可穿戴產品設計的各個方面進行準確的比較研究。

用例應當包含可穿戴設備預計要執行的任務、需要的資源和執行的環境。這些細節通常包括設備要收集的數據類型，如何與用戶或其他設備交互，預期的運行環境（溫度、耐水性、耐沖擊性等），操作模式（數據收集和分析、用戶交互、通信等），以及與其他設備進行數據同步的頻率。

有了這些指導方針，設計團隊就可以開始確定滿足應用需求的傳感、計算和通信組件。同時，物料清單（BOM）成本和功耗預算也可以與初步設計需求同時進行，為團隊提供必需的參數以便集中匯總成最佳設計方案。

用例輔助進行能源管理

因為電池的使用壽命在可穿戴設計中起著如此重要的角色，因此這里我們有必要仔細分析一下用例驅動設計過程中與能源管理相關的部分。

為了準確的模擬設計選擇如何影響可穿戴設備的電池壽命，用例應當包括影響能耗因素的詳細描述，例如：

●備必須從外部環境收集的數據類型和頻率。

●用戶是否通過App、觸摸屏、按鍵或以上兩者與設備交互。如果是，那么通信的信息類型和使用的頻率如何。

●設備如何同其他可穿戴設備、智能手機、本地網絡或互聯網進行通信。電源需求的變化依賴于所采用的無線接口（例如Bluetooth、Wi-Fi或ZigBee），這是如何實現的。

●設備與他的同類或主機系統進行同步或交換數據的頻率如何。（與諸如智能手機的主機系統頻繁同步將顯著降低電池壽命。）

一旦信息收集完畢，用例應當提供系統各種操作模式的詳細描述和每種模式下的運行時間。這將成為系統能耗預算和為最大化電池壽命而進行任何設計折中的基礎。

用例輔助進行MCU選擇和優化

用例與能耗相關的部分應當盡可能多的包括可穿戴設備執行傳感、控制和計算任務的有關信息，也包括哪些任務由MCU執行，哪些任務由外設執行。這將有助于選擇最適合可穿戴應用需求和開發策略的MCU產品，充分利用MCU能源友好的特性。

通過識別必須執行的軟件功能和邏輯算法，以及它們發生的頻率，你能夠構建出恰當的初始估算或者可穿戴應用的計算需求。假設有一個健身監視器，它的MCU通過一個多軸加速計感應用戶的身體活動，使用一個IR接近傳感器監視脈搏，使用其他傳感器檢測溫度、濕度、血氧等級，甚至紫外線（UV）強度（見圖3）。然后MCU必須在確定真實步數和頻率之前過濾掉摻雜在原始傳感器數據中的噪聲和干擾，或者結合心率數據以區別是特定活動類型還是其他生物特征輸入。

2014-10-21 11:14:31 上傳

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