根據ABI Research研究預測，智慧手錶等可穿戴運算設備將在2014年展現爆發性成長，2018年的出貨量還將突破4.85億台。新一代藍牙解決方案──Bluetooth Smart，對於這一波可穿戴運算設備的崛起具有重要的影響──透過這項低功耗的技術，使得設備和設備、設備與應用之間能夠長時間的進行資料傳輸。
本文將從連接性、靈活性與電源管理特性等方面探討Bluetooth Smart平台解決方案的優勢，以及其如何加速硬體設計與軟體開發，從而促進針對智慧型手機用戶的可穿戴設備成長及其新一輪的發展。
為什麼採用Bluetooth Smart？
Bluetooth Smart技術(通常被稱為藍牙低功耗技術)使先前受限於功耗、尺寸及無線數據通訊標準複雜性的應用實現了低功耗連接以及小量的數據傳輸，適用於需要較長電池壽命的消費電子產品(執行功耗低)，並可相容於最新版智慧型手機和平板電腦。
Bluetooth Smart採用藍牙4.0標準，其功耗與先前的標準藍牙技術版本相較降低了10到20倍。即使射頻長時間關閉，設備仍可保持連線狀態，一旦偵測到數據便可迅速啟動藍牙功能。因此Bluetooth Smart可為設備提供更長的電池壽命。
Bluetooth Smart促進了消費電子產業多項重要創新產品開發，包括新款手勢電視遙控器、手錶、運動器材、健康與保健感測器以及家庭自動化產品等。Bluetooth Smart還催生了一系列創新的應用配件，即具備配對應用程式的附屬配件開發。透過使用軟體API，基於Apple iOS 作業系統等的Bluetooth Smart Ready產品使開發人員能夠開發出能以標準方式與Bluetooth Smart配件進行通訊的應用程式。
Bluetooth Smart技術使開發人員無需等待藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)開發並認證標準規格，便可開發相關應用程式及配件，創造能與智慧型手機實現無縫連接的創新產品。這些產品不僅具備豐富的用戶介面與卓越的連接性能，而且支援電池續航時間長達幾年的精巧配件。
表1比較所有藍牙核心規格版本的數據速率。藍牙技術聯盟推出的藍牙4.0(現商標更名為Bluetooth Smart)使物聯網的實現成為可能，因而將數十億需求較長電池壽命的家電、設備及機器成功導入互連世界。
創造智慧手錶應用
智慧手錶提供簡單計時功能，同時也是兼具數學運算、獨特定時模式以及遊戲、多媒體簡訊、電話提醒、近接感應等複雜應用的數位腕錶。作為智慧型手機的一款強大配件，智慧手錶能夠提供創新的用戶資訊與互動體驗。例如，智慧手錶能夠顯示用戶運動消耗的卡路里以及運動前與運動後的心率；智慧手錶還可幫助用戶查找手機的位置，通知用戶錢包遺落在家中……，Bluetooth Smart使無數應用成為可能。
圖1說明智慧手錶不僅可與智慧型手機，還可與磅秤、計步器、溫度計以及其它設備進行通訊，因而提供有價值的資訊。智慧手錶還可作為遊戲控制器與遙控器。
藍牙平台技術創造智慧手錶
基礎智慧手錶的主要元件包括一個Bluetooth Smart晶片、一個微控制器以及一個液晶顯示螢幕。例如：CSR μEnergy CSR101x系列設備平台可提供一個單模藍牙低功耗射頻晶片、一個16位元整合處理器與128KB記憶體，它是整個系統的核心，同時控制所有週邊設備。液晶顯示螢幕用於向用戶顯示資訊，而且一般都具備電容/電阻式觸控功能，因此無需設計實體按鍵。液晶顯示螢幕的觸控功能大幅提升了用戶體驗，只需透過簡單的觸控、點選及滑動，便可操控手錶上的各種應用程式。微控制器經由I2C或SPI等串列匯流排與液晶顯示螢幕進行通訊。此外，智慧手錶還可設置揚聲器或壓電式鳴蜂器，因而提供鬧鈴等提醒功能。
圖3展示如何透過整合一個微處理器創造出可擴充的平台。微處理器可提供增強的處理能力以及擴展的I/O埠，因而支援在產品設計中設置更多感測器(如氣壓感測器)，以及週邊設備(如具備定位功能的GPS)；同時，透過整合微處理器，該解決方案可執行更複雜的數據處理演算法，還可使用具備大量繪圖介面的作業系統。微控制器透過串列匯流排利用簡單標準的控制協議與CSR101 x設備進行通訊。
圖3：高階智慧手錶元件方塊圖。
藍牙規格使用案例
圖4為Bluetooth Smart使用的非同步主從式架構。伺服器儲存等待分享的數據，並將數據源保存在資料庫中，稱作‘屬性’。客戶端及伺服器透過屬性協議進行數據交換。
伺服器上的數據以服務型樣式進行管理。這些數據可進行索引、交替並執行定義行為，只需設置相同的先決條件就能產生同樣的結果。服務可定義伺服器行為，但無法指定客戶端行為。這些皆由‘規格’決定。
標準規格規定了如何運用服務建置相關應用程式與使用案例，並決定用戶端行為的高層定義。藍牙技術聯盟定義了相關指令，並列出了所有服務和規格。
智慧手錶支援藍牙技術聯盟制訂的所有規格，以下內容概述每一個規格的使用案例：
* 通知提醒規格─手錶與智慧型手機連接後，可接聽手機來電，查看未接來電、郵件、簡訊及多媒體簡訊等，同時還可閱讀手機所接收的未讀通知。雖然可能無法顯示簡訊的全部內容，但至少會顯示發話者/簡訊傳送者的具體身份資訊
* 血壓規格─使手錶能夠從非侵入式血壓感測器獲取血壓測量及其它數據
* 自行車速度和踏頻規格─使手錶從自行車速度和踏頻感測器中擷取自行車速度以及車輪轉數等相關數據
* ‘找到我’規格─按下手錶按鈕使遠方對應設備發出警示，例如智慧型手機或密鑰卡
* 血糖規格─使手錶從葡萄糖感測器擷取血糖測量及其它數據
* 心率規格─使手錶從心率感測器擷取相關數據
* 電話狀態通知規格─使手錶接取智慧型手機，因而更改並控制手機鈴聲設置及狀態通知
* 近距離感應規格─該規格一旦偵測到手錶離開或靠近對等設備，便會觸發警示系統。警示系統可能進一步引發其它功能，例如進入房屋時，電燈自動打開；當孩子走失時發出警報等
* 跑步速度與步調規格─使手錶取得跑步速度與步調感測器以擷取瞬時速度、步調與步長等相關數據
* 時間規格─使手錶從對等設備中擷取日期、時間及其它相關資訊，包括時區、夏日時制等。這個應用案例很特別(但不適用於腕表)，可使家中未內建即時時脈功能的鐘錶與其它計時工具顯示日期與時間。
在最近發佈的iOS7系統中，蘋果公司新增了一項可與蘋果通知中心(ANCS)互動的應用服務，使智慧手錶能夠將顯示在iOS下拉選單中的事件通知給用戶。用戶還可將iOS7設備上執行的所有app中的通知推送至其智慧型手機。
電池使用壽命
一般來說，電池使用壽命對於一款產品的成功與否至關重要。表2列出現有可穿戴設備目前使用的電池化學成分。然而，隨著智慧手錶等可穿戴運算設備功能增強，可充電鋰離子電池等替代材料也逐漸被使用，其充電電壓可高達4.2V。
Bluetooth Smart市場起飛
根據業界專家預測，2014年將會有無數新型的智慧手錶與其它可穿戴運算產品進入市場。iOS7最近推出的改良功能，增強對於智慧手錶等設備的支援，同時，Android 4.3 Jelly Bean也支援Bluetooth Smart功能，這意味著Bluetooth Smart技術可望成為使這種全新電子產品的真正價值迅速導入消費市場的關鍵。
作者：Paul Williamson，CSR低功耗無線產品總監；Nitin Gupta，CSR總工程師
資料來源:電子工程專輯
留言列表
生技醫療產業 (1)