可穿戴计算机硬件技术研究,基于可穿戴计算机硬件体系结构研究.doc

基于可穿戴计算机硬件体系结构研究

基于可穿戴计算机硬件体系结构研究

摘 要：随着信息技术的发展，计算机硬件技术与超大规模集成电路制造技术得以迅速发展，可穿戴的计算机(Wearable Computer，WearComp)应运而生。基于硬件体系结构的不同，与传统计算机人机交互方式相比，可穿戴计算机的人体交互方式存在着明显的差异。基于此，本文首先阐述了可穿戴计算机硬件的组成部分，然后研究了可穿戴计算机硬件体系的具体结构方式，即集中式结构与分布式结构，其中集中式结构是基于传统计算机结构模式发展而来的，其适用范围为快速实现可穿戴计算机的开发与研制；而分布式结构一如了模块化的概念，其适用范围为满足人体的穿戴要求。

关键词：可穿戴计算机；硬件；体系结构；研究

中图分类号：TP368.33

基于可穿戴计算机的研究可追溯到上世纪六十年代，当前，国外关于可穿戴计算技术的研究已经取得了阶段性的成果，并推出了具有实用价值的可穿戴计算机，而国内在可穿戴计算机研究领域中起步较晚，尚处于起步阶段。可穿戴计算机作为计算机发展历程中的一个阶段，真正的体现出了“Personal Computer”的含义及价值，这是因为可穿戴计算机能够通过穿戴与人体衣物相结合，从而实现人机间的便捷、有效沟通。

1 可穿戴计算机的硬件构成部分

当前，可穿戴计算机的主要成品形式是将计算机电子设备微型化，然后与可穿戴技术相结合，从而形成初步意义上的可穿戴计算机。但是，此种形式上的可穿戴计算机与构想形式还是存在着很大的差距，并没有从根本上实现可穿戴计算的人机无缝结合。但从其应用中来看，已突显出其实用价值。可穿戴计算机硬件构成为：

1.1 主机子系统

主机子系统为可穿戴计算机硬件系统的核心部分，其在设计时需要考虑的因素为：体积、重量、抗震性能、功耗以及可穿戴性，其性能主要由同一时期计算机产品的应用性能与应用目的所决定。比如：第一代可穿戴计算的研制是基于同一时期Apple Ⅱ处理器[1]。

1.2 头戴显示子系统

头戴显示系统是可穿戴计算机实现人机协作构想中的重要组成部分，也是当前应用相对较为广泛的人机交互装置。以结构形式划分，头戴显示系统大致分为如下三种显示器：头佩戴式、头戴式以及头盔式；以工作方式划分，头戴显示系统能够分为以下两类：透视与非透视。

1.3 通信子系统

可穿戴计算机的人机协作能够实现与人活动同步的新型计算机结构。其在移动工作时，通信子系统则需要与本身所处的计算环境进行信息交互，基于此种需求，无线网络要比有线网络更适用于可穿戴计算机在通信方面的要求。当前，无线网络连接技术有以下三种：IEEE802.11x、家庭网络(Home RF)、蓝牙(Blue Tooth)。

1.4 输入输出子系统

输入输出子系统的研究与设计主要是根据可穿戴计算机在应用过程中的实际需求，以及实现减少使用者双手使用率的目的。当前，其在使用时脱离双手操作的研究还处于初级阶段，如采用语音控制、姿势控制等系统，而当前能够实现输入子系统以减少双手使用率为目的的设计为单手输入控制设备。单手控制输入设备的硬件设备为：前臂键盘、虚拟键盘以及数据首套等。

1.5 电源子系统

可穿戴计算机性能指标之一是工作时间长短，而工作时间的长短主要有以下两方面因素决定：系统的损耗功率以及电源子系统的容量和性能。因此，要想提高可穿戴计算机的性能，就要尽可能的降低系统的损耗，并提升电源子系统的容量，确保电源子系统的性能。

1.6 支撑子系统

可穿戴计算机的硬件组成部分离不开支撑子系统，比如：马甲、背心、腰带等。可穿戴计算机并不是像手表一样穿戴在身上即可，其在设计上必须充分的考虑到人体工学理论，确保可穿戴计算机在工作时能够以最佳的状态实现人机无缝结合，从而提升可穿戴计算机的使用性能，并提高其在穿戴过程中的舒适度。

2 可穿戴计算硬件体系的具体结构方式

2.1 分布式可穿戴计算机

分布式可穿戴计算机是通过有线或者无线网络的连接技术将各模块进行连接，形成身体网络，每一个模块都是身体网络的一个节点，使用者根据所处环境场合的不同，选择所需要的模块，其相对较为灵活的系统配置为使用者带来了极大的方便。分布式可穿戴计算机硬件体系结构为：低功耗计算核心系统、电源系统、输入输出系统、身体网络以及身体总线。其核心系统主要负责提供计算资源的工作，其系统除了普通可穿戴计算机的输入输出系统外，还需包括具有特殊用途的传感器，从而完成人机交互工作以及对外信息的采集工作。BODY BUS以及BODY NEYWORK将计算机的各个部分相连接，从而就形成了一个完整的可穿戴计算机系统，且单电缆有效实现了人体上各设备的连接，从而简化了人体上物理网络的连接形式。BODY NEYWORK的