雖然可以使用臺(tái)式機(jī)構(gòu)建高性能系統(tǒng)可以執(zhí)行可穿戴設(shè)備功能的導(dǎo)向開發(fā)系統(tǒng)，它無(wú)法滿足試用用戶和早期采用者可以使用的系統(tǒng)的需求，就好像它是真正的產(chǎn)品一樣。當(dāng)涉及到可用性和其他重要的劇院內(nèi)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)時(shí)，不舒服和沉重的健身可穿戴性將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。我們需要的是一個(gè)平臺(tái)，它提供了傳統(tǒng)開發(fā)板的大部分（如果不是全部）靈活性，但其形狀因素對(duì)于可穿戴設(shè)備的設(shè)計(jì)有意義。

MikroElektronika的Hexiwear等平臺(tái)提供了一種構(gòu)建方式應(yīng)用程序并在真實(shí)的用戶環(huán)境中測(cè)試它們。 Hexiwear平臺(tái)的是以開放式開發(fā)環(huán)境支持的可穿戴形式提供集成的MCU和外圍設(shè)備解決方案。更重要的是，它采用緊湊型六角形模塊的外形封裝，可輕松連接到腕帶上，用作支持物聯(lián)網(wǎng)的智能手表。另外，它可以安裝在吊墜環(huán)中，用作胸針或整合到衣物中。

外形尺寸也適用于更廣泛的智能家居環(huán)境，可以作為可拆卸部署使用安裝在墻上的模塊或更大的機(jī)械系統(tǒng)中的元件?；贖exiwear的基于智能家居的項(xiàng)目包括智能浴室秤，可將測(cè)量的重量傳輸至用戶的智能手機(jī)，門鈴能夠遠(yuǎn)程向房主活動(dòng)并向訪客顯示自定義信息，以及智能冰箱磁鐵能夠在Hexiwear的顯示屏上向用戶內(nèi)部溫度。

Hexiwear平臺(tái)基于Kinetis K64F MCU，采用ARM?Cortex?-M4內(nèi)核，運(yùn)行頻率高達(dá)120 MHz，支持多種外設(shè)，包括ADC ，DAC，定時(shí)器和串行接口（圖1）。

圖1：Hexiwear設(shè)備的方框圖。 （圖片）

可穿戴設(shè)備包括一個(gè)藍(lán)牙低功耗（BLE）SoC和八個(gè)專為健康和其他典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而優(yōu)化的傳感器，如六軸加速度計(jì)和磁力計(jì)，三軸陀螺儀，壓力傳感器，溫度和濕度傳感器，以及光學(xué)心率傳感器。它還包括一個(gè)1.1英寸OLED彩色顯示屏。

大多數(shù)板載外設(shè)使用I 2 C總線進(jìn)行通信?？梢酝ㄟ^(guò)MikroBus擴(kuò)展，安排為兩個(gè)平行的八位頭連接器。這允許連接MikroElektronika的Click板以及自定義擴(kuò)展模塊和其他供應(yīng)商的模塊。 MikroBus連接器引腳間距設(shè)計(jì)為與標(biāo)準(zhǔn)100密耳間距面包板兼容，可在自定義I/O模塊上輕松進(jìn)行初始原型設(shè)計(jì)。

MikroBus可以訪問(wèn)多個(gè)串行I/O總線以及提供模擬，PWM和中斷引腳。除了I 2 C之外，還可以通過(guò)SPI和UART接口進(jìn)行連接。使用Click格式的模塊包括GPS接收器，RFID閱讀器，GSM收發(fā)器，甚至是基于線圈天線的閃電傳感器。

Hexiwear上的運(yùn)動(dòng)傳感器系列允許平臺(tái)移動(dòng)超出可穿戴設(shè)備和家庭的應(yīng)用。加速度計(jì)，陀螺儀，磁力計(jì)和壓力傳感器的組合使得可以創(chuàng)建具有十個(gè)自由度的慣性測(cè)量單元，用于無(wú)GPS航空導(dǎo)航。一位用戶已應(yīng)用此功能為航拍無(wú)人機(jī)和四軸飛行器創(chuàng)建了機(jī)載飛行監(jiān)控系統(tǒng)。 Hexiwear小巧輕便，無(wú)人駕駛。該應(yīng)用程序通過(guò)提供有關(guān)無(wú)人機(jī)位置和航向的準(zhǔn)確反饋，支持能見(jiàn)度較差的飛行。當(dāng)與傳感器融合技術(shù)一起使用時(shí)，不同的運(yùn)動(dòng)傳感器有助于補(bǔ)償其他運(yùn)動(dòng)傳感器。壓力傳感器有助于改善高度的準(zhǔn)確。

Hexiwear中使用的NXP FXOS8700CQ等加速度計(jì)基于MEMS結(jié)構(gòu)。單維加速度計(jì)使用附接到電極的柔性懸臂，其保持能夠相對(duì)于第二電極移動(dòng)的質(zhì)量。整體結(jié)構(gòu)充當(dāng)電容器。隨著質(zhì)量移動(dòng)，電容板之間的距離改變，導(dǎo)致電容的變化。通過(guò)跟蹤這些電容變化，傳感器接口可以檢測(cè)沿懸臂運(yùn)動(dòng)方向的加速度變化。三個(gè)正交安裝的三個(gè)軸提供三軸檢測(cè)。

加速度計(jì)移動(dòng)重量振蕩的趨勢(shì)導(dǎo)致電容的短期變化和對(duì)振動(dòng)的敏感性。另一方面，陀螺儀基于振動(dòng)的微機(jī)械臂，當(dāng)設(shè)備旋轉(zhuǎn)時(shí)，該機(jī)械臂記錄增大的振幅。像一個(gè)依賴于旋轉(zhuǎn)元件的更大的陀螺儀，測(cè)量對(duì)短期沖擊和外部振動(dòng)相對(duì)不敏感。然而，陀螺儀容易漂移并且對(duì)溫度變化更敏感。

陀螺儀和加速度計(jì)的讀數(shù)以及FXOS8700CQ中的磁力計(jì)的組合提供了移除大部分陀螺儀的能力。運(yùn)動(dòng)噪聲源。在相對(duì)簡(jiǎn)單的傳感器融合應(yīng)用中，互補(bǔ)的一對(duì)濾波器（圖2）可以消除每種傳感器類型的大部分噪聲。例如，采用角度數(shù)據(jù)計(jì)算傾斜角度，低通濾波器有助于消除轉(zhuǎn)換為角度坐標(biāo)的加速度計(jì)讀數(shù)的短期誤差，高通濾波器消除陀螺儀的長(zhǎng)期漂移和溫度波動(dòng)。與磁力計(jì)讀數(shù)的比較可以確認(rèn)方向。

圖2：加速度計(jì)和陀螺儀處理的互補(bǔ)濾波器。

這些傳感器可以應(yīng)用和組合使用Hexiwear開發(fā)的可穿戴應(yīng)用程序。一個(gè)例子是老年人的跌倒監(jiān)視器。另一款是個(gè)人心臟監(jiān)護(hù)儀，適合那些希望提高健身水平的人。這兩種應(yīng)用都證明了傳感器融合的有效性，以及多種傳感器類型產(chǎn)生可靠輸出的能力。

如果我們將上述無(wú)人機(jī)中使用的傳感器融合技術(shù)應(yīng)用于跌落探測(cè)器，則可以構(gòu)建一個(gè)傳感器，由于加速度計(jì)上出現(xiàn)短期噪聲，因此不太可能容易引起誤報(bào)警。輸入。如果佩戴在腰帶或手腕上，陀螺儀將在跌倒期間檢測(cè)到身體或手臂的旋轉(zhuǎn)，并且加速度計(jì)將記錄突然增加，然后突然停止并且稍微移動(dòng)一段時(shí)間?？傊浖梢宰R(shí)別跌倒的模式。許多研究論文已經(jīng)研究了跌落的典型運(yùn)動(dòng)曲線，可用于在跌倒探測(cè)器應(yīng)用中獲得適當(dāng)?shù)拈撝?。基于從跌倒測(cè)試中捕獲的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)已被證明有助于開發(fā)更強(qiáng)大的檢測(cè)技術(shù)。結(jié)合來(lái)自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)有助于降低誤報(bào)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)確保假陰性風(fēng)險(xiǎn)低。

從重大充血性心臟事件中恢復(fù)的人可以類似方式使用Hexiwear中部署的傳感器。在這種情況下，輸入將包括來(lái)自Maxim MAX30101心率傳感器的信號(hào)。輕度運(yùn)動(dòng)對(duì)于從充血性心力衰竭中恢復(fù)非常重要，但是不要過(guò)度運(yùn)動(dòng)同樣重要。通過(guò)跟蹤運(yùn)動(dòng)結(jié)合心率，可穿戴應(yīng)用可以幫助確定患者是否滿足他或她的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)并且不會(huì)過(guò)度壓力。針對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的心率異常讀數(shù)可用于觸發(fā)由主機(jī)智能手機(jī)向健康人員中繼的警報(bào)。同樣可以使用心率數(shù)據(jù)來(lái)增強(qiáng)跌倒檢測(cè)器，以幫助確定事件發(fā)生后佩戴者的狀態(tài)。

構(gòu)建應(yīng)用程序時(shí)，硬件I/O，處理器和傳感器只是等式的一部分將Hexiwear用于可穿戴設(shè)備或其他傳感器驅(qū)動(dòng)的用途。為了簡(jiǎn)化應(yīng)用程序的創(chuàng)建，該平臺(tái)由完整的開源工具鏈和庫(kù)提供支持，這些工具鏈和庫(kù)可通過(guò)GitHub在線存儲(chǔ)庫(kù)和ARM的mbed代碼庫(kù)等獲得。這些庫(kù)包括用于云連接的模塊，提供對(duì)WolkSense等服務(wù)的訪問(wèn)。

Hexiwear開發(fā)套件的是恩智浦Kinetis軟件開發(fā)套件（SDK）。這是一個(gè)基于Eclipse和GNU代碼庫(kù)的工具鏈。 IDE基于Eclipse，它由GNU編譯器集合（GCC）和GNU調(diào)試器（GDB）支持。并安裝Kinetis工具后，用戶可以從GitHub Hexiwear存儲(chǔ)庫(kù)添加模塊。另一個(gè)開發(fā)環(huán)境是Zerynth，它為更熟悉Python的程序員提供了一種開始為模塊開發(fā)的方法。

GitHub包括示例引導(dǎo)加載程序和可用作目標(biāo)模板的項(xiàng)目文件應(yīng)用。通常，通過(guò)Hexiwear擴(kuò)展塢（圖3）啟用和硬件支持，通過(guò)USB從mbed的驅(qū)動(dòng)程序處理USB通信。

圖3：Hexiwear和擴(kuò)展塢組合的方框圖。 （圖片）

GitHub提供的示例代碼模塊通常使用簡(jiǎn)單的循環(huán)main（）結(jié)構(gòu)。應(yīng)用程序繼續(xù)執(zhí)行main（）函數(shù)中的每個(gè)語(yǔ)句，然后循環(huán)回到開頭。防止電池供電平臺(tái)過(guò)度活動(dòng)的常用策略是在main（）循環(huán)的末尾插入wait（x）函數(shù)。即使有這么簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，健康監(jiān)測(cè)可穿戴應(yīng)用的就在那里。但是，Hexiwear GitHub存儲(chǔ)庫(kù)上的許多模塊支持的操作系統(tǒng)（如mbed OS或FreeRTOS）提供了更靈活的選項(xiàng)，能夠?qū)嵗鄠€(gè)協(xié)作線程，這些線程可以通過(guò)各種外設(shè)的硬件中斷觸發(fā)。/p>

物聯(lián)網(wǎng)可穿戴設(shè)備的典型應(yīng)用是活動(dòng)監(jiān)視器，它通過(guò)BLE定期向智能手機(jī)或平板電腦狀態(tài)。在一個(gè)簡(jiǎn)單的main（）結(jié)構(gòu)中，組織應(yīng)用程序的簡(jiǎn)單方法是在每次傳遞時(shí)輪詢感興趣的傳感器，過(guò)濾數(shù)據(jù)然后緩沖已處理的值。盡管在每次通過(guò)時(shí)通過(guò)BLE進(jìn)行數(shù)據(jù)通信是可行的，但這可能會(huì)快速耗盡電池并且在很大程度上是不必要的。一種方法是實(shí)現(xiàn)全局計(jì)數(shù)器變量并在每次傳遞時(shí)緩沖隊(duì)列中的數(shù)據(jù)，直到達(dá)到計(jì)數(shù)器閾值。一個(gè)簡(jiǎn)單的if-then語(yǔ)句可以確定是否觸發(fā)了BLE訪問(wèn)功能。這將從緩沖區(qū)收集數(shù)據(jù)，重新建立與智能手機(jī)的連接并發(fā)送數(shù)據(jù)。 Hexiwear前面板初能夠?qū)⒛繕?biāo)智能手機(jī)與BLE配對(duì)，無(wú)需在應(yīng)用程序內(nèi)編寫該功能，至少在原型設(shè)計(jì)方面是這樣。

通過(guò)C ++類可以訪問(wèn)BLE模塊在Hexi_KW40Z.h頭文件中定義。這提供了許多通過(guò)BLE發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的功能。此類的默認(rèn)版本包括為傳輸運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)以及天氣和運(yùn)動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)而設(shè)置的數(shù)據(jù)包定義。

在由mbed等操作系統(tǒng)調(diào)解的多線程實(shí)現(xiàn)中，應(yīng)用程序可分為多線程。在健康監(jiān)視器中，典型的結(jié)構(gòu)是將一個(gè)或多個(gè)傳感器記錄線程饋送到處理和過(guò)濾線程中。然后一個(gè)單獨(dú)的線程負(fù)責(zé)BLE通信。一種策略是使用通過(guò)回調(diào)函數(shù)（例如lptmr_Callback（））訪問(wèn)的計(jì)時(shí)器中斷來(lái)定期喚醒線程。 BLE通信線程的周期通常比傳感器記錄線程的周期長(zhǎng)。這些線程可以緩沖它們的數(shù)據(jù)，這樣過(guò)濾線程只能像BLE通信線程一樣運(yùn)行。

但是，在監(jiān)視器的情況下，盡可能快地過(guò)濾和處理數(shù)據(jù)可能很重要。需要響應(yīng)異常數(shù)據(jù)發(fā)出警報(bào)。在這種情況下，響應(yīng)于由處理線程識(shí)別的觸發(fā)條件，可能需要單獨(dú)的BLE線程來(lái)發(fā)出警報(bào)消息?；蛘撸梢栽O(shè)置BLE線程在喚醒以發(fā)送警報(bào)和數(shù)據(jù)時(shí)使用的標(biāo)志。選擇取決于智能手機(jī)應(yīng)用程序需要響應(yīng)的速度。在許多情況下，BLE定時(shí)器間隔足夠短以支持后一種架構(gòu)。