智能手环技术及其应用.docx
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智能手环技术及其应用
本科生学年论文(设计)
(2012级)
论文(设计)题目智能手表技术及其应用
作者
分院、专业计算机科学与技术
班级计算机1205
指导教师(职称)
字数(三号宋体)
成果完成时间(三号宋体)
教务部制
智能手表应用发展及市场分析
计算机专业指导教师
1引言
1.1研究背景
进入了21世纪之后,IT电子产业厂商接下了智能手表的研发任务,首先是IBM在2000年投入许多研发资源,其代表作是可执行Linux操作系统的LinuxWatch(搭载8MBRAM和8MB储存空间),2001年IBM与Seiko联手推出的WatchPad可以说是缩小版的PDA(使用运算速度74MHzARM处理晶片及Linux系统)。
此时软件巨头微软也推出了能够通过MSNDirect服务接收无线电波传送的新闻和天气资讯的智能手表。
前一波智能手表发展的高峰应该是Fossil所推出的FX2008手表,这款手表式的PDA采用Motorola66MHz的处理晶片及160x160像素的触控屏幕,还可执行所有PalmOS4.1系统以下的应用程序,可惜这款要价199美元的产品并未引起市场的巨大回响。
智能手表,是将手表内置智能化系统、搭载智能手机系统而连接于网络而实现多功能,能同步手机中的电话、短信、邮件、照片、音乐等。
2013年3月媒体报道,苹果、三星、谷歌等科技巨头都将在2013年晚些时候发布智能手表。
美国市场研究公司CurrentAnalysis分析师艾维·格林加特(AviGreengart)认为2013年可能会成为智能手表元年。
随着移动技术的发展,许多传统的电子产品也开始增加移动方面的功能,比如过去只能用来看时间的手表,现今也可以通过智能手机或家庭网络与互联网相连,显示来电信息、Twitter和新闻feeds、天气信息等内容。
这种新手表可被称作智能手表,某些已经上市销售,某些还处于样品测试阶段。
这类产品主要是为消费者在不方便使用智能手机的情况下使用而设计的,比如正在骑自行车或手上提满了东西的时候。
1.1.1国内研究现状
随着移动技术的发展,许多传统的电子产品也开始增加移动方面的功能,比如过去只能用来看时间的手表,现今也可以通过智能手机或家庭网络与互联网相连,显示来电信息、Twitter和新闻feeds、天气信息等内容。
这种新手表可被称作智能手表,某些已经上市销售,某些还处于样品测试阶段。
这类产品主要是为消费者在不方便使用智能手机的情况下使用而设计的,比如正在骑自行车或手上提满了东西的时候。
土曼科技是最早进入智能手表领域的创业公司之一,从2012年3月,土曼科技就开始规划智能手表产品。
土曼智能手表最独特之处在于采用了e-ink墨水屏,这是国内首家采用这种屏幕做智能手表的企业。
它虽然是黑白的,但反射率、对比度很棒,显示效果接近印刷品,强光下也能看清,眼睛阅读时不易疲劳。
更加重要的是,e-ink只在画面刷新时需要用电,也比普通屏幕更省电,这在寸土寸金的智能手表上是一个巨大的优势,这意味着土曼可以使用更小更轻的电池,以及更薄的外观设计。
另外,内置公交卡芯片也是土曼的一大特色。
据悉,在下一代产品中将支持北京、上海、广州三地,使用时将表扣部位接近刷卡机即可,和异形公交卡一样充值、刷卡,这让用户又多了一个使用智能手表的硬需求。
目前土曼正与政府部门沟通,预计明年年初上市。
映趣科技inWatch就是所谓配件型智能手表,是指手表没有独立的通信模块,靠蓝牙或者Wifi与手机或者家庭网络连接,从而实现各种功能。
三星的Gear、LG的GWatch和摩托罗拉的MOTO360都是这种类型,这也是目前国内多数厂商的共同选择。
1.1.2国外研究现状
到2013年为止,智能手表已经可以与手机无线连接,为用户提供新消息的提醒,并可以实现一定的上网功能。
但分析师认为,一旦走上正轨,应用开发者就会为这类产品引入很多新功能,有可能会具备健康和健身监控功能。
三星抢先苹果等各大厂商,率先推出智能型手表GalaxyGear。
这款手表于当地时间2013年9月4日,在IFA柏林会场正式发表。
三星表示,GALXAYGear内建双麦克风,其中1个藏在表扣上,表带上有1颗190万画素镜头,可拍照和录像,内建存储器可记录5分钟的影音信息,并具生活性防水防尘能力,但不能下水拍照。
三星昨展示的GALXAYGear内建有相簿、浏览器,SVoice支持包括中文在内的11种语言查找。
但两岸华人用词及语调有差异性,展示机辨识度还够不高,业者表示还在调校中。
应用程序则已有70个,中文约20个,以大陆市场的应用程序为多。
GALXAYGear透过NFC、蓝牙等无线配对连接Note3,除显示各种信息外,也结合三星专属SHealth功能,协助使用者管理健康信息。
例如,在慢跑时,不只是运动表、可录跑步数等信息,还可以遥控Note3,调整播放音量。
2014年6月26,在谷歌的I/O开发者大会上,谷歌发布了专门针对智能手表的操作系统AndroidWear,同时三星和LG分别推出了GearLive、GWatch、Moto360三款基于AndroidWear的操作系统。
AndroidWear发展迅速,距LGGWatch和三星GearLive等首批AndroidWear设备发布还不到三个星期,GooglePlay里这些智能手表的专用应用数量已经超过了谷歌眼镜的专用应用数量,而后者的应用分类已经问世一年有余。
AndroidWear平台已有PayPal、Soundwave、Pinterest、Eat24、Lyft、以及Althecooks等外文应用,而中文应用也已有国内开发者推出的虫洞语音助手(AndroidWear)。
据谷歌官方称,它推出仅几个月的可穿戴平台AndroidWear已经有数千款应用。
例如,FacebookMessenger将支持发送信息到AndroidWear手表,能够接收语音回复。
谷歌已宣布于2014年10月26日推出AndroidWear2.0系统,除了常规的BUG修复,以及软件增强优化之外,还将带来对GPS和蓝牙耳机的支持,同时推出的LGGWatchR和Moto360将搭载最新的AndroidWear系统。
2概况
2.1发展历史
(1)在20世纪80年代,卡西欧的Databank手表上有计算器,可以储存电话号码。
(2)一些制造商曾推出运行微软软件和服务的个人智能技术(SmartPersonalObjectTechnology,简称SOPT)手表。
这些手表可通过寻呼机网络提取数据,也可通过连接用户桌面电脑收集预约信息。
SPOT手表体积很大,稍显笨重,屏幕依然是单色的。
(3)2010年款,第六代iPod似乎已经被不再以作为手表为主要卖点。
它更小但更时髦,呈现方形,它有钟表应用程序。
数家公司都为其制作了腕带。
(4)2011年,一家新的初创公司加入智能手表行业。
这款来自Basis的手表配置有复杂运动传感器,使它成为第一款带有健身功能的智能手表。
此外,这款手表可通过蓝牙与智能手机实现同步。
2014年3月,Basis被英特尔并购。
(5)早期独立经营智能手表的公司WIMM制作了一款基于Android系统、蓝牙连接的智能手表,开创了双模式显示。
在低功耗模式下,这种手表以黑白钟面形式显示。
如果你打开手机,这款手表的屏幕会亮起,以彩色形式显示时间。
WIMM2013年被谷歌并购。
(6)作为第一款成功的现代智能手表,Pebble2012年在众筹平台Kickstarter上筹资1000多万美元。
这种黑白手表现在已经有多种颜色,制作材料也多种多样。
Pebble有1000多种应用可供下载,这些应用都可通过智能手机下载到手表中。
(7)2013年款HotWatch在智能手表中依然显得细长。
它采用电子墨显示器,可识别手势控制接口,并可作为智能手机的扩展:
将手抬起至耳边可以接听电话,表带上的微型麦克风可帮你回话。
(8)三星的第一款智能手表是GalaxyGear,2013年推出。
它运行Android系统,但只具备Android智能手机的少数功能。
而2014年推出的Gear2,则装配了三星自己开发的Tizen操作系统。
与GalaxyGear相似,Gear2也有摄像头。
但这款功能被证明不受欢迎,现在的三星智能手表都已经取消摄像头。
(9)高通公司向来以制作手机芯片闻名,但2013年末其尝试推出一款智能手表Toq。
这款手表安装Android操作系统,但最引人关注的是其彩色电子墨显示器,使用了高通Mirasol技术。
高通将Toq的电池放在腕带底面。
(10)2014年8月,Timex宣布推出第一款无需与智能手机相连的现代智能手表TimexOneGPS。
这是一款运动手表,拥有自己的蜂窝频率。
它可报告佩戴者的活动和位置,并通过自己的链接发送和接收信息。
2014年9月份,依然只有少数智能手表有自己的数据频率,但这种趋势日益成为主流。
(11)在2014年谷歌IO大会上,谷歌宣布推出新的智能手表平台:
AndroidWear。
同时,大会期间还推出了两款智能手表,包括LGG。
这款手表之所以独特,是因为即使在手表背光关闭后,其表盘上的时间依然可读。
(12)2014年谷歌IO大会上展示的另一款AndroidWear手表是三星的GearLive,它似乎是Gear2的简化版本。
但实际上,这款智能手表使用AndroidWear系统,且没有安装摄像头。
它的后壳上还配有脉冲传感器,LGG智能手表不具备这种功能。
(13)2014年谷歌IO大会上每个人都想要的智能手表是圆形表盘的Motorola360。
这款手表已经发布,但目前还无法买到现货。
它使用AndroidWear系统。
实际上,这款圆形表盘的智能手表2012年7月份就在众筹平台Kickstarter上筹集资金。
表盘上有功能提示区,当手机接到不同消息时单独显示并提示,可以出发手机上的摄像头等。
尽管这款手机不支持上百万种应用,但它的电池也不会仅持续一周时间。
(14)LGGWatchR这是最新款圆形表盘的AndroidWear智能手表。
它不仅一改方形表盘设计,还增加了心率监控功能。
(15)苹果智能手表AppleWatch在9月10日终于正式发布了,AppleWatch能够检测用户的每日运动情况,让使用者能够更加准确的了解到自己当天的运动量。
而充电方式,则不像普通智能手表那样通过数据线充电,磁力连接方式让AppleWatch彰显了更大魅力,手表做了6种不同的腕带,分别为橡胶带,靠磁力固定的磁力腕带,带金属钮扣的腕带,传统的手表腕带,金属腕带,不锈钢磁力腕带。
包括三个版本:
普通版、运动版与专业版。
发售日期则定在了2015年年初。
2.2功能特点
1、NFC
NFC(NearFieldCommunication),即近场通讯,是一种短距高频的非接触式识别和传输技术。
NFC技术和蓝牙相比操作简单、配对快速,由RFID射频识别的衍生而来,向下兼容RFID,和RFID技术相比适用范围广泛、可读可写、能直接集成在手机中,和红外线相比数据传输较快、安全性高、能耗低(可以无电读取),和二维码相比识别快速、信息类型多样。
2、电子墨水屏幕
EInk(电子墨水屏)曾是电子书阅读器屏幕的代名词,为亚马逊Kindle和其他厂商的电子书阅读器生产屏幕。
2009年,该公司被中国台湾显示器制造商元太科技收购。
随着电子书阅读器市场向KindleFire和NookHD等全色彩产品的转型,EInk一直在寻找机会,挖掘新的市场商机。
如今,EInk已经被广泛应用到Pebble、Smartwatch等智能手表中。
3、语音识别技术
语音识别技术,也被称为自动语音识别AutomaticSpeechRecognition,(ASR),其目标是将人类的语音中的词汇内容转换为计算机可读的输入,例如按键、二进制编码或者字符序列。
与说话人识别及说话人确认不同,后者尝试识别或确认发出语音的说话人而非其中所包含的词汇内容。
语音识别技术的应用包括语音拨号、语音导航、室内设备控制、语音文档检索、简单的听写数据录入等。
语音识别技术与其他自然语言处理技术如机器翻译及语音合成技术相结合,可以构建出更加复杂的应用,例如语音到语音的翻译。
4、4G技术
4GLTE系统能够以100Mbps的速度下载,上传的速度也能达到50Mbps,并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。
而4GLTEAdvanced采用载波聚合技术,下行峰值速度可达150Mbps。
此外,4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署,然后再扩展到整个地区。
很明显,4G有着不可比拟的优越性。
随着智能手表的发展,高速网络将成为智能手表不可或缺的一环。
4G及其后续技术的应用。
3部分现有产品对比分析
3.1智能手表基础参数
6款智能手表的基础参数表
GalaxyGear
SonySW2
Pebble
OmateTrueSmart
智器ZWatch
MotoACTV
CPU
800MHz
Exynos
500MHz
不详
80MHz
ARMCortexM3
1.3GHz
双核
1GHz
JZ4775
600MHz
OMPA3630
内存
512MB
不详
32MB*
512MB
512MB
256MB
存储
4GB
不详
32MB*
4GB/32GB
4GB
8/16GB
电池容量
315mAh
不详
130mAh
600mAh
320mAh
277mAh
屏幕
1.63
AMOLED
1.6
半透半反式
1.26
e-paper
1.54
TFT-LCD
1.55
OGS
1.6
TFT-LCD
分辨率
320×320
220×176
144×168
240×240
240×240
220×176
震动
√
√
√
√
√
√
麦克风
√
×
×
√
√
×
扬声器
√
×
×
√
×
×
蓝牙
4.0
3.0
4.0
4.0
4.0
4.0
WiFi
×
×
×
√
√
√
摄像头
190万像素
×
×
300万像素
×
×
NFC
√
√
×
×
×
×
防水性能
×
IP57
5ATM
IP67
3ATM
生活防水
系统
安卓系统
安卓系统
PebbleOS
安卓系统
安卓系统
安卓系统
3.2硬件配置评分
硬件配置评分
得分
OmateTrueSmart
10
GalaxyGear
9
SonySW2
8
MotoACTV
8
智器ZWatch
7
Pebble
6
注:
产品硬件配置对比的意义在于可扩展性能会被硬件限制,但并非硬件出色就好用
3.3非配对状态功能
6款智能手表在非配对状态下功能(蓝牙不作通讯功能列举)
时间
闹钟
音乐
运动检测
睡眠检测
通讯功能
GalaxyGear
√
√
√
√
×
WiFi
SonySW2
√
√
×
×
×
×
Pebble
√
√
×
×
×
×
OmateTrueSmart
√
√
√
√
×
GSM/WiFi
智器ZWatch
√
√
√
√
√
WiFi
MotoACTV
√
√
√
√
WiFi、ANT+
注:
音乐指独立存储播放音乐,后期可安装APP程序实现功能不被列入
3.4对接手机功能
来电提醒
信息SNS
文字显示
控制音乐
控制拍照
独立接听
开发程序
OmateTrueSmart
√
√
√
独立
独立
√
√
GalaxyGear
√
√
√
独立
独立
√
√
SonySW2
√
√
√
√
×
×
√
MotoACTV
√
√
√
独立
×
×
√
智器ZWatch
√
√
√
独立
√
×
√
Pebble
√
√
√
√
√
×
√
各智能手表主要配对功能(独立:
腕表自身可实现功能音乐、拍照功能)
3.5扩展性能评分
APP&功能
评分
OmateTrueSmart
可直接安卓程序
10
GalaxyGear
已有常用APP数量尚可
9
SonySW2
已有常用APP数量尚可
9
Pebble
APP数量尚可
8
智器ZWatch
固件更新功能较少
7
MotoACTV
早期产品已无新功能
6
3.6续航能力及得分
续航能力
评分
OmateTrueSmart
1-2天
5
GalaxyGear
2-3天
6
SonySW2
5-7天
8
Pebble
7天
8
智器ZWatch
1-2天
5
MotoACTV
5天
7
3.7对接设备要求
对接设备要求
OmateTrueSmart
安卓4.0以上
GalaxyGear
GalaxyS4/Note3/Note10.1
SonySW2
安卓4.0以上
Pebble
iOS/安卓2.3以上
智器ZWatch
安卓2.3以上
MotoACTV
安卓2.3以上
3.8外观评分
3.8.1男性评分
男性评分
得分及评价
OmateTrueSmart
7普通
GalaxyGear
8新款产品、够潮
SonySW2
9漂亮、日本设计的东西很紧致
Pebble
5同样是白色,可是却感觉很山寨、没有档次
智器ZWatch
7普通
MotoACTV
7普通
3.8.2女性评分
女性评分
得分及评价
OmateTrueSmart
5看着不够高端
GalaxyGear
8品牌宣传很到位、印象比较深
SonySW2
6一般般
Pebble
4做工太单薄,看着像玩具
智器ZWatch
4做工太单薄,看着像玩具
MotoACTV
7普通
外观评分可以看出男性与女性的选择差异化还是很大的
3.9参考价格
参考价格
OmateTrueSmart
1888元
GalaxyGear
2499元
SonySW2
999元
Pebble
800元
智器ZWatch
699元
MotoACTV
停售
4主要技术分析
4.1基础技术分析
由于由手表本身直接来进行一些算法的计算相对来说需要的人机交互会比较多,而手表本身小巧轻便的特性却注定了难于进行太多的人机交互,而且进行大量计算不利于减轻本身的重量以及减少耗电量,所以本次主要考虑将手表通过蓝牙连接用户手机,并使用相应软件将所需数据传输给手表,手表本身只需进行一些相对简单的运算,从而简化手表设计,降低手表成本,提高手表的轻便性。
蓝牙4.0最重要的特性是省电科技,极低的运行和待机功耗可以使一粒纽扣电池连续工作数年之久。
此外,低成本和跨厂商互操作性,3毫秒低延迟、100米以上超长距离、AES-128加密等诸多特色,可以用于计步器、心律监视器、智能仪表、传感器物联网等众多领域,大大扩展蓝牙技术的应用范围。
同时蓝牙4.0依旧向下兼容,包含经典蓝牙技术规范和最高速度24Mbps的蓝牙高速技术规范。
三种技术规范可单独使用,也可同时运行。
便于产品与一些不支持蓝牙4.0的设备进行连接。
并且蓝牙4.0在安全方面使用AES-128CCM加密算法进行数据包加密和认证,从而保证了数据的安全性。
另外的一些功能,如来电提醒等由于安卓等手机系统都有开放相应端口,故通过软件将来电信息,未接来电提醒等传递给手表也是易于实现的。
E-mail则需要软件来绑定邮箱从而获取相关信息。
脉搏检测等功能则可以通过表带上的传感器来感知。
5发展前景
5.1发展前景
2014年全球消费电子市场规模相对于2013年将略有微降,其中智能手机和平板电脑增速放缓,可穿戴设备与智能家居、智能汽车被认为是下一个高速增长的领域。
从目前发展来看,可穿戴设备目前尚处于探索期,产业未出现高速增长的态势。
初创公司、智能手机品牌、PC品牌、互联网品牌、运动健康服务品牌等多方产业参与者纷纷涌入,基于自身的优势推出相应的产品,基于GfK在全球范围内对于智能手表等产品的监测,全球范围内尚未出现真正引爆可穿戴市场的明星产品。
部分产品虽然已有相对不错的销量,却依然面临产品形态、功能、续航、舒适度等多方面的问题。
此外,GfK近期在中国、德国、韩国、英国和美国进行的调查显示,目前可穿戴产品还没有出现真正能打动消费者的“杀手级”应用,消费者对产品的功能、交互方式、准确性和续航等方面都表现出很大的关注,然而当前产品还未能真正满足消费者的需求。
5.2差异化发展
智能手表作为可穿戴设备,目前存在两种形态。
一种是基于Android等移动操作系统,同时具备独立通话和上网功能,实质上是缩小版的智能手机;另外一种智能手表,基于实时操作系统,不具有独立的移动网络模块,必须与其他智能设备连接使用,可接收智能手机的来电/短信通知,控制智能手机的某些功能。
两种智能手表都具有健康指标检测、运动记录等其他功能,并可利用配对的智能设备对数据进行同步和分析。
GfK调查数据显示,功能性、价格、品牌、运动监测、准确性、易用性、产品设计、续航是消费者购买智能手表主要关心的问题,中国消费者认为智能手表的精准性是最重要的因素,其次是活动记录和品牌。
在这一方面,调查结果明显反映出中国消费者对于品牌产品的极大兴趣。
除中国之外,智能手表的价格在其他参与调查国家均被认为是最重要的购买影响因素。
功能在大多数国家都被排在了第二位,监测和显示活动及健康数据的功能排在第三位。
从产品功能来看,与相对标准化的智能手机、平板电脑等产品不同,不同国家和地区对产品功能体现出不同的需求,这就对产品设计的差异化提出要求。
在德国,1/4的受访者认为捕获运动、健康和健身数据是最重要的应用,其后是更传统的时间显示(20%)和拨打电话(11%)。
在英国,被提及最多的应用是监测活动和健康(28%),之后是传统的手表功能(15%)和智能手表的GPS功能(10%)。
对中国消费者而言,在应用类别中排首位的是活动监测功能(35%),其次是电话功能(16%),位列第三的是GPS功能(11%)。
美国消费者认为最重要的应用也首先明确指向活动监测(29%),其次是传统的手表功能(13%),之后是天气预报、通知及新闻快报的应用程序(10%)。
韩国受访者表示其首要应用是活动监测(27%),第二位是电话功能(21%),排名第三的是应用程序的使用(11%)。
不同国家的受访者对产品功能应用表现出不同程度的差异性,说明智能手表作为新型的移动终端产品要在最大程度上满足不同细分市场,细分人群的需求,值得注意的是,在中国市场有84%的受访者认为智能手表应具备SIM卡功能。
5.3场景化应用前景
智能手表作为可穿戴设备,智能手机通知、运动监测、健身监测等功能性是其发展的一个方面,另一方面更为重要的是在场景化的应用。
虽然目前智能手表尚处于发展初期,但对于智能手表具备的发展方向毋庸置疑。
一方面要满足消费者的
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