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USB技術(shù)在可穿戴計算機中的應用

作者： 時(shí)間：2014-02-24 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò ) 收藏
1 引言

在網(wǎng)絡(luò )計算機已經(jīng)開(kāi)始逐步取代了個(gè)人計算機的二十世紀末期，新一代的可穿戴計算機（Wearable Computers）又悄然來(lái)到我們周?chē)??？纱┐饔嬎愀拍畹奶岢鰹槿伺c計算機的有機結合開(kāi)創(chuàng )了一條新途徑，是實(shí)現更加友好的人機交互的新技術(shù)之一。盡管可穿戴計算機的體積很小，但卻具備了PC機的所有功能，例如語(yǔ)音輸入與輸出功能、視頻輸出功能、圖像采集功能和無(wú)線(xiàn)通訊功能等等。這些功能不但需要各種不同的外圍設備，而且要求外設接口的數據傳輸速度也要快，這無(wú)疑加重了外設接口設計的困難，也成為了可穿戴計算機設計中的瓶頸和關(guān)鍵技術(shù)之一。通用串行總線(xiàn)USB（Universal Serial Bus）是應用在PC領(lǐng)域的新型接口技術(shù)，是Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom等7家世界著(zhù)名的計算機和通訊公司花了近兩年時(shí)間于1995年11月正式制定的USB規范。USB是一種高速的、半雙工、等時(shí)的、可動(dòng)態(tài)連接（熱插拔）的低成本串行接口，可滿(mǎn)足現在和未來(lái)的計算機平臺的需求。將USB接口應用到可穿戴計算機中，不但可以充分發(fā)揮USB接口的通用、高速、可擴展和熱插拔的特性，而且可大大簡(jiǎn)化可穿戴計算機的設計，提高它的集成度是解決可穿戴計算機接口瓶頸的一種有效方法，也是可穿戴計算技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新的方向。

2 可穿戴計算技術(shù)的發(fā)展

“可穿戴計算技術(shù)”概念早在1955年就被Edward O.Thop提出。正像大多數其它數學(xué)定理的發(fā)現一樣，這個(gè)概念也是從一個(gè)賭博游戲中產(chǎn)生的。當時(shí)有一個(gè)叫做“輪盤(pán)賭”的賭博游戲十分盛行，而Edward O.Thop一心想弄清楚其中的奧秘，但為了逃避開(kāi)賭場(chǎng)的人的監視，Edward便想到如果有一臺可以隨身攜帶的小型計算機裝在衣兜中，用它所帶的小型攝像裝置將“輪盤(pán)賭”旋轉過(guò)程（速度與時(shí)間）記錄下來(lái)，然后再用計算機進(jìn)行數據處理，便可提前預測到賭局的結果?；诖四康?，Edward與Claude Shannon在1966年研制出第一臺可穿戴計算機，該系統是一個(gè)帶有4個(gè)按鍵的香煙盒大小的模擬計算機，一個(gè)數據采集器通過(guò)按鍵來(lái)獲取并顯示輪盤(pán)賭的速度，并通過(guò)音頻信號將結果傳給賭徒，以此來(lái)指導他下賭注。盡管當時(shí)的機器功能比較簡(jiǎn)單，但它卻代表了一種新的思想和研究方向。

自從Edward O.Thop提出了“可穿戴計算技術(shù)”概念以后，許多人認識到它的重要性并相繼展開(kāi)了研究，如美國卡內基梅隆大學(xué)（CMU）和麻省理工大學(xué)（MIT）都建立了可穿戴技術(shù)研究室，并研制出各自的可穿戴計算機?？v觀(guān)各種可穿戴計算機不難發(fā)現，其共性是人機交互更為方便、可以移動(dòng)計算、體積小、重量輕、功耗小、功能強、攜帶方便，使人的雙手完全從控制計算機中解脫出來(lái)，所以它的應用也十分廣泛。在醫療上，可以借助它做外科手術(shù)；在工業(yè)中，可以幫助工程維護人員進(jìn)行檢修和維護工作；在旅游業(yè)上可以輔助導航；在軍事上可用于完成軍事偵察、指揮決策及遠程協(xié)作作戰等：在日常生活中，可以幫助人們記憶重要的事務(wù)，等等。

可穿戴計算機的主要組成部分包括：低功耗嵌入式CPU、多種多樣的便攜式外設以及其接口設備和能量高體積小的電源?；镜耐庠O主要有輸出設備和輸入設備，為了便于攜帶，用頭盔顯示器或眼鏡顯示器代替了傳統的桌面臺式顯示器作為輸出設備，用語(yǔ)音控制或較少按鍵的袖珍鍵盤(pán)代替了傳統的鍵盤(pán)作為輸入設備。另外，根據用戶(hù)不同的需求，還需配備相應的外部設備，如無(wú)線(xiàn)通訊設備、語(yǔ)音輸入輸出設備、圖像采集設備、全球定位系統（GPS）以及各種各樣的傳感器。然而，為了將這眾多的外設有機的集成在一起，必需將相應的接口電路集成在主板上，所以接口電路設計技術(shù)是可穿戴技術(shù)中關(guān)鍵技術(shù)之一，此外還包括系統集成技術(shù)、低功耗設計技術(shù)和增強現實(shí)技術(shù)等。

3 USB技術(shù)簡(jiǎn)介

USB是一種基于PC機的工業(yè)標準擴展總線(xiàn)，制定USB總線(xiàn)規范的目的在于：①易于PC機外圍設備的擴展；②提供一種高傳輸率、低成本的解決方案；③支持音頻、視頻及壓縮視頻數據的實(shí)時(shí)傳輸；④協(xié)議靈活，可實(shí)現等時(shí)數據傳輸（1sochronous Data Transfers）和異步消息傳輸（Asynchronous Messaging）的混合模式；⑤支持通用商品設備；⑥適應各種計算機的配置方式；⑦提供一種便于快速集成到產(chǎn)品中的標準的接口；⑧是一類(lèi)增強計算機功能的新的設備。

USB的主要特點(diǎn)有：①使用簡(jiǎn)單，設備安裝和配置容易。安裝USB設備不必再打開(kāi)機箱，增加新設備或卸除已安裝過(guò)的設備完全不用關(guān)閉計算機，所有USB設備支持熱插拔，系統對其進(jìn)行自動(dòng)配置，徹底拋棄了過(guò)去的跳線(xiàn)和撥碼開(kāi)關(guān)設置。②速度快，適用于帶寬范圍在1.5Mbps到12Mbps之間的各種設備（USB2.0支持高達480Mbps傳輸率），而且可支持許多設備同時(shí)操作，充分利用信道總線(xiàn)。③易于擴展，通過(guò)使用Hub擴展可駁接多選127個(gè)外設。標準USB電纜長(cháng)度為3米（5米，低速）。通過(guò)Hub或中繼器可以使外設距離達到30米。④能夠采用總線(xiàn)供電，USB總線(xiàn)提供最大達5V、500mA電流。⑤使用靈活，USB共有4種傳輸模式：控制傳輸、同步傳輸、中斷傳輸、批量傳輸，以適應不同設備的需要。⑥健壯性高。協(xié)議中包含了錯誤處理和錯誤恢復的機制，可自動(dòng)識別出錯誤設備。
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