张贵鹏　鲍小锋　王斌　宁煜　禹海斌

摘要：当今时代，移动技术快速发展，移动互联网也被普遍运用到生产生活中，传统的互联网技术也开始向移动互联网靠近。基于当下的发展形势，智能穿戴设备也不落后，正在快速成长，逐步也会成为一种热门行业。文章首先对智能穿戴设备目前的发展现在进行了简单的分析，其次对LED技术的智能穿戴设备相关技术进行研究探讨，最后对LED技术智能终端穿戴设备发展提出了具有创新性、建设性的建议。

关键词：LED光源;可穿戴设备;智能化;应用探究

项目基金：

项目名称：基于穿戴式智能终端的红外热成像测温技术研究

基金编号：050400KK52190015

0引言

基于互联网，大数据，人工智能等技术的不断发展背景下，智能可穿戴设备研发和使用也不断增长。智能可穿戴设备将会成为一个具有巨大潜力的新兴产业。目前大量的智能可穿戴设备投放市场，智能可穿戴设备受到越来越公众的认可与信赖。智能可穿戴设备市场已经跻身于世界上快速发展的高科技市场的名单中，并经常受到投资者的青睐。面对大量的智能可穿戴设备，在选择上面就已经很难抉择。目前来看，智能可穿戴设备在对品种进行分类和对未来发展趋势的审核标准上面还有不足。

1智能穿戴设备发展现状

近年来，智能设备的发展非常迅速，产品种类也越来越多，种类繁多，最大的特点是越来越接近日常生活。根据市场统计，智能可穿戴设备的销量逐年快速增长，由此可以得出结论，智能可穿戴设备在当前市场上已经占有一定的地位。从统计数据图中可以看出，计算机的出货量已经远远高于其他智能设备，占据了中心位置。作为新生事物，智能可穿戴设备显示出良好的增长态势。智能可穿戴设备还满足了公众的日常生活需求，并成为未来的研究方向之一，智能可穿戴设备肯定会有很好的发展空间。

3 LED技术的智能穿戴设备技术研究

2.1芯片技术

芯片不仅是现代计算机最重要的零件之一，同时也是智能可穿戴设备的命脉。CPU，DSP等都是智能可穿戴芯片当中的不同类别。智能可穿戴设备对芯片功耗有很高的要求，并且通常采用简单指令芯片来控制功耗。采用复杂芯片在低功耗芯片范畴中没有竞争优势。比如，芯片产业链在设计、生产和销售的过程中全部由全部由英特尔来进行主导，产品质量和规模能够得到一定的保障要归结于具有标准化的封闭商业模式，相对单一PC时代的需求使得英特尔芯片处于行业主导地位，并且在许多手机制造商中，产品的非标准化构成了英特尔智能终端在竞争领域中处于劣势。在可穿戴计算领域，产品形式将呈现多样化，对芯片的需求也将更加广泛，因此传统的英特尔标准化量产芯片战略几乎没有竞争优势^[2]。ARM不是生产自己的芯片处理器，则是通过出售自己基于ARM的设计制造公司进行低功耗设计个性化开发来赚钱，这种经营理念使得可穿戴计算ARM占据了主导地位。

2.2红外 LED光源

红外发光二极管可以简称为红外LED，它可以简单被理解由PN结来来构成，它的里面包含了P型、N型的半导体，由高效率红外辐射材料所构成。PN结不仅能够在加上正向电压时会出现导通现象，还能够在加上反向电压时出现截止的现象，这主要是由 PN结中的载流子（电子和空穴）所决定。一定条件下，PN结被加上正向电压时，PN 结中的少子和多子连续从一个空间移动到另一个空间，在移动当中会发生少子和多子的融合，融合的过程中会释放能量，其释放过程可以作为是光子的放出，这就是我们所看到的发光的现象，是电能转化光能的实现。红外发光二极管的发光波长是在 800 nm和 980 nm之间，属于短波范围。LED技术根据波长的不同可以被使用到不同的场合，比如在医疗器械、光通信、遥控器、高速公路自动读卡器系统、数码摄影、有色变焦、防盗报警器、红外防水摄像机、监控系统、视频摄像头、以及理疗针灸技术等。所以，LED技术的智能穿戴设备将具有很大的发展空间^[3]。

2.3嵌入式 Boa 服务器

嵌入式设备配置在目前的需求不是很高，外加它不用同时接受多个客户的请求，所以它不需要采用Linux系统下例如 Apache 等常用的较大服务器，选择特意为嵌入式设备而设计的小型Web 服务器就完全满足，这些小型的服务器不仅在存储空间方面还是在运行时所占内存的大小都非常满足嵌入式在各种场合的使用需求。它和大型的Web 服务器有所不同，小型嵌入式 Web 服务器普遍情况只能运行单个任务，只能按照步骤逐一完成请求任务，不能做到同时执行多个任务，但针对嵌入式设备使用场景来说基本都能满足需求。多数小型 Web 服务器中，虽然嵌入式 Boa 服务器结构框架看似简单，仅有几行代码，但是它的功能却非常强大，不仅可以运行 CGI 程序，还能够为CGI程序提供新的进程来完成请求的任务，它在满足安全的基础上还追求处理用户需求的速度。通过对市场上几种嵌入式服务器的具体参数、性能后发现，Bob 服务器要比 Apache 服务器的性能要高效一些，所有，根据所需要的的网关需求，网页访问的服务器采用嵌入式 Boa 服务器是最佳选择。

3LED技术智能终端穿戴设备创新

3.1设计方案功能分析

为了探索基于LED技术的智能可穿戴设备，首先要完成该方案的总体设计，并仔细分析该方案中的每个功能，以获得以下要求：设备上的终端节点可以收集用户的温度数据并控制红外LED; 用户可以通过计算机或客户端的移动终端无线控制设备; 用户的基本数据得到保护，能够处理相关任务;该应用程序界面简单，灵活，适合所有年龄段的人使用。

3.2蓝牙与WiFi技术支持

利用蓝牙进行通信就是把主设备和从设备同时打开访问信号，以此来形成通信网络。伴随着智能可穿戴设备市场不断的发展，蓝牙协议的4.1版改对传送的内容做出了相关的变动及提升。它最大的优势就是体积小，在移动设备和其他电子设备中都得到广泛的应用。相对应它的缺点就是通信速率低，需要通过审核机制进行网络连接，网络容量较小，功耗较高，并且与其他协议相比，协议栈繁琐并且价格较贵。所以，蓝牙尚未被广泛使用。WiFi通信就是需要在网络中组建一个接受热点来完成设备之间的无线通信。WiFi网络通信通常在方圆100米都有覆盖。也可以这样理解，WiFi通信技术能够完成高速率的网络访问服务，它不仅稳定性强，扩展性好，带宽高，也是现在应用非常普遍的短距离数据交互技术。

3.3明确整体方案设计

起初，需要快速测量温度的传感器来捕获用户的体温。传感器模块是通过将傳感器模块与终端节点组合而设计的。在这里，在控制设备上收集用户的温度和控制红外LED是信息收集和控制端的关键任务。用户的数据利用协议传送到网关中协调器，然后再进行下一步的处理。针对方案中能够解决和传输数据，需要建立一个网关。网关中的协调器可以将数据传送给一个特定处理数据的平台，通过这个平台承载Linux 系统，并启动嵌入式 Boa 服务器。除此之外，网关还有与移动设备进行无线通信、远程控制设备的作用。最终对于方案中涉及到的移动客户端能够使用无线控制智能穿戴设备，需要设计出相应的手机应用程序app和网页程序。总而言之，可以把整体的方案分成三个部分。第一部分命名为数据的采集与控制端，它是需要实现用户的数据收集与控制红外LED;第二部分命名为信息的处理与传输端，它需要实现对数据的处理加工以及传输指令^[4];第三部分命名为客户应用控制，它需要实现手机 APP 应用程序以及嵌入式网页应用的程序设计，如下图所示。

4结语

尽管LED光源在智能可穿戴设备中的使用正逐步增加，但在实际应用和推广中还是有许多为解决的问题，例如：LED光源的热量，如果没有及时散播掉，不单是影响 LED灯的性能，寿命，也对智能可穿戴设备的正常运行有一定影响，严重则会给穿戴者带来潜在的安全隐患。基于LED光源技术和智能可穿戴技术的快速发展，我们坚定它可以解决许多现有的问题，LED光源在可穿戴设备中的功能（例如显示、指示、光疗）将得到更多体现。

参考文献：

[1]黄川.基于可穿戴设备的教育应用案例分析[J].科技传播，2018，10（21）：90-91.

[2]罗琳琳，龚霞辉.智能可穿戴医疗设备及服装的特点、关键技术及应用[J].武汉纺织大学学报，2020，33（03）：40-45.

[3]孙效华，张义文，侯璐，周雯洁，张绳宸.人工智能产品与服务体系研究综述[J].包装工程，2020，41（10）：49-61.

[4]王文琦，费廷伟，王学勇，孔祥营.智能穿戴设备及其能量收集技术简述[J].军民两用技术与产品，2019（04）：59-62.