CN101477636B - 一种臂式可穿戴计算机终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明可佩戴于用户手臂、手腕部位工作。它由主板、显示屏、触摸屏、键盘、音频输入设备，音频输出设备、视频输入设备、电源、外置存储卡、以太网络接口卡、无线网络接口卡、蓝牙收发模块、条形码扫描器、感应卡读写卡器、无线传感网络节点、加速度传感器构成。该系统集成了ARM系列微处理器硬件平台、Linux操作系统。它通过条形码扫描器或感应卡读写卡器读取货物标签数据并存储，再将数据通过有线或无线网络传送到后台数据库，或者通过蓝牙模块、无线传感器网络节点与其它无线终端进行短距离数据交换。该系统可广泛应用于物流仓储、商业零售、医疗保健、移动操表等作业场合。

Description

一种臂式可穿戴计算机终端设备

技术领域

本发明属于嵌入式计算机系统领域。具体涉及一种可臂式穿戴的高性能、低功耗的嵌入式计算机终端设备。

背景技术

近年来，随着微电子技术、计算机技术及其他相关技术日益成熟和广泛应用，可穿戴计算机作为计算机领域中新的发展方向出现在人们的视野中。可穿戴计算机是一种具有全新概念的、微型的、可穿戴的移动计算机系统，实现了一种“以人为本”的人机交互方式，人能够以一种更自然、更方便的方式携带和使用计算机。可穿戴计算机已经成功应用于在工业、军事、航天航空等领域，在医疗、物流仓储等领域也有着广泛的应用前景。

目前，物流已经成为企业在市场中获取和保持竞争优势的有力手段，对经济发展和人们生活产生着重大的影响。物流的基本功能活动有仓储、保管、包装、装卸、配送、信息管理等，其中仓储是物流系统中重要组成部分，现代物流的仓储功能已发展到具有担负物资的接收、分类、包装、分拣、配送、存储、盘点等多种功能。因此最大程度上挖掘仓储管理的工作效率，可以提高物流的整体效率，进而提高企业的市场竞争力。

然而保证和提高工作效率的关键是工作人员能够方便快捷且安全地执行现场作业任务。在信息技术普遍存在的现代物流仓储作业现场，工作人员一般使用手持式数据终端进行货物信息的采集处理，进行仓库中的各种功能活动。在现场作业中，一些任务，如装货、捡货、小型货物的搬运、大型包裹的拆分及清点整理货物等，除了需要实时的信息采集处理以外，还需要工作人员的身体力行；同时为了保证工作的安全性，还需要集中操作者的注意力。一般国内外手持终端设备在使用中存在着以下不足：

(1)手持式操作占用双手及大部分注意力，工作人员无法腾出双手执行其它的任务，必须将全部注意力集中到终端操作。

(2)系统设计多采用标准X86架构，运行Windows系列操作系统平台。这种结构的最大缺点是结构复杂，部件多；体积大，不利携带；功耗高，电池续航时间短；成本贵，不利推广；启动速度慢，影响作业时效；稳定性不强，在实际的物流等室外作业现场容易蓝屏、死机。

(3)工作方式具有间歇性特点。工作人员执行其它手动任务，必须将终端搁置，甚至完全关闭计算机系统，完成任务后需要重新启动。

(4)与用户交互方式单一，不利于复杂的作业现场。

(5)数据采集方式单一、无线通信功能薄弱。

这些问题的存在会影响甚至减弱工作人员的现场作业能力，降低工作效率，因此市场亟需寻求新的解决方案。

发明内容

为了克服上述普通手持式数据终端设备的不足，本发明提出了一种新型的臂式可穿戴计算机终端设备。

本发明由主板、显示屏、触摸屏、键盘、音频输入输出设备、视频输入设备、电源、外置存储卡、以太网络接口卡、无线网络接口卡、蓝牙收发模块、条形码扫描器、感应卡读写卡器、无线传感网络节点、加速度传感器构成。所述的显示屏、触摸屏、键盘、音频输入输出设备、视频输入设备、电源、外置存储卡、以太网络接口卡、无线网络接口卡、蓝牙收发模块、条形码扫描器、感应卡读写卡器、无线传感网络节点、加速度传感器分别与主板相连接。

本发明的主板由ARM系列微处理器、时钟产生及复位电路、电源转换电路、FLASH存储器(闪速存储器)、SDRAM存储器(同步动态数据存储器)、触摸屏接口电路、显示屏及键盘接口电路、音频编解码电路、视频输入接口电路、外置存储卡接口电路、以太网接口电路、无线网卡接口电路、USB(通用串行总线)集线器扩展电路、RS232(一种通用串行接口标准)串口转换电路、蓝牙收发模块接口电路、条形码扫描器接口电路、感应卡读写卡器接口电路、无线传感器网络节点接口电路、加速度传感器接口电路构成。所述的时钟产生及复位电路、电源转换电路、FLASH存储器(闪速存储器)、SDRAM存储器(同步动态数据存储器)、触摸屏接口电路、显示屏及键盘接口电路、音频编解码电路、外置存储卡接口电路、以太网接口电路、无线网卡接口电路、USB(通用串行总线)集线器扩展电路、RS232(一种通用串行接口标准)串口转换电路、蓝牙收发模块接口电路、条形码扫描器接口电路、感应卡读写卡器接口电路、无线传感器网络节点接口电路、加速度传感器接口电路分别与ARM系列微处理器相连接。

本发明具有高性能、低功耗、体积小、稳定性好等优点，可以方便的穿戴在用户单手手臂、手腕部位持续工作，这种操作方式的最大好处是解放双手，不干扰用户其它的手工作业。通过条形码扫描器或感应卡读写卡器读取货物标签数据并存储，再将采集到的数据通过有线以太网或无线网络传送到后台数据库，或者通过蓝牙模块、无线传感器网络节点与现场其它的无线终端进行短距离数据交换。集成的音频输入输出模块可进行VoIP(网络电话)交流、视频输入模块能采集现场图像并通过网络回传。

本发明的人机交互方式多样化。用户可以通过矩阵键盘、触摸屏，操作系统菜单、修改采集到的数据；此外，集成的加速度传感器模块实时探测用户手臂在使用设备时的动作方向，应用程序利用这些信息动态调节显示屏GUI(图形用户界面)中的菜单形状、位置，以方便用户操作。

本发明使用了ARM系列微处理器，相比传统X86系列架构，功耗大大降低，极大延长电池续航时间。此外，当加速度传感器模块探测到用户手臂垂直摆放时，将自动进入待机节能状态。

本发明的操作系统采用了基于ARM移植的嵌入式Linux操作系统，具有免费、开源、内核高效稳定、可移植性强、易裁剪等优点。它与应用程序一起被固化在主板FLASH存储器中，启动速度快，不怕异常掉电。

本发明可以广泛应用于物流仓储、商业零售、医疗保健、移动操表等作业场合。

附图说明

图1是本发明所述一种臂式可穿戴计算机终端设备的整体结构示意图。

图2是本发明所述一种臂式可穿戴计算机终端设备的主板结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细说明。

如附图1所示，本发明由主板U16、显示屏U1、触摸屏U2、键盘U3、音频输入设备U11，音频输出设备U10、视频输入设备U9、电源U15、外置存储卡U14、以太网络接口卡U13、无线网络接口卡U12、蓝牙收发模块U4、条形码扫描器U5、感应卡读写卡器U6、无线传感网络节点U7、加速度传感器U8构成。

如附图2所示，本发明的主板U16由ARM系列微处理器M18、时钟产生及复位电路M17、电源转换电路M16、FLASH存储器M10、SDRAM存储器M9、触摸屏接口电路M1、显示屏接口电路M2、键盘接口电路M19、音频编解码电路M3、视频输入接口电路M20、外置存储卡接口电路M15、以太网接口电路M14、无线网卡接口电路M13、USB集线器扩展电路M12、RS232串口转换电路M11、蓝牙收发模块接口电路M4、条形码扫描器接口电路M5、感应卡读写卡器接口电路M6、无线传感器网络节点接口电路M7、加速度传感器接口电路M8构成。

本发明的主板上的ARM系列微处理器M18是整个系统的核心，所有的信息处理和计算工作都由其完成，它是基于ARM架构的系列嵌入式微处理器，可以ARM9系列、ARM9E系列、ARM10E系列、StrongARM系列和XScale系列；电源转换电路M16为系统提供了稳定、精确的工作电源；时钟产生及复位电路M17为系统提供精准时钟参考源和上电、手动复位功能；FLASH存储器M10用来存储嵌入式Linux操作系统及应用程序；SDRAM存储器M9是系统运行的内存；外置存储卡U14可以是优盘、CF卡(标准闪存卡)、SD卡(安全数字卡)、micro-SD卡(微型安全数字卡)、SDHC卡(高容量SD存储卡)、记忆棒、多合一卡，它通过外置存储卡接口电路M15与微处理器M18相连接，为系统提供外置的存储空间；显示屏U1可以是LCD(液晶显示器)、OLED(有机发光体显示器)，它通过显示屏接口电路M2与微处理器M18相连接，用于显示系统的图形操作界面和提示信息，包括图像、文字等；触摸屏U2通过M1触摸屏接口电路与微处理器M18连接，方便用户手指操作图形界面菜单；键盘U3是用户输入文字、数字等信息的部件，可以采用矩阵键盘，直接连接到主板的键盘接口电路M19，按键个数可以从4个到40个；以太网络接口卡U13可以将系统连接到有线以太网络；音频输入设备U11、输出设备U10可以是一般微型麦克风和扬声器，音频编解码电路M3包括音频编解码芯片、音频功率放大电路；视频输入设备U9是摄像头，通过视频输入接口电路M20与微处理器M18连接，可以实时采集现场图像；本发明支持的外设数量多，因此设计了USB集线器扩展电路M12以扩展多个USB接口方便外设与主板的连接；设计了RS232串口转换电路实现了全功能RS232串口；蓝牙收发模块U4通过M4蓝牙收发模块接口电路与微处理器M18连接，系统通过它与其它蓝牙终端进行短距离数据传输；条形码扫描器U5可以读取货物条形码数据；感应卡读写卡器U6可以是RFID(射频识别)读写卡器，通过感应卡读写卡器接口电路M6与微处理器M18连接，可以读取或修改货物RFID电子标签内容；无线传感器网络节点U7基于ZigBee协议栈(一种新兴的短距离、低速率、低功耗的无线网络数据通信技术)实现，通过接口电路M7与微处理器M18连接，可以与现场其它无线传感器网络节点自组网进行数据通信；加速度传感器U8能够实时探测用户手臂在使用设备时的动作方向，应用程序利用这些信息动态调节显示屏GUI的菜单形状、位置，同时，当探测到用户手臂垂直摆放到胳膊两侧，系统将自动进入待机节能状态。如上所述的键盘接口电路M19、无线网卡接口电路M13、视频输入接口电路M20、蓝牙收发模块接口电路M4、条形码扫描器接口电路M4、感应卡读写卡器接口电路M6、无线传感器网络节点接口电路M7、加速度传感器接口电路M8可以是专用接口、也可以是USB接口并连接到USB集线器扩展电路M12。

本发明不限于上述实施例，对于本领域技术人员来说，对本发明的上述实施例所做出的任何显而易见的改进或变更都不会超出仅以举例方式示出的本发明的实施例和所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种臂式可穿戴计算机终端设备，其特征在于，包括：主板U16、显示屏U1、触摸屏U2、键盘U3、音频输入设备U11，音频输出设备U10、视频输入设备U9、电源U15、外置存储卡U14、以太网络接口卡U13、无线网络接口卡U12、蓝牙收发模块U4、条形码扫描器U5、感应卡读写卡器U6、无线传感网络节点U7；其中，所述的显示屏U1、触摸屏U2、键盘U3、音频输入设备U11，音频输出设备U10、视频输入设备U9、电源U15、外置存储卡U14、以太网络接口卡U13、无线网络接口卡U12、蓝牙收发模块U4、条形码扫描器U5、感应卡读写卡器U6、无线传感网络节点U7、加速度传感器U8分别与主板U16相连接；其特征在于：

该臂式可穿戴计算机终端设备还包括与主板U16连接的加速度传感器U8，所述的加速度传感器U8实时探测用户手臂在使用设备时的动作方向，显示屏GUI的菜单形状、位置随之改变；所述的加速度传感器U8当探测到用户手臂垂直摆放时，系统将自动进入待机节能状态；

所述条形码扫描器U5或感应卡读写卡器U6读取货物标签数据并存储，再将采集到的数据通过有线或无线网络传输到后台服务器，或通过传感器网络与现场其它无线终端进行短距离数据交换；

所述音频输入设备U11和音频输出设备U10，用于实现VoIP交流；所述视频输入设备U9用于实现采集现场图像并通过网络回传。

2.如权利要求1所述的一种臂式可穿戴计算机终端设备，其特征在于：

所述的主板U16由ARM系列微处理器M18、时钟产生及复位电路M17、电源转换电路M16、FLASH存储器M10、SDRAM存储器M9、触摸屏接口电路M1、显示屏接口电路M2、键盘接口电路M19、音频编解码电路M3、视频输入接口电路M20、外置存储卡接口电路M15、以太网接口电路M14、无线网卡接口电路M13、USB集线器扩展电路M12、RS232串口转换电路M11、蓝牙收发模块接口电路M4、条形码扫描器接口电路M5、感应卡读写卡器接口电路M6、无线传感器网络节点接口电路M7、加速度传感器接口电路M8构成。

3.如权利要求1所述的一种臂式可穿戴计算机终端设备，其特征在于：

本设备可以佩戴于用户单手手臂、手腕部位工作。

4.如权利要求2所述的一种臂式可穿戴计算机终端设备，其特征在于：

所述的FLASH存储器M10中固化有基于ARM移植的嵌入式Linux操作系统软件和应用程序。

5.如权利要求2所述的一种臂式可穿戴计算机终端设备，其特征在于：

所述的ARM系列微处理器M18可以是ARM9系列、ARM9E系列、ARM10E系列、StrongARM系列和XScale系列微处理器。

6.如权利要求1所述的一种臂式可穿戴计算机终端设备，其特征在于：

包括触摸屏U2以方便用户手指操作图形界面菜单，所述的显示屏U1用于显示系统的图形操作界面和提示信息，它可以是LCD(液晶显示器)、OLED(有机发光体显示器)。

7.如权利要求1所述的一种臂式可穿戴计算机终端设备，其特征在于：

所述的感应卡读写卡器U6可以是RFID(射频识别)读写卡器。

8.如权利要求1所述的一种臂式可穿戴计算机终端设备，其特征在于：

所述的无线传感器网络节点U7基于ZigBee协议栈实现。