一种双系统协同工作的智能穿戴终端装置

技术领域

本发明涉及智能穿戴终端领域，特别涉及一种双系统协同工作的智能穿戴终端装置。

背景技术

传统的智能穿戴设备，从产品架构上分，一般有两类：一类是由单一的一个低功耗MCU+BLE和传感器组成，此类形同功耗非常小，成本也低，但是因为低功耗的MCU处理能力和内存资源有限，此类架构只能做一些运动健康相关的数据采集和简单的处理，不能连接网络，一些复杂的分析和统计，就不能实施完成，一些依赖与公网通信的如网络音乐等功能，也无法实现。

另一类是由通信系统作为基础平台，在此平台上扩展需要的运动健康相关的传感器组成，这一类架构能计算能力和内存资源都问题不大，但是功耗问题极大，用户续航时间非常短。以上两种架构，都各有优缺点，而本身所具有的缺点，严重的影响了用户体验。

发明内容

本发明提供一种双系统协同工作的智能穿戴终端装置，旨在解决现有穿戴设备两种模式相互矛盾的问题。

本发明提供一种双系统协同工作的智能穿戴终端装置，包括低功耗MCU系统、公网通信系统、供电系统、协调控制信号模组，所述低功耗MCU系统、公网通信系统之间通过协调控制信号模组连接，所述供电系统分别连接并供电给低功耗MCU系统和公网通信系统，通过所述协调控制信号模组控制低功耗MCU系统和公网通信系统同时工作、或低功耗MCU系统独立工作。

作为本发明的进一步改进，所述低功耗MCU系统包括低功耗MCU芯片、传感器、BLE模块、显示模块、操作模块，所述传感器、BLE模块、显示模块、操作模块均连接在低功耗MCU芯片上，所述低功耗MCU芯片与供电系统连接，所述低功耗MCU芯片通过协调控制信号模组连接公网通信系统。

作为本发明的进一步改进，所述公网通信系统包括建立网络连接的通信系统模块、音频播放模块、BT模块、射频识别模块，所述音频播放模块、BT模块、射频识别模块分别连接在通信系统模块上，所述通信系统模块与供电系统连接，所述通信系统模块通过协调控制信号模组连接低功耗MCU系统。

作为本发明的进一步改进，所述供电系统包括通信供电端，所述通信供电端包括电源控制开关U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D2、电容C1、三极管Q1，所述电源控制开关U1的A1脚、B1脚并联后连接电源VBAT端，所述电源控制开关U1的A2脚连接公网通信系统的输入端V_BATT_4G端，所述电源控制开关U1的B2脚接地，所述电源控制开关U1的C2脚连接公网通信系统的POWER_DOWN_4G接脚，所述电源控制开关U1的C1脚分别连接电阻R1、电容C1、二极管D1的负极，所述电阻R1的另一端连接USB_VBUS端，所述电容C1的另一端接地，所述二极管D1的正极连接电阻R2，所述电阻R2的另一端分别连接电阻R3、三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极分别电阻R3的另一端、接地，所述三极管Q1的集电极连接公网通信系统的POWER_ON_4G接脚。

作为本发明的进一步改进，所述供电系统包括MCU供电端，所述MCU供电端包括电源控制开关U2、电阻R4、电容C2，所述电源控制开关U2的A1脚连接电源VBAT端，所述电源控制开关U2的A2脚连接低功耗MCU系统的VBAT_MCU端，所述电源控制开关U2的B2脚接地，所述电源控制开关U2的B1脚连接低功耗MCU系统的POWR_ON_MCU接脚，所述电源控制开关U2的C2脚连接低功耗MCU系统的POWR_DOWN_MCU接脚，所述电源控制开关U2的C1脚分别连接电阻R4、电容C2，所述电阻R4的另一端连接USB_VBUS端，所述电容C2的另一端接地。

作为本发明的进一步改进，所述供电系统包括MCU开关电路，所述MCU开关电路包括电阻R7、电阻R8、二极管D2，所述MCU开关电路的POWER_KEY接脚分别连接电阻R7、电阻R8、二极管D2的负极，所述电阻R7的另一端连接电源VBAT端，所述电阻R8的另一端连接低功耗MCU系统的POWER_ON_MCU接脚，所述二极管D2的正极连接低功耗MCU系统的POWER_KEY_TO_MCU接脚。

作为本发明的进一步改进，所述供电系统还包括三极管Q2、电阻R5、电阻R6，所述低功耗MCU系统的RST_BY_MCU接脚连接电阻R5，所述电阻R5的另一端分别连接三极管Q2的基极、电阻R6，所述三极管Q2的发射极连接电阻R6的另一端、接地，所述三极管Q2的集电极连接公网通信系统的POWR_ON_4G接脚。

作为本发明的进一步改进，所述协调控制信号模组包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12，所述低功耗MCU系统的UART_TX_MCU接脚通过电阻R9串联公网通信系统的UART_RXD_4G接脚，所述低功耗MCU系统的UART_RX_MCU接脚通过电阻R10串联公网通信系统的UART_TXD_4G接脚，所述低功耗MCU系统的WAKED_BY_MCU接脚通过电阻R11串联公网通信系统的WAKE_4G接脚，所述低功耗MCU系统的WAKE_MCU接脚通过电阻R12串联公网通信系统的WAKED_BY_4G接脚。

作为本发明的进一步改进，所述低功耗MCU系统和公网通信系统均包括通信协议模块、驱动模块，所述低功耗MCU系统的通信协议模块与公网通信系统的通信协议模块建立连接，所述低功耗MCU系统的驱动模块与公网通信系统的驱动模块建立连接。

作为本发明的进一步改进，所述通信协议模块包括系统保活、数据的同步、场景的同步、APP使用UI同步的通信协议。

本发明的有益效果是：本发明通过架构里的两个系统协调工作，有效的解决了续航时间和处理能力、公网连接能力之间的矛盾问题，更大范围内满足了用户的需求。

附图说明

图1是本发明双系统协同工作智能穿戴终端装置的结构框图；

图2是本发明双系统协同工作智能穿戴终端装置的系统软件框图；

图3是本发明中供电系统的第一电路图；

图4是本发明中供电系统的第二电路图；

图5是本发明中供电系统的第三电路图；

图6是本发明中供电系统的第四电路图；

图7是本发明中供电系统的第五电路图；

图8是本发明中协调控制模组的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，本发明的双系统协同工作的智能穿戴终端装置，包括低功耗MCU系统1、公网通信系统2、供电系统3、协调控制信号模组4，低功耗MCU系统1、公网通信系统2之间通过协调控制信号模组4连接，供电系统3分别连接并供电给低功耗MCU系统1和公网通信系统2，通过协调控制信号模组4控制低功耗MCU系统1和公网通信系统2同时工作、或低功耗MCU系统1独立工作。

其中，低功耗MCU系统1包括低功耗MCU芯片、传感器、BLE模块、显示模块、操作模块，传感器、BLE模块、显示模块、操作模块均连接在低功耗MCU芯片上，低功耗MCU芯片与供电系统连接，低功耗MCU芯片通过协调控制信号模组连接公网通信系统。

公网通信系统2包括建立网络连接的通信系统模块、音频播放模块、BT模块、射频识别模块，音频播放模块、BT模块、射频识别模块分别连接在通信系统模块上，通信系统模块与供电系统连接，通信系统模块通过协调控制信号模组连接低功耗MCU系统。

为了解决功耗的问题，显示、触摸屏、按键、传感器以及BLE等功能，都挂在超低功耗MCU上；需要强的处理能力以及依赖与网络的功能，如音乐播放器、通话、网络支付、蓝牙耳机、大容量存储器等相关的电路，挂在公网通信系统上；电源管理模块，即供电系统3则要解决系统开关机、充放电、复位、各个模块的供电以及功耗优化的问题。

对于双系统协调工作的电路逻辑问题，通过供电系统3和协调控制信号模组4的电路来解决。如图3和图4所示，具体的供电系统3包括通信供电端，通信供电端包括电源控制开关U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D2、电容C1、三极管Q1，电源控制开关U1的A1脚、B1脚并联后连接电源VBAT端，电源控制开关U1的A2脚连接公网通信系统2的输入端V_BATT_4G端，电源控制开关U1的B2脚接地，电源控制开关U1的C2脚连接公网通信系统2的POWER_DOWN_4G接脚，电源控制开关U1的C1脚分别连接电阻R1、电容C1、二极管D1的负极，电阻R1的另一端连接USB_VBUS端，电容C1的另一端接地，二极管D1的正极连接电阻R2，电阻R2的另一端分别连接电阻R3、三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极分别电阻R3的另一端、接地，三极管Q1的集电极连接公网通信系统2的POWER_ON_4G接脚。供电系统3通过控制通信供电端中POWER_ON_4G接脚和POWER_DOWN_4G接脚的输出，从而来控制公网通信系统2进入启动、休眠或关闭状态。

如图5所示，供电系统3包括MCU供电端，MCU供电端包括电源控制开关U2、电阻R4、电容C2，电源控制开关U2的A1脚连接电源VBAT端，电源控制开关U2的A2脚连接低功耗MCU系统1的VBAT_MCU端，电源控制开关U2的B2脚接地，电源控制开关U2的B1脚连接低功耗MCU系统1的POWR_ON_MCU接脚，电源控制开关U2的C2脚连接低功耗MCU系统1的POWR_DOWN_MCU接脚，电源控制开关U2的C1脚分别连接电阻R4、电容C2，电阻R4的另一端连接USB_VBUS端，电容C2的另一端接地。供电系统3通过控制MCU供电端中POWER_ON_MCU接脚和POWER_DOWN_MCU接脚的输出，从而来控制低功耗MCU系统1进入启动、休眠或关闭状态。

如图7所示，供电系统3还包括MCU开关电路，MCU开关电路包括电阻R7、电阻R8、二极管D2，MCU开关电路的POWER_KEY接脚分别连接电阻R7、电阻R8、二极管D2的负极，电阻R7的另一端连接电源VBAT端，所述电阻R8的另一端连接低功耗MCU系统1的POWER_ON_MCU接脚，二极管D2的正极连接低功耗MCU系统1的POWER_KEY_TO_MCU接脚。通过控制MCU开关电路的开闭来控制对低功耗MCU系统1的供电和断电。

如图6所示，供电系统3还包括三极管Q2、电阻R5、电阻R6，低功耗MCU系统1的RST_BY_MCU接脚连接电阻R5，电阻R5的另一端分别连接三极管Q2的基极、电阻R6，三极管Q2的发射极连接电阻R6的另一端、接地，三极管Q2的集电极连接公网通信系统2的POWR_ON_4G接脚。该电路分别连接低功耗MCU系统1和公网通信系统2的电源复位端，在公网通信系统2工作异常的时候，低功耗MCU系统1能复位公网通信系统2。

协调控制信号模组4的具体电路如图8所示，包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12，低功耗MCU系统1的UART_TX_MCU接脚通过电阻R9串联公网通信系统的UART_RXD_4G接脚，低功耗MCU系统的UART_RX_MCU接脚通过电阻R10串联公网通信系统的UART_TXD_4G接脚，低功耗MCU系统1的WAKED_BY_MCU接脚通过电阻R11串联公网通信系统2的WAKE_4G接脚，低功耗MCU系统1的WAKE_MCU接脚通过电阻R12串联公网通信系统2的WAKED_BY_4G接脚。协调控制信号模组4通过协调低功耗MCU系统1和公网通信系统2的唤醒接脚，从而来唤醒低功耗MCU系统1或公网通信系统2进行工作，进而来实现低功耗MCU系统1独立工作、公网通信系统2独立工作、低功耗MCU系统1和公网通信系统2工作三种模式之间的切换。

低功耗MCU系统1和公网通信系统2均包括通信协议模块、驱动模块，低功耗MCU系统1的通信协议模块与公网通信系统2的通信协议模块建立连接，低功耗MCU系统1的驱动模块与公网通信系统2的驱动模块建立连接。

根据策略制定双系统的通信协议，通信协议模块包括了系统保活、数据的同步、场景的同步、APP使用UI的同步等通信协议。根据通信协议，优化两个主要处理系统的操作系统，在已有的操作系统里加入相关通信协议模块(Protolol)和驱动模块(Device driver)；再根据两个系统上各自实现的功能，优化相关的MMI架构，主要是把不需要的部分如公网通信模块上的大量UI都删去，加上需要双系统协调工作的接口等。

在软件上，制定双系统协调工作的策略，设定省电模式、全功能模式两种工作模式，系统可以工作在用户设定的模式，也可以根据用户的使用场景，自动切换工作模式，如当用户在日常场景下，系统工作在省电模式，当用户在专项运动模式下，系统切到全功能模式；省电模式下，只有低功耗MCU系统1工作，全功能模式下，低功耗MCU系统1和公网通信系统2同时工作。

由于超低功耗MCU的处理能力已经内存空间非常有限，还得对此系统所采用的操作系统，进行深度的优化，以满足人性化的MMI、UI的需求；在整体架构实现后，从电路和软件上优化系统工作策略，以使功耗达到最优。

此装置的系统架构由低功耗MCU系统1+公网通信系统2组成的双系统协同工作，加上各类传感器、电源管理系统以及双系统协同工作的协议软件，此架构完美的解决了目前流行的两类结构存在的问题。本架构中，根据用户的工作场景，两个系统可以是：1、低功耗MCU系统1独立工作，公网通信系统2关机；2、低功耗MCU系统1和公网通信系统2同时工作；3、低功耗MCU系统1工作，公网通信系统2睡眠。第1种工作模式，满足用户基础的运动健康需求，可以长续航；第2种工作模式，两个处理系统各自独立工作，系统处于最大处理能力模式，同时满足基础的运动健康功能外，还能通网络连接功能，实现大量依赖云端的应用，此种模式功耗最大；第3种工作模式，提供的应用和功耗介于1、2两种模式之间。这三种工作模式用户可以设置成自动切换，也可以设置成手动设置。

本装置通过供电系统3、协调控制信号模组4的电路结构，解决了电源管理及双系统协调工作电路逻辑的问题；通过低功耗MCU系统1+公网通信系统2组成的双系统协同工作，解决了传感器数据采集、PCB布局和结构上整机多天线共存的问题；通过在低功耗MCU系统1和公网通信系统2增加必要的软件模块、删减不必要的软件模块以及优化某些功能的解决了软件上超低功耗MCU上所跑的RTOS的优化问题，解决了软件上双系统协调工作的策略和实现协议问题，超低功耗MCU上实现人性化的MMI、UI和有限资源之间的矛盾问题；而且针对自操作系统层面针各种应用的改造解决了功耗优化的问题。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。