第三章 研究方法
第四節 系統元件
才能與裝置內各項硬體進行溝通。因為本研究所使用的穿戴裝置沒有GPS晶片，
所以另外使用ASUS PadFone 2手機的GPS晶片進行抓取運動軌跡紀錄，利用穿 戴裝置內的藍芽與手機端藍芽進行連結，模擬兩個裝置是一體的。本研究穿戴裝
置是採用 Freescale 所提供的穿戴裝置進行開發。穿戴裝置所抓取到的運動相關
資料會進行運算，將運算後的資料回傳至雲端伺服器中的遠距健康照護管理系統 資料庫進行儲存，所以必須使用 Windows 作業系統的桌上型電腦做為建置雲端 伺服器中的遠距健康照護管理系統，主要用來呈現及接收穿戴裝置所發送過來的 運動相關資料。
圖10 前端與後端系統
前端系統
配戴者端
後端管理員端
雲端伺服器 後端系統
一、前端系統(Freescale 穿戴裝置(MMA955xL)、ASUS PadFone2 GPS)介紹如 下：
(一)Freescale穿戴裝置
本研究所使用的穿戴裝置採用Freescale公司的Kinetis KL26系列如圖11，
此系列設計時充分考慮效率。兼容所有其他的Kinetis L系列和Kinetis產品K2x
系列。帶USB 2.0的通用微處理器(MCU)，具有市場領先的超低功耗特性，為開
發人員提供合適的入門級32位解決方案。該產品具有特性如下圖12：
1. 在極低功耗運行模式下，運行功耗低至40μA/ MHz。
2. 靜態功耗低至2μA，並具有全狀態保留和4.5微秒喚醒能力。
3. 超高效能Cortex-M0 +處理器，運行頻率高達48 MHz，具有業界領先的吞吐
速率。
4. 存儲器選項為最高128 KB Flash和16 KB RAM。
5. 節能架構針對低功耗優化，採用 90nm TFS 技術，時鐘和電源選通技術以及 零等待狀態Flash儲存控制器。
圖11 Freescale穿戴裝置
下圖13為Kinetis KL26系列主機板的整體硬體方塊圖，將進行該系列的介 紹及分析。Kinetis KL26 系列電路如圖 14 所設計使用的核心晶片組為 M0+
MKL26Z128VFT4如圖15，Kinetis KL26系列在運動步數、消耗卡路里及運動距
離的數據收集上，則採用MMA955xL IC如圖16。MMA955xL IC裡的三軸加速 器會去偵測運動步數、消耗卡路里及步行距離，三軸加速器將偵測到的運動數據
透過MMA955xL IC進行數據運算，運算過後的運動數據會傳到核心晶片組M0+
MKL26Z128VFT4進行資料的儲存。核心晶片組M0+ MKL26Z128VFT4會將儲
存的運動資料透過裝置內的3G網路將運動資料回傳至雲端伺服器中的遠距健康 照護管理系統資料庫進行儲存，以提供後端管理員行運動資料的讀取與查詢。
圖12 Freescale Kinetis KL2X系列設計方塊圖
圖14 Freescale Kinetis KL26系列電路圖
圖13 Kinetis KL26系列整體硬體方塊圖
(二)MMA955xL
接下來進行MMA955xL IC
的
介紹及分析，下圖17為MMA955xL IC硬體 方塊圖，MMA955xL是Freescale首款智慧、高精準度的運動感應控制器，它可 管理多個穿感器輸入，做出系統級決策，輕鬆實現如手勢識別、計步器功能和電 子羅盤傾角補償等新應用。它的高度可配置性和可定製化傳感器決策引擎可以對 感應訊息進行複雜計算，從而做出大量的系統級感應決策。Freescale 將32位元V1 ColdFire處理器嵌入到 MMA955xL Sensor裡，使MMA955xL獲得先進的處
圖15 核心晶片組M0+ MKL26Z128VFT4
圖16 Sensor IC MMA955xL
器可將唯一的從端口配置為 I2C或SPI，從而實現來自系統應用處理器的校準、
補償和傳感器功能。MMA955xL可使用CodeWarrior Development Studio 6.3軟體 進行編譯和配置，可以讓開發者快速、便捷地創造新一代應用。下圖 18 為
MMA955xL裡的三軸加速器，下圖19說明此三軸加速器有六種不同的傳感方向
模式：縱向向上/向下、水平向左/向右和前/後。我們實際去測試 MMA955xL IC 裡的三軸加速器X(橫向)、Y(前後)、Z(垂直)軸在步行時的連續變化如圖20所示，
在使用第二章文獻探討第二節提到的演算法套用進去，只要利用三軸加速器的原 理，就能得到運動步數、消耗卡路里及步行距離。
圖17 MMA955xL IC方塊圖
圖18 MMA955xL IC三軸加速器
圖19 六種不同傳感方向模式
(三)ASUS PadFone2 GPS(手機)
因為本研究會記錄運動的軌跡，必須使用GPS晶片進行軌跡的抓取，但是 本研究所使用的穿戴裝置沒有GPS晶片，所以必須使用其它有GPS裝置的設備 進行整合，因此使用圖21所示的ASUS PadFone2手機裡的下圖22 GPS晶片。
我們會利用穿戴裝置的藍芽與手機端的藍芽進行連結，來模擬兩個裝置是一體的。
有了外接 GPS 裝置，就能記錄配戴者每天所運動的軌跡，會將運動的軌跡回傳 至雲端伺服器中的遠距健康照護管理系統資料庫進行儲存。
圖20 三軸加速器步行的連續變化
圖21 ASUS PadFone2 圖22 GPS晶片
二、後端系統(ASUS 桌上型電腦)介紹如下：
穿戴裝置所抓取到的運動資料會進行運算，將運算後的資料回傳至後端系統
(雲端伺服器中的遠距健康照護管理系統)進行儲存，所以必須使用如圖 23 的
Windows 作業系統的桌上型電腦做為建置後端系統的開發(雲端伺服器中的遠距
健康照護管理系統)，主要用來接收穿戴裝置所發送過來的運動資料，以提供後 端管理人員連線至後端系統進行讀取與查詢，判斷是否有達到專家所建議的運動 量。關於前端與後端系統開發所使用的軟體套件與環境會在下一節的系統開發進 行說明。
圖23 ASUS 桌上型電腦