耐克SDM Triax Elite運(yùn)動(dòng)四件套硬件設(shè)計(jì)揭秘

我經(jīng)常對(duì)拆開的每個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行分析。我發(fā)現(xiàn)有些產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)很好，而有些產(chǎn)品則易用性欠佳。本期“拆卸”的對(duì)象Nike SDM Triax Elite運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)就屬于后者，這實(shí)在令人遺憾，但我真是很喜歡這個(gè)產(chǎn)品，來(lái)聽(tīng)聽(tīng)我的理由吧。

Nike SDM Triax Elite是一款可以在走路或跑步時(shí)佩帶的四件套產(chǎn)品，包括手表、與鞋子相連的部分、綁在胸口的部分以及與PC相連的部分。鞋子和胸口部件通過(guò)無(wú)線連接向手表提供實(shí)時(shí)響應(yīng)，因此你可以判斷自己走了多遠(yuǎn)、前進(jìn)的速度以及心率等等。當(dāng)你到家時(shí)，可以通過(guò)無(wú)線方式將這些運(yùn)動(dòng)信息下載到你的PC從而對(duì)運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行記錄。

這聽(tīng)起來(lái)似乎很棒。唯一的問(wèn)題是我無(wú)法讓它正常工作。硬件似乎沒(méi)有任何缺陷，但是軟件中的用戶接口讓我無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單的操作跟蹤運(yùn)動(dòng)情況。我自認(rèn)為是一個(gè)相當(dāng)聰明的用戶，因此我認(rèn)為，如果連我都沒(méi)有耐心去了解如何讓它工作，那么大多數(shù)其他人也會(huì)感到該產(chǎn)品的易用性欠佳。

下面重點(diǎn)介紹該產(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)，從硬件的角度來(lái)看，這是一個(gè)非常優(yōu)秀的設(shè)計(jì)。該產(chǎn)品是Dynastream公司為Nike公司設(shè)計(jì)的，在同類產(chǎn)品中具有相當(dāng)高的聲譽(yù)。事實(shí)上，SDM Triax Elite是Nike/Dynastream生產(chǎn)的系列產(chǎn)品中的首款產(chǎn)品。

全套產(chǎn)品的4個(gè)部件上都有TI公司MSP430微控制器。但奇怪的是，每個(gè)部件中的430器件都不相同。這表明，設(shè)計(jì)工程師做了充分的工作，并且采用了正好適合該應(yīng)用的正確器件。

正如你從圖1中所看到的，手表包含一個(gè)MSP430F135 REV N。我認(rèn)為它的特別之處在于修改次數(shù)高達(dá)N次，但是我聽(tīng)說(shuō)這種情況并不罕見(jiàn)。對(duì)于這個(gè)MCU，大多數(shù)修改是在TI內(nèi)部進(jìn)行的，因此設(shè)計(jì)工程師可能永遠(yuǎn)不會(huì)知道詳細(xì)情況。其中只有三次修改是公布的。

據(jù)TI公司MSP430產(chǎn)品營(yíng)銷工程師Adrian Valenzuela透露，“一個(gè)器件在修改J次時(shí)發(fā)布并不罕見(jiàn)。在這些MCU上，通常出現(xiàn)問(wèn)題最多的是串行通信接口，它可能存在一定的時(shí)序偏差，或者定時(shí)器可能存在缺陷。例如，也許它遺漏了一個(gè)計(jì)數(shù)器，或者只是沒(méi)有按預(yù)期工作。在這些早期的13X和14X器件中，ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)問(wèn)題最多。這是一個(gè)較老的器件，由于有很長(zhǎng)的時(shí)間可以用來(lái)查找所有這些缺陷，因此增加了修改次數(shù)。這是整個(gè)行業(yè)的普遍現(xiàn)象，并不僅僅只是我們這樣。”

現(xiàn)在，135被認(rèn)為是430系列中最老的器件之一，但是在Nike SDM Triax Elite被設(shè)計(jì)出來(lái)時(shí)(2004年)情況并非如此。該MCU包含16B閃存、512B RAM、2個(gè)16位定時(shí)器以及一個(gè)可以配置成UART或SPI的通信接口。另外還包含一個(gè)片上比較器和一個(gè)12位ADC。

手表電路板上的另一個(gè)元器件是Microchip公司的串行EEPROM (24AA128)。這是一個(gè)通過(guò)I2C總線進(jìn)行通信的128KB器件。無(wú)線通信由工作在916.50MHz的混合收發(fā)器TX1000負(fù)責(zé)。該收發(fā)器是由RF Micro Devices (RFMD)公司設(shè)計(jì)的。

板上有一個(gè)器件我無(wú)法確定，這是因?yàn)樗灰粋€(gè)起保護(hù)作用的塑料絕緣體覆蓋了。根據(jù)推測(cè)，我相信隱藏在這個(gè)黑色“迷霧”下面的器件是一個(gè)LCD控制器，因?yàn)樵摴δ芪磧?nèi)置到這個(gè)特定的MCU中。絕緣的原因可能是為了讓信號(hào)不受收發(fā)器發(fā)射的無(wú)線信號(hào)的任何干擾。另外一種可能性是采用了一個(gè)未封裝的裸片，這在極高出貨量應(yīng)用中相當(dāng)普遍。絕緣體會(huì)保護(hù)裸片及其相關(guān)的走線。

與鞋子相連的部分明顯需要細(xì)心的設(shè)計(jì)。除了MCU和收發(fā)器這兩個(gè)重要的元器件之外，它還有一對(duì)用來(lái)測(cè)量跑步者步伐的加速計(jì)。這些器件(ADXL321)來(lái)自Analog Devices公司。兩個(gè)加速計(jì)可以形成一個(gè)三軸測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)與Dynastream的專利算法整合在一起對(duì)加速計(jì)信號(hào)進(jìn)行解釋，并用來(lái)推導(dǎo)跑步者的速度和經(jīng)過(guò)的距離。ADI聲稱可達(dá)到高達(dá)97%的精確度。

如圖2所示，鞋子連接部件中的MCU為MSP430F149 Rev. O。與前面討論的135相比，149是更高端的器件：它包含60KB閃存、2KB RAM以及更多定時(shí)器。此外，它還有兩個(gè)串行通信接口和一個(gè)乘法器。這個(gè)乘法器可能用來(lái)在數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞直碇皩?duì)其進(jìn)行某種過(guò)濾。這個(gè)數(shù)據(jù)傳輸工作由RFMD TR6000 916.50MHz收發(fā)器完成。

這個(gè)產(chǎn)品的下一代(盡管我不確定兩者之間是否有反復(fù))沒(méi)有采用加速計(jì)，它采用更低成本的混合方法來(lái)計(jì)算步數(shù)。

胸口監(jiān)視器中的MCU是430系列中最簡(jiǎn)單的430F1101，如圖3所示。它采用20引腳封裝，具有1KB閃存，沒(méi)有專用的ADC。它有一個(gè)比較器、一個(gè)16位定時(shí)器和一個(gè)斜率ADC。Valenzuela表示，“它不會(huì)提供可靠的ADC性能，因此他們將這個(gè)器件用于心跳監(jiān)視非常有趣。”

這個(gè)元器件只是將脈搏發(fā)送給手表進(jìn)行處理，因此原理非常簡(jiǎn)單。心跳監(jiān)視器上的RFMD發(fā)射器是T6000。它工作在相同的916.50MHz頻率下。

這個(gè)產(chǎn)品的最后一部分如圖4所示，它是與PC相連的部分。其核心為149的同系列產(chǎn)品MSP430F147。它們之間的唯一差別在于閃存大小，147與149的閃存大小分別為32KB和60KB。其它方面則完全相同。這個(gè)部分還包含一個(gè)RFMD TX1000收發(fā)器(與手表相同)。串口到USB轉(zhuǎn)換器是由FTDI公司生產(chǎn)的。這個(gè)IC具有一個(gè)特殊功能，可從手表獲取串行數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成PC能夠通過(guò)USB端口讀取的格式。這個(gè)特殊的FTDI器件在此類設(shè)計(jì)中非常普遍。它可以采用極少的外部元器件來(lái)處理所有必需的功能。