抗恶劣环境可穿戴计算机研究

摘要

可穿戴计算机（Wearable Computer）是一种新型的个人移动计算系统，拥有广阔的应用前景。在目前复杂设备安装、维修，物流，消防及数字化单兵系统等典型应用领域中，只有具备了宽温、抗震、防水、抗电磁干扰等基本的抗恶劣环境性能之后，可穿戴计算机才能真正实用化，并充分发挥作用。可穿戴计算机的抗恶劣环境问题与传统的加固计算机既有共性也有区别，这方面的研究对可穿戴计算机的硬件研发有实际的指导意义，对于加快可穿戴计算机产业化有实际的促进作用。可穿戴计算机抗恶劣环境研究属于硬件研究中针对某个特别属性层面的研究。 相对于其他计算机系统，可穿戴计算机的抗恶劣环境问题有其特殊性。文章从应用出发，就可穿戴计算机的抗恶劣环境问题的特殊性展开分析。可穿戴计算机拥有特殊的使用环境，不同的应用所面临的恶劣环境也不尽相同，可穿戴计算机特殊的穿戴形式会对其抗恶劣环境问题产生直接和间接的影响。文章把影响可穿戴计算机抗恶劣环境指标的因素之间的关系抽象出来，提出一个应用于特定领域的，以某一任务为中心的可穿戴计算机主机抗恶劣环境指标的描述模型。模型旨在提出一个确定某可穿戴计算机抗恶劣环境指标的方法。遵循这个方法，在国家工业环境相关标准的基础上提出针对复杂设备维修的可穿戴计算机抗恶劣环境指标，这些指标包括温度指标、机械性能指标、防尘防水指标、抗腐蚀指标和电磁兼容指标，这些指标应具有满足恶劣环境需求的必要性和技术上的可行性。 文章还进一步探讨了如何设计可穿戴计算机来满足上述抗恶劣环境要求。为可穿戴计算机量身定造的，既满足小型化又具有抗恶劣环境特性的器件较少，因此考虑采用商用现货（COTS）的基础上进行设计加固的方法来实现抗恶劣环境设计。研究各个抗恶劣环境指标对应的关键器件（瓶颈器件），通过对器件的选型和简单的改进来实现基本的加固，提出供参考的设计原则或设计改进方案。本文将设计问题分为热设计，低温设计，机械性能设计，密封设计和电磁兼容性设计五个部分来阐述。