从智能手表到共享单车:揭秘穿戴设备的微型化技术与设计奥秘

雨飞工作室 2025-11-14 09:37

一、FPC软板不仅可以作为连接器使用,还能应用于可穿戴设备,消费电子产品、医疗设备、工控设备以及智能家居产品中。

 

二、拆解智能手表,理解穿戴设备做小的诀窍

从智能手表到共享单车:揭秘穿戴设备的微型化技术与设计奥秘图1

翻过去看看手表背面,是中兴的ES43C。参数:1.3英寸的触摸屏、IP68防水防尘、续航21天、磁吸充电、全天候心率检测、睡眠检测、实时消息提醒、蓝牙通信有效距离9米。

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背部有心率检测传感器和磁吸充电触点。侧面有一个按键,和表盘外壳的颜色一样。

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智能手表的装配方式和大多数手机一样,屏幕总成通过胶粘在中框上。所以拆解的方式就是用热风枪对屏幕边缘进行加热,然后用吸盘把屏幕吸走就可以了。但是这里要注意,屏幕的软排线是连接到主板上的,所以吸的时候动作要轻柔,用力过猛了大抵会把排线扯断的。

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拔掉屏幕排线连接器,可以看到锂电池包和主板排布在壳体内,主板尺寸比电池包还小一些。

主板这个面只有一个IC:来自Nordic的NRF52832-QFAA,这是一颗Cortex-M4内核的32bit MCU,主频64MHz,支持蓝牙BLE。在很多穿戴设备里都可以看到NRF52xxx的芯片,主要就是因为它集成蓝牙功能,且功耗较低,最低功耗1.9uA。

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仔细看,这里有一个DFN4封装,尺寸仅1mmx1mm的LDO,这种LDO在穿戴设备里比较常见。DFN4封装的LDO,封装采用异形焊盘。

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去掉电池,能看得到手表侧面的按键,里面是一个FPC子板,嵌入在中框上的槽里,这个FPC子板在按键处做了钢片补强。

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拆下里之后,就可以看到细节,PFC软板一端焊接在主板上,另一端是锅仔片按键,锅仔片背面是做了钢片补强的。

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这个智能手表里除了屏幕,就是这些部件了:主板、按键FPC、电池、震动马达、还有一个心率传感器FPC软板。

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这个FPC软板采用了黑色覆膜,在传感器贴装处也做了钢片补强。左上角和右下角留有螺丝孔,用来固定在后壳上。在心率传感器周围留了测试焊盘,用来在贴装完检测焊接是否良好。

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板子背面的器件也不多,蓝色框中的XT25F328是芯天下的Flash芯片,在这里用来存储字库、LCD屏幕素材等其他数据。红色框中的这个丝印8602的芯片,封装是DFN8-2x2mm,猜测可能是电机驱动或者音频功放之类的器件,功能主要就是驱动震动马达;之前在游戏手柄里也见到过使用音频功放驱动震动马达的案例,好处是震感可以灵活控制,相当于模拟震动而非数字震动的效果。黄色框中的这个器件,尺寸也是2x2mm,但是芯片厚度比较厚,因为这个是一个三轴MEMS加速度传感器。用来实现姿态检测、计步,也可能会配合心率检测传感器来检测睡眠等等。

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屏幕也是通过FPC软排线连接到主板上的,FPC排线上有个芯片。

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换个角度看看芯片型号是CST816S,这是一颗自电容触控芯片,采用高速MCU内核并内嵌DSP电路,结合自身的快速自电容感应技术,来实现手表的单点手势和两点手势触控。

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这个外壳:边框这一圈是铝合金材质,但是后壳是注塑的。在注塑的后壳上,安装了充电弹性触点、磁铁,另外还生长了安装主板的螺丝位。

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侧面这个按钮,内部通过e型卡簧固定。

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智能手表的全部零配件

通过这次手表拆解来看,在一些尺寸限制的应用中,想要把板子做小,有很多措施可以采用:

1.采用集成度较高的IC,比如NRF52832。

2.采用小封装的芯片,这个手表中的LDO、震动马达驱动芯片、陀螺仪封装都是比较小的。

3.使用FPC板。FPC的优点就是可以把板子做得很薄,例如这个手表中屏幕排线。而且由于可软可硬,所以在一些结构或者外壳比较复杂的产品里,通过FPC来进行一些板子之间的信号互联是非常方便的,在这个手表中,表侧的按键通过FPC软板可以方便的连接到主板上,而且软板排布在表壳和电路板的缝隙中即可。

 

三、共享单车的通信原理

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1.智能车锁:共享单车最核心的硬件是智能车锁,主要用于实现控制和定位功能。车锁内集成了嵌入式芯片(通信模块),GPS模块和物联网SIM卡。智能锁制造商通过在锁内集成带有独立号码的SIM卡,通过2G、3G、4G网络,与云端保持通信能力,及时将车辆所在位置(GPS信息)和车辆当前状态(锁定状态或使用状态)报送云端。
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2.芯片供电:单车的通信模块需要供电才能工作。单车上面有个线圈装置,转动脚踏的同时也在转动线圈做切割磁感线运动,单车就是靠蹬踏板同时通过发电装置给电池充电。

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3.扫码解锁:每辆单车都有独一无二的二维码标签,手机打开APP扫码,通过蓝牙跟单车连接,获取到每辆单车二维码信息后,会通过手机网络发送到云端的后台管理系统。云端系统将解锁指令发给单车的通信模块,收到指令后,车锁的中心控制单元便会打开机电锁车装置。
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4.支付系统:云平台管理端通过开锁、锁车时间,计算单车使用时长,匹配对应的扣费金额,跟手机上的微信或者支付宝的后台管理系统进行连接,完成扣费。
 
5.蓝牙模块:SIM卡和云端后台通信的共享单车,需要网络运营商提供服务,如果单车在比较偏远的郊区信号不好,单车智能锁芯片接收不到云端后台的开锁指令,就会导致开锁失败。这时就需要使用蓝牙通信,云端服务器通过手机APP扫描二维码获取到了单车信息,服务器会将单车的开锁密钥发送到手机上,手机通过蓝牙将密钥配对给单车的电子锁上,当密钥匹配成功芯片即启动开锁程序。由于蓝牙无须依赖网络系统,而且蓝牙近距离传输上具有精确率、速度快等特点,故而开锁成功率会比网络开锁要快。
 
6.GPS定位
1)美团单车APP实时获取的是手机位置,地图上呈现的是手机的运行轨迹。手机一定要在停车P点,单车在任意位置,都可以远距离锁车;如果手机不在停车P点,无论车在不在P点,都锁不了车;可能在城市高楼区域,有些芯片平台会存在GPS定位不精确问题,现象是手机在停车P点,但实际手机上报的位置不在停车P点,导致美团APP认为手机不在电子围栏区域,提示违停扣费。
2)青桔单车APP获取车的位置进行定位。扫码开锁时,人远离车的距离超过十几米,点击APP上确认开锁按钮能打开车子,甚至输入编号开锁都能打开;关锁时,同样人远离车超过十几米,车旁边的人关锁,另一端APP同时显示行程结束。
 
7.物联网技术
共享单车中的物联网技术主要分为三种:2G通信模组、蓝牙、NB-IOT。NB-IOT的优势是覆盖更广、连接更多设备、功耗更低,成为共享单车发展的主流。
 
四、嘉立创“萤火虫计划”分享了一款用FPC制作的可穿戴智能手表,能够折叠戴在手腕上,简直太酷啦!
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主控:CH583M,60MHz主频,512K flash,32K ram,带蓝牙5.0 BLE

屏幕:OLED 12864,4线SPI接口

陀螺仪:ICM20608,SPI&IIC

独立按键:2个

ADC:NTC测温,电池电压测量

开发环境:MounRiver Stdio

表带通过焊盘从背面焊接到表盘,铺铜挖空保证了蓝牙信号的传输质量。两个独立按键可以用于下载、复位或者用户输入。

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