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可穿戴设备中的传感器应用需求及趋势

作者:迎九 金旺时间:2017-05-26来源:电子产品世界收藏
编者按:本文就当下发展火热的可穿戴设备,邀请业内专业人士对其中的传感器的技术发展和应用趋势进行了解答。

  实时工作应用通常采用两层式设计架构来减小功耗。第一层通常是使用实时工作的处理单元在第二层架构中功耗惊人的应用处理器处于睡眠模式时执行音频、视频或IMU分析;当检测到特定的触发行为(例如触发短语、有人活动或特定手势)时,应用处理器就会被唤醒。FPGA的并行处理能力和低功耗特性非常适合低延迟、实时工作的触发决策应用。除了能够实现多种互连功能之外,iCE40 UltraPlus还可用于执行低延迟、实时工作的音频和视频环境感知处理,以及相关应用的决策功能。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201705/359746.htm

得到普及

  越来越多的设备制造商正在为其产品增加(HRM)功能。高集成度有助于降低HRM应用中所用的成本。目前,HRM传感器正将诸如模拟前端(AFE)、PD和LEDs等分立元器件整合到高度集成的模块中。这些模块降低了将HRM功能添加到可穿戴产品中时的成本和复杂度。

  HRM算法正变得越来越精妙,同时还专为不同的使用场景、环境条件和活动要求进行了优化。一些算法强调高性能,却带来了更高的功耗;而其它的算法通过提供功率效率,从而带来更长的电池续航时间。

  为了实现传感器融合,开发人员必须优化其系统架构。例如,要在低功耗状态下实现传感器融合,就需要一种为更高性能而进行优化的方法。如果功耗不是一项设计所关心的问题,那么传感器融合可以通过系统主处理器的持续运算来实现。

  传感器融合可以被运用于生物计量检测可穿戴应用中,以说明最终用户的模式。例如,一款环境光传感器可表明用户是否处于黑暗的房间中;一款运动传感器可感知用户静止不动而可能在睡觉;然而一款HRM传感器同时又提供了一种正常的心率,暗示用户躺在床上,但不一定是睡着了。在过去,睡眠监测往往由运动传感器单独完成;而通过将环境光和HRM传感器增加到系统中,可穿戴产品可对睡眠模式进行更精密的分析。

  另外,光学心率传感器可为加速度计增加一个接口,来协助实现光学和加速计的同步采样。这种硬件架构设计方式允许两种不同类型的传感器互相协作,来提高心率生物监测的性能。

  Silicon Labs为可穿戴应用提供多样化的传感器、低功耗Gecko MCU、Wireless Gecko片上系统器件、无线模块、软件协议栈和开发工具。Silicon Labs的多传感器产品组合包括光学传感器、生物监测/传感器、I2C数字接口相对湿度和温度传感器芯片,以及电容式触摸感应MCU器件。它们为各种应用提供了高可靠性、紧凑的面积、高集成度和易用性。

  Silicon Labs的光学传感器系列能够感应紫外线(UV)指数、环境光、长距离范围内的接近、心率/脉搏血氧饱和度,以及2D或3D的手势动作。其中,包括环境光、接近和手势监测器件Si1153传感器,UV指数和环境光感测器件Si1133传感器,以及Si1143/44心率监测(HRM)解决方案等。

印刷电子将成为可穿戴设备的主流趋势

  形形色色的可穿戴设备的设计可能会采用众多的传感器,而总体趋势则是将整合起至少以下传感器中的一部分:

  • 3轴加速度计:

  通过采用速度和位置的惯性测量结果并且计算用户的物理定向和步伐,可以跟踪在所有方向上的运动。

  • 陀螺仪:

  陀螺仪可以测量角速度,而 3 轴陀螺仪则可以与 3 轴加速度计配合使用,提供“6 自由度”的三维运动跟踪系统。

  • 高度计:

  这是一种专用的传感器,用于在登山时测量海拔高度。

  • 温度传感器:

  体温对于健身的跟踪以及医疗诊断都是一项非常有用的相关因素。

  • 生物阻抗传感器:

  该型传感器能够测量皮肤的电阻,可用于获取心率数据。

  • 光学传感器:

  光学传感器可以计算通过毛细血管的血流量并且感应心率。

  印刷电子学现已成为微型化可穿戴设备设计中的一个主流趋势,作为一种高性价比的方式可以实现小尺寸、高柔性的集成传感器解决方案,即“传感器融合”,理想用于生理、环境和生化的监控。

  “传感器融合”一词的核心理念在于功能的集成。这一途径可以将传感器的监控与无线和远程通信、动态柔软度、可处置性以及增强的设备性能整合起来。通过 Soligie 印刷型电子组件产品线,Molex 为传感器融合实现多功能的定制解决方案。

  Molex 定制设计的印刷型电子传感器与电路对包括工业自动化、医疗监控、智能标签、安防及物流在内的众多行业的需求提供支持。Molex 通过 Soligie 解决方案产品线提供必要的专家经验,可设计并交付客户的项目所需的印刷型电子产品。

  Molex 的 Soligie 解决方案在塑料、纸张、玻璃、无纺布和金属箔之类的低成本柔性基板上集成起各类传感器、电子组件、无线连接以及供电功能,与传统的电路相比可降低总成本,实现小尺寸、高柔性的一体式传感器融合解决方案,具有显着的优势。

  Molex 提供从柔性电路到印刷电极在内的多种技术,强化在可穿戴设备市场的表现。超薄柔性基板产品贴合人体的曲线,为必需佩戴监测设备的患者提供极高的舒适度。Molex 的印刷型电子产品采用具有生物兼容性的墨水制成,结合水凝胶使用时可与人体建立起可靠的连接。这类集成的柔性解决方案极其适合可穿戴的诊断应用与治疗应用。

  参考文献:

  [1]何小庆.2014年可穿戴设备市场回顾[J].2015(2-3):5-6.

  [2]高芳,赵志耘,张旭,等.基于专利的全球可穿戴设备竞争态势分析[J].2015(7):5-6.

  [3]Gaurav Mital.可穿戴设备:如何延长电池续航时间[J].2015(9):15-16.

  [4]Steve Knoth.可穿戴技术利用低功率转换保障身体健康[J].2015(12):14-17.

  [5]Mark de Clercq.传感器、集成和电源管理的进步推动可穿戴技术的发展[J].2016(5):21-23.

  [6]Roberta Cozza,Michele Reitz,Annette Zimmermann,等.2017年至2018年十大可穿戴技术与功能展望[J].2016(9):4-5.

  本文来源于《电子产品世界》2017年第6期第21页,欢迎您写论文时引用,并注明出处。


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