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可穿戴设备的传感器应用需求及趋势
来源:电子产品世界 | 作者:亚通数据整理 | 发布时间: 2019-10-27 | 410 次浏览 | 分享到:

        Silicon Labs(亦称“芯科科技”)物联网产品应用工程总监Colin Tompkins先生日前接受电子产品世界的专访,针对“可穿戴设备的传感器应用需求及趋势”进行深入的剖析,进一步描绘出更明确的传感器技术发展轮廓。


可穿戴设备对传感器提出更高要求


        便携式、可移动式、可穿戴式及远程化的应用对设备端的传感器的信号采集及多芯片融合提出了更高的要求,尤其是在性能、功耗、体积及方案的完整性方面都与传统的稍大型设备有很大不同,其整体要求更苛刻。同时,由此也带来了新的市场机会。例如高性能及低功耗的先进传感器产品备受市场青睐,模拟混合信号处理、无线传输等方面都在催生新的,而且庞大的市场机会。同时,技术和方案的服务同样重要,尤其对新的医疗设备提供商,数据的深入分析和反馈到最终用户,也将成为新的业务模式。


目前应用于可穿戴设备的主要传感器类型:

  • 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“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。


快速普及的心率监测传感器


        越来越多的可穿戴设备制造商正在为其可穿戴产品增加心率监测(HRM)功能。高集成度有助于降低HRM应用中所用传感器的成本。目前,HRM传感器正将诸如模拟前端(AFE)、PDLEDs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 MCUWireless Gecko片上系统器件、无线模块、软件协议栈和开发工具。SiliconLabs的多传感器产品组合包括光学传感器、生物监测/心率监测传感器、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2D3D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。

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