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传感器技术的可穿戴式设计

有多种传感器的被评估为可穿戴的应用程序，用新的设计体系结构出现的那些旨在提高新的应用，减少了系统的尺寸和重量，并延长电池的使用寿命。在穿戴式设计的传感器可以从在一个橡皮膏经由通过智能手表无源无线连接到集线器设备，一路到便携式包具有不同的传感和无线技术竖着连接一个简单的传感器而变化。所有这是导致取决于目标应用，而这又是驱动模块化开发系统，可以应付大范围的传感器和实现方式的可能需要的不同的传感器结构。加速度计和数字罗盘传感器正被用于导航，因为这些可佩戴的设计是移动的，但这些设备也越来越多地被用作集线器管理其他传感器。加速度计如飞思卡尔的Xtrinsic MMA9553不只是被用于导航，也用于手势控制。这允许可穿戴系统，如智能手表的控制新的应用程序，而无需使用小键盘或语音输入。而是，该装置的关键动作可以触发事件采取传感器测量。

图1：飞思卡尔的Xtrinsic加速计MMA9553是专门设计用来充当一个可穿戴式设计其他传感器集线器。通过包括一个微控制器沿着传感器，设备可以在可穿戴设计管理其他传感器。这通过取计算负荷远离中央处理器和减少了需要具有所有直接连接传感器降低了的硬件设计的复杂性。这反过来又降低了整个系统的功耗，延长了电池的使用寿命。

卫生监测

在可穿戴的设计的最直接的应用程序被测量体的性能与一系列新医疗传感器被在考虑这样的可佩戴的设计开发的。在健康生活越来越公众利益推动活动监控的出现，与一些已经上市的设备。与身体区域网络（BAN的）技术，在比利时IMEC和霍尔斯特中心开发的健康监测设备能够准确，无创监测与临床级功能。这铺平了道路更有效和更经济的医疗服务。三星正与IMEC上，可以结合正在以新的方式使用不同的健康传感器，也是数据打通到云平台。该Simband平台在霍尔斯特研究中心在埃因霍温利用技术从它的父，IMEC开发。这已经启动作为一个参考平台，供开发者使用新的传感器结合除了已有的可穿戴式设计。

图2：由三星开发的​​Simband采用了全新的LED感应技术来自IMEC，霍尔斯特的状况进行测量。由IMEC开发的光学感应器使用，产生了一系列的光频率的LED。这些用于测量血液中的氧气在皮肤的不同层，而得到脉冲的读数。与心电图测电结合这表示时间为血液到达手腕处，提供了血压的估计。该Simband措施14 x 34英寸毫米，采用了1GHz的双核ARM A7 28纳米单芯片，结合了处理器，无线网络连接和蓝牙连接。它还采用了全新的基于云计算的开放软件平台名为三星架构多模态交互（SAMI）。这从各种来源收集数据，聚合它与穿戴设备上显示。它通过允许传感器以安全地将数据存储在云不管源的格式或结构的延伸此。 SAMI也将允许数据由个人来控制生成它，而不是第三方，使个人健康数据可以得到更好的保护。 IMEC还一直与一些公司对可穿戴技术。随着霍尔斯特，它与奥林巴斯合作开发一种新的低功耗，单信道心电图（ECG）采集芯片，可以在体内被植入。模拟特征提取在芯片允许在智能手表精确监控在选择的频带中的信号活动的由一个数字信号处理器。

图3：低功耗单道心电图传感器已经制定了IMEC和奥林巴斯。新的低功耗心电采集芯片推进的最先进的国家通过消费仅680 nA的时候所有的功能都处于活动状态，并且还提供有竞争力的表现，如输入信噪比大于70分贝，一个共模抑制共模抑制比> 90分贝，无需任何外部无源元件。温度检测也是一个可穿戴式设计的一个关键要素，Microchip Technology的MCP9700 / 9700A和MCP9701 / 9701A系列线性有源热敏电阻包括低成本，低功耗的传感器具有±2℃的精确度在0°C至+ 70°C的MCP9700A / 9701A和±4℃，在0°C至+ 70°C的MCP9700 / 9701，而通常消耗6μA的电流。不像电阻传感器，如热敏电阻，线性有源热敏电阻集成电路不需要额外的信号调理电路。这消除了一个偏置电路的开销作为电压输出引脚可以直接连接到微控制器的ADC输入，降低了成本和功率消耗。所述MCP9700 / 9700A和MCP9701 / 9701A温度系数被缩放，以提供一个1℃/位分辨率对于8位ADC的2.5和5V参考电压这提供了一种低成本的解决方案适用于需要测量应用的温度的相对变化，无论是外部温度或为佩戴者的温度。当测量从+ 25℃，±1℃的典型精度相对温度变化就可以实现。该装置也不受寄生电容的影响并能驱动大容性负载。这提供了灵活性在PCB布局，该装置可以被远程地从微控制器，当空间是在可佩戴设计溢价一个有用的能力的位置。添加一些电容输出也有助于通过降低高于或低于输出瞬态响应。然而，不要求容性负载的传感器的输出稳定。飞思卡尔已建立了一系列在其大厦的开发系统的传感器，可用于原型可穿戴式系统不同的技术。塔台管制员是模块化和可扩展的模块提供易于使用的，可重构硬件一起为通信，存储和图形LCD，使定制容易可互换的外围模块。开源硬件和标准化规范推动实现更多的功能和定制的附加模块的开发。除了塔系统，飞思卡尔已经设计了一个开源的，可扩展的参考平台，让OEM厂商，他们需要从一个共同的平台迅速开发广泛的可穿戴式产品设计的基石。

图4：飞思卡尔塔开发系统允许多个传感器和控制技术进行组合，并容易地编程，以加速可穿戴系统的设计。不像其他的可佩​​戴的解决方案中，新的平台并不限于只是一种形式因子或产品类别。高度灵活的系统级设计工具支持嵌入式无线充电，采用了可扩展性和灵活性的混合体系结构中的处理器和传感器，并配有开源软件。该身打扮参考平台（WARP）是针对多个垂直细分领域，如体育显示器，智能眼镜，活动追踪器，智能手表和医疗保健/医疗应用。该平台是建立在飞思卡尔的i.MX 6SoloLite的ARM Cortex-A9的应用处理器为核心处理单元，支持Android操作系统，并集成生产级芯片，软件和硬件。混合架构进行了优化，材料低清单（BOM），并具有飞思卡尔的Xtrinsic MMA9553交钥匙计步器，FXOS8700电子罗盘了ARM Cortex-M0 +的Kinetis KL16微控制器。该MMA9553结合了加速度计的MEMS传感器，信号调理，数据转换和一个32位可编程微控制器的智能，精度高，动作感应平台，能够管理多个传感器输入。该装置可以作为其他传感器的轮毂，使得所需的复杂的应用，例如手势识别，计步器功能，倾斜补偿和校准和活动监视系统级决定。该MMA955xL器件进行编程和配置了的CodeWarrior Development Studio进行微控制器软件，10.1或更高版本。本标准集成设计环境（IDE），可快速实现自定义算法和功能相匹配的应用程序。使用主I²C端口，所述MMA955xL设备可以管理次级传感器，例如压力传感器，磁强计，陀螺仪或。这允许传感器初始化，校准，数据补偿，和计算功能可以从系统中应用处理器卸载的。该MMA955xL也作为一个智能感应枢纽和高度可配置的决策引擎。系统总功耗被保持到最小，因为应用程序处理器被断电，直到它的需要。混合式架构使设计人员能够应对新的机遇，因为市场的发展，以规模，并从硬件和软件的角度定制自己的设计，开发单一产品或提供一系列不同的传感器设备的组合。

结论

在可穿戴的设计越来越多地使用的传感器是驱动两个传感器中的技术和系统的体系结构的创新。采用可编程的，可变的LED来提供医疗检测，集成了连接到云，从全球巨头如三星驱动的新一代健康监测应用程序和设备。利用键传感器诸如加速度计为枢纽的其它传感器是允许系统设计人员，以尽量减少在中央处理器上的负载，从而降低尺寸和成本，并提高电池的寿命。这样一来，仔细考虑传感器架构是允许将开发出新一代可穿戴的设备和应用。