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可穿戴傳感器分類及主要方案廠商超級大盤點（強(qiáng)烈推薦）
2014-11-25 電籽邦
熱點導(dǎo)讀
IHS 預(yù)期，消費者對各類可穿戴設(shè)備的強(qiáng)勁需求，將讓應(yīng)用在可穿戴設(shè)備中的傳感器出貨量激增，預(yù)計在2013至2019年間將成長七倍；可穿戴傳感器出貨量在 2013年為6,700萬顆，2014年估計約8,500萬顆，明年可成長一倍達(dá)1.75一顆，2019年出貨量則估計為4.66億顆。而由于每款可穿戴式設(shè)備中的傳感器數(shù)量不只一顆，傳感器的種類、功能用途多種多樣，所以可穿戴傳感器的成長速度將會遠(yuǎn)高于可穿戴設(shè)備。為了讓大家加深對應(yīng)用在可穿戴設(shè)備上各類傳感器的了解，特別策劃可穿戴傳感器專題，帶你走入可穿戴傳感器的多彩世界，了解各類可穿戴傳感器的特點及應(yīng)用，了解可穿戴傳感器主要廠商及其各自特點。同時，專題中我們也為大家推薦最受網(wǎng)友歡迎的可穿戴設(shè)計方案。
可穿戴傳感器分類
1、MEMS運動傳感器
從2008年開始，MEMS傳感器陸續(xù)嵌入到手機(jī)、車載、穿戴、智慧家庭等各種電子設(shè)備，技術(shù)進(jìn)步的同時當(dāng)前面臨的問題是MEMS缺應(yīng)用，即MEMS能夠做什么。本貼對MEMS器件的基本原理以及MEMS器件在各種各樣的產(chǎn)品當(dāng)中的應(yīng)用做個簡單的整理。
加速傳感器及應(yīng)用
加速傳感器的工作原理用彈簧比喻很容易理解，震動情況彈簧有縮有伸距離會有轉(zhuǎn)變，兩端相當(dāng)于電容的兩級，距離轉(zhuǎn)變電容輸出就是不一樣。當(dāng)然我們在看加速傳感器的時候，它的參數(shù)第一個就是RAGE，相當(dāng)于量程是多少，手機(jī)上基本是2g，現(xiàn)在MEMS的器件當(dāng)中最大可以擴(kuò)到8g，用在類似游戲手柄上，打網(wǎng)球的時候即使甩動輕一點也可以檢測到，但如果2g的時候根本沒有辦法識別打的近還是遠(yuǎn)。另外一個參數(shù)就是分辨率，手機(jī)當(dāng)中更多應(yīng)用到的12bit，再簡單的可能是6bit，比如橫豎屏的切換。
加速傳感器的主要應(yīng)用有哪些，第一個是簡單的橫豎屏；第二個是翻轉(zhuǎn)應(yīng)用，最初翻轉(zhuǎn)應(yīng)用是跟甩歌甩屏一起，但體驗不好很多手機(jī)里面就沒有這個功能了；第三個是計步器應(yīng)用，2010年的時候日本很多手機(jī)也已經(jīng)采用，技術(shù)很成熟，比如說走500步，測下來就是499或者501；第四個是雙擊功能，設(shè)一個中間格的時間點，對兩次中斷的數(shù)據(jù)作對比，所以對雙擊是非常精確的，比如說手環(huán)或者手表操作空間有限，可以用雙擊啟動某一應(yīng)用；第五個是手勢識別，檢測左右傾斜及傾斜角度，例如在家庭室內(nèi)裝潢的時候，以前就是拿一個墨線在墻生彈，現(xiàn)在有激光水平儀，但無法確擺放的器件水平面是平的，如果用量程是4g分辨率是12bit加速傳感器精確度就非常高。
第六個應(yīng)用是防盜，當(dāng)裝有傳感器的設(shè)備被拿起時，警報就會響；第七個是FREEFALLDETECTION，例如現(xiàn)在用的筆記本如果摔下去，可能外表壞掉，但是硬盤不會壞，因為里面有加速傳感器，瞬間會檢測到，它會讓磁頭離開磁盤。第七個是檢測震動，當(dāng)洗衣機(jī)擺的不正的時候，振動的時候聲音很大，傳感器可以檢測出震動頻率，避免整個東西跟外部東西產(chǎn)生共振；最后游戲應(yīng)用最典型的就是手柄，對的體感有更大的提高。
磁力計原理及應(yīng)用
磁力計檢測的是地球磁場，地球磁場在所有磁場當(dāng)中是比較微弱的一環(huán)，任何帶鐵工藝的東西，包括手機(jī)當(dāng)中的一些屏蔽罩，一些連接鍵包括一些卡槽都會產(chǎn)生磁場，這些磁場有可能是比地球磁場要大很多的。關(guān)于磁力器的應(yīng)用最多的是地圖方向指示，GPS只能判斷所在經(jīng)緯度，有磁力器就可以知道東西南北。它還有在家庭中的應(yīng)用，比如在門上加一個磁力器，它可以檢測門開關(guān)的過程當(dāng)中角度，從而判斷門有沒有鎖。當(dāng)然磁力器也可以定位，因為每個點的地球分布是不一樣的。
還有應(yīng)用就是室內(nèi)定位導(dǎo)航，根據(jù)設(shè)定的位置目標(biāo)，通過磁力器判斷你到底在哪個方向走，走路可以判斷你在室內(nèi)走來算距離，但是現(xiàn)在還沒得到規(guī)模使用，第一因為精確算法是到什么程度，第二是室內(nèi)地圖誰來提供。
氣壓計原理及應(yīng)用
氣壓計內(nèi)部集成了一些高度算法可以做高度計算。最典型的應(yīng)用是在三維GPS導(dǎo)航里面。現(xiàn)在很多城市都有高架，那你在高架上還是高架下，氣壓計精度在30cm很容易解決這個問題（高架橋高度大于7m）。氣壓計還可以做天氣預(yù)報。其實基本上天氣預(yù)報基本上是通過累計變化來預(yù)測的，可以知道更長時間未來的天氣變化情況。
觸控傳感器
飛思卡爾MPR121的產(chǎn)品，可以用于按鍵直接開鎖。比如說手機(jī)屏幕大做一個手機(jī)套，套子上有不同按鍵，可以通過按鍵跟手機(jī)連通，這個應(yīng)用也是非常有意思的。也可以做一些感知的應(yīng)用，這樣的話就相當(dāng)于在光線不好或者沒有辦法看清楚這個鍵盤的時候，會直接點開鍵盤。
傳感器廣泛應(yīng)用
飛思卡爾在穿戴式上的方案有個相當(dāng)于BLESOC加上計步器算法的應(yīng)用，比如MMA9555集成所有的計步器的算法（包括像手勢識別的算法）。它的好處是這個計步器可以進(jìn)一步識別你的走路、快跑、慢跑，可以計算出你的卡路里是多少。而任何時候東西有交互才會有快樂，比如朋友圈手環(huán)的PK運動里程。飛思卡爾通過各種SENSOR的融合以及相關(guān)SENSOR的一些算法可以開發(fā)出來更多的應(yīng)用，接下來手環(huán)產(chǎn)品更多會帶來更多的顯示的東西，這樣飛思卡爾會有一些很多的產(chǎn)品。
傳感器技術(shù)在手機(jī)、穿戴及各種電子設(shè)備中的應(yīng)用越來越多，隨之而來的是長待機(jī)和功耗問題。如手機(jī)整個CPU做SENSOR計算的話，它的運行是非常大的，需要獨立的協(xié)處理器SensorHub。而飛思卡爾了解處理器，也做MCU這是最大的優(yōu)勢。
主要功能：運動監(jiān)測、導(dǎo)航、娛樂、人機(jī)交互
國內(nèi)傳感器公司：美新半導(dǎo)體、明皜傳感、矽睿科技、深迪半導(dǎo)體、士蘭微電子、敏芯微電子等
典型設(shè)備：Nike+ FuelBand、Jawbone Up、Fitbit Flex、咕咚手環(huán)、Pebble、Geak Watch、InWatch、Galaxy Gear
生命在于運動，運動是生命中不可或缺的重要組成部分。因此，通過運動傳感器隨時隨地測量、記錄和分析人體的活動情況具有重大價值：用戶可以知道跑步步數(shù)、游泳圈數(shù)、騎車距離、能量消耗和睡眠時間等。圖2為基于運動傳感器的可穿戴設(shè)備發(fā)展歷程，從簡單的計步器到復(fù)雜的智能手表，傳感器用量“與日俱增”，運動監(jiān)測“精益求精”。
基于運動傳感器的可穿戴設(shè)備發(fā)展歷程
2、生物傳感器
生物傳感器：血糖傳感器、血壓傳感器、心電傳感器、肌電傳感器、體溫傳感器、腦電波傳感器等
功能：健康和醫(yī)療監(jiān)控、娛樂
國內(nèi)傳感器公司：神念科技、敏芯微電子、芯敏微系統(tǒng)、納芯微電子等
典型設(shè)備：CardioNet MCOT™、康康血壓、中衛(wèi)萊康-腕式心電監(jiān)測儀、iHolter（心安寶）、秘密意念貓耳朵
健康預(yù)警、病情監(jiān)控——借助可穿戴技術(shù)，醫(yī)生可以提高診斷水平，家人也可以與患者進(jìn)行更好的溝通。以康康血壓為代表的可穿戴醫(yī)療設(shè)備，與專業(yè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)合作，長期對數(shù)以千萬的用戶身體數(shù)據(jù)進(jìn)行追蹤和監(jiān)測，分析提煉出醫(yī)學(xué)診斷模型，預(yù)測和塑造用戶的健康發(fā)展?fàn)顩r，為用戶提供個體化心血管專項貼身醫(yī)療及健康管理方案，同時也幫助家人關(guān)懷親人的健康狀況。
康康血壓——有溫度的智能血壓計
此外，以秘密意念貓耳朵為代表的可穿戴設(shè)備，通過腦電、心電等傳感器感知人類情緒變化從而實現(xiàn)娛樂互動。例如，在電視相親活動中，當(dāng)女嘉賓看到中意的對象，大腦處于高度感興趣的狀態(tài)時，貓耳朵就會高高豎起并來回轉(zhuǎn)動，表達(dá)愛慕之情。
秘密意念貓耳朵——讀懂女孩的心思
3、環(huán)境傳感器
環(huán)境傳感器：溫濕度傳感器、氣體傳感器、pH傳感器、紫外線傳感器、環(huán)境光傳感器、顆粒物傳感器、氣壓傳感器、麥克風(fēng)等
功能：環(huán)境監(jiān)測、天氣預(yù)報、健康提醒
國內(nèi)傳感器公司：康森斯克電子、煒盛電子、艾譜科微電子、芯晨科技、敏芯微電子、芯奧微傳感等
典型設(shè)備：PM2.5便攜式檢測儀、AirWaves口罩、便攜式個人綜合環(huán)境監(jiān)測終端
環(huán)境監(jiān)控，守護(hù)健康。馬斯洛理論將人的需求分為五種，像階梯一樣從低到高，按層次逐級遞升，分別為：生理上的需要、安全上的需要、感情上的需要、尊重的需要和自我實現(xiàn)的需要。現(xiàn)在生理上的需要一般都可以滿足，接下來就是安全上的需要，也就是保證身心健康不受威脅的需要。事實上，人們經(jīng)常會處于一些對健康有威脅的環(huán)境中，比如空氣/水污染、噪音/光污染、電磁輻射、極端氣候等。更可怕的是，很多時候我們處身于這樣的環(huán)境中卻渾然不知，如PM2.5污染，從而引發(fā)各種慢性疾病。借此市場機(jī)遇，初創(chuàng)公司羽承科技利用顆粒物傳感器推出了目前市場上最小、最輕便的空氣質(zhì)量檢測裝置——PM2.5便攜式檢測儀。該檢測儀可佩戴在人體上，既可單獨顯示，也可結(jié)合手機(jī)使用并分享給好友。
PM2.5便攜式檢測儀
健康 = 基因 + 生活習(xí)慣 + 環(huán)境
可穿戴設(shè)備在中國健康醫(yī)療領(lǐng)域的需求基礎(chǔ)：（1）中國不斷加劇的老齡化趨勢（如圖6所示），獨居老人增多，人力成本上升是可穿戴醫(yī)療設(shè)備增長的基礎(chǔ)。（2）慢性病年輕化，患病時間長，需求大。（3）中國醫(yī)療資源嚴(yán)重不足，醫(yī)生與患者比例失調(diào)，通過可穿戴設(shè)備進(jìn)行個性化健康管理，減少就醫(yī)次數(shù)。圖7和圖8為中國男性和女的主要健康問題，數(shù)據(jù)來源于《第二屆中國城市健康狀況大調(diào)查》。
圖6 老年人增長及老年人占總?cè)丝诒戎?
圖7 男性健康主要問題構(gòu)成
圖8 女性主要健康問題構(gòu)成
人類的健康主要有三個影響因素：基因、生活習(xí)慣和環(huán)境，即公式：“健康 = 基因 + 生活習(xí)慣 + 環(huán)境”。通常基因是“命中注定”，無法改變的，即常量；而健康、生活習(xí)慣是可以改變的，環(huán)境也是可以“逃避”的，均為變量。針對可“變”的健康、生活習(xí)慣和環(huán)境，可穿戴設(shè)備可分別通過生物傳感器、運動傳感器和環(huán)境傳感器來監(jiān)測和提醒用戶，以改善人體健康和提高生活質(zhì)量，并且大量的用戶臨床數(shù)據(jù)存在巨大的商業(yè)價值和社會價值。
然而，現(xiàn)在市場上的可穿戴設(shè)備往往僅采用一類傳感器實現(xiàn)一種變量監(jiān)測功能，難以實現(xiàn)全面、有效的健康反饋體系。所以，多種傳感器的融合創(chuàng)新應(yīng)用深受市場期待。例如：生物傳感器“監(jiān)測”到人體血壓、血脂過高時，警告用戶應(yīng)改變不良生活習(xí)慣，加強(qiáng)體育鍛煉；然后，運動傳感器負(fù)責(zé)“監(jiān)督”人體每天的鍛煉情況，環(huán)境傳感器負(fù)責(zé)“監(jiān)控”人體周圍環(huán)境狀況（如有無吸煙和環(huán)境污染）；最終，通過三類傳感器的有效配合很好地控制了心血管疾病。合理的慢性疾病管理，能夠避免看急診和住院治療，減少就醫(yī)次數(shù)，節(jié)約費用和人力成本。在全球范圍內(nèi)針對移動醫(yī)療服務(wù)效果的臨床研究顯示，出院后的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)可將病人的醫(yī)療費用降低、看醫(yī)生的間隔時間延長、住院時間降低等，如表1所示。
通過可穿戴設(shè)備實現(xiàn)個性化醫(yī)療
全球范圍內(nèi)針對移動醫(yī)療服務(wù)效果的臨床研究
研究疾病 研究地區(qū) 研究主題 研究結(jié)果：成本降低
糖尿病 美國 出院后的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù) 每個病人的全部醫(yī)療費用可能降低 42%
高血壓 美國 通過無線遠(yuǎn)程設(shè)備將主要生命體征信息傳送到電子病歷中 看醫(yī)生的間隔時間延長了 71%
心力衰竭 歐盟 遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)接受心臟起搏器植入手術(shù)的病人 降低住院時間35%；降低出院后看醫(yī)生次數(shù)10%
現(xiàn)在，如果在大街上看到有人戴著Google Glass或Pebble智能手表，人們都會多看一眼，以為這是新鮮玩意兒。但是在科研領(lǐng)域，研究者們早已開始準(zhǔn)備開發(fā)下一代可穿戴設(shè)備，其中令我們感到驚訝的有“電子皮膚、智能隱形眼鏡、pH膠囊”。
可穿戴傳感器主要廠商及其解決方案
物聯(lián)網(wǎng)社會的到來，檢測和輸出無限接近人類的感覺和動作的信息的技術(shù)將愈發(fā)重要，在手表和眼鏡中嵌入傳感器及攝像元件等MEMS器件的可穿戴產(chǎn)品、組合使用多個傳感器的傳感器融合用途、通過互聯(lián)網(wǎng)連接傳感器檢測到的各種信息等用途在未來會有很大發(fā)展空間。從運動檢測、環(huán)境感知、壓力測試，MEMS解決方案已經(jīng)滲透到人們生活的方方面面。隨著可穿戴設(shè)備的發(fā)展，未來傳感器要致力于更加小型化，也需加快集成，MEMS技術(shù)會越來越主導(dǎo)局面，比如地磁傳感器就需要和加速度傳感器集成。
傳感器解決方案主要廠商
1、德州儀器（TI）
在便攜式消費電子產(chǎn)品應(yīng)用中實現(xiàn)非接觸式溫度測量。TMP006根據(jù) TI 在 MEMS 技術(shù)方面的專業(yè)經(jīng)驗開發(fā)獲得，是首款新型超小尺寸、低功耗且低成本的被動紅外溫度傳感器與現(xiàn)有解決方案相比，其功耗要低90%，而尺寸卻要小超過95%， 實現(xiàn)了全新市場及應(yīng)用中的非接觸式溫度測量。
2、亞德諾半導(dǎo)體（ADI）
作為微機(jī)械IC行業(yè)的先鋒，Analog Devices, Inc.（簡稱ADI）推出首款全集成iMEMS（集成微機(jī)電系統(tǒng)）加速度計和陀螺儀。這類產(chǎn)品已通過TS-16949和QS9000認(rèn)證，ADI公司將繼續(xù)改進(jìn)產(chǎn)品和工藝，滿足不斷增長的客戶需求。
20多年來，ADI公司一直是MEMS創(chuàng)新產(chǎn)品的領(lǐng)導(dǎo)者，不僅提供全面的慣性檢測解決方案，包括備受贊譽(yù)的iMEMS加速度 計和陀螺儀、 iSensor™ 智能傳感器以及慣性測量單元(IMU)；同時MEMS技術(shù)還簡化了運動檢測在工業(yè)、醫(yī)療、消費電子、通信和汽車等眾多領(lǐng)域中的應(yīng)用，深受全球的市場領(lǐng)先公 司歡迎。
3、美信（Maxim）
美信就推出新型體征監(jiān)測服（Fit），使專業(yè)醫(yī)護(hù)人員能夠以低成本頻繁監(jiān)測患者體質(zhì)，提供更加有效的預(yù)防性醫(yī)療保健。該新型智能監(jiān)護(hù)服集成了干電極ECG 測量技術(shù)、復(fù)雜的信號處理技術(shù)、溫度傳感器、運動傳感器、超低功耗微控制器及無線通信單元，有鑒于穿戴式設(shè)備對低功耗的要求，美信在此款設(shè)計中采用了超低 功耗的MAXQ622、MAX6656并搭載了電源管理IC MAX8671。
4、飛思卡爾（Freescale）
飛思卡爾采用微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)支持傳感技術(shù)。基于MEMS的傳感器產(chǎn)品提供感應(yīng)、處理、甚至控制周圍環(huán)境的接口。飛思卡爾基于MEMS的傳感器將非 常小的機(jī)械和電子元件組合在單一芯片上。飛思卡爾MEMS器件出貨量已突破十億大關(guān)，是傳感器技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，專門提供經(jīng)濟(jì)高效、地功效、小型化、高性能、 集成式傳感解決方案。
5、意法半導(dǎo)體（ST）
意法半導(dǎo)體的傳感器產(chǎn)品包括MEMS（微機(jī)電傳感器，包括加速度計、陀螺儀、數(shù)字羅盤、慣性模塊、壓力傳感器和麥克風(fēng)）、溫度傳感器和觸摸傳感器。到2013年初，意法半導(dǎo)體已銷售了30多億件微型機(jī)電傳感器，引領(lǐng)著消費類和移動MEMS市場的發(fā)展。
6、Silicon Labs
Silicon Labs2月份推出業(yè)界首款單芯片數(shù)字紫外線（UV）指數(shù)傳感器IC，設(shè)計旨在檢測UV光照強(qiáng)度、心臟/脈搏速率、血氧飽和度，以及提供接近/手勢控制等，特別適用于智能手機(jī)和可穿戴式產(chǎn)品。單芯片Si1132/4x光學(xué)傳感器為智能手機(jī)和可穿戴式產(chǎn)品提供紫外線強(qiáng)度、環(huán)境光和生物識別的檢測。
7 博世（Bosch）
2014年，博世（Bosch Sensortec）開發(fā)出最新的 BMI160 慣性量測單（IMU），將最先進(jìn)的16位元3軸低重力加速度計和超低功耗3軸陀螺儀整合于單一封裝，專為智慧型手機(jī)、平板電腦、可穿戴裝置、遙控器、游戲控制器、頭戴式裝置及玩具等市場的高精度6軸、9軸永不斷訊（always-on）應(yīng)用而設(shè)計。主推：加速度傳感器BMA250E、BMA250 、BMA222E、BMA222、BMA223等。
推薦：
智能穿戴產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟
QQ群: 179517578
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