解析2018年可穿戴設備--智能手環的結構?

　   說起智能可穿戴設備，對于很多人來說，可穿戴設備都是充滿神秘的。下面小編就帶您了解析一下可穿戴設備，了解一下本系列介紹的第一種可穿戴設備——智能手環。

 

　　智能手環運動監測功能通過重力加速傳感器實現。重力傳感器已是一種很成熟的技術，手機也早有應用，比如現在智能手機的屏幕翻轉功能，就是通過傳感器來實現的。傳感器通過判斷人運動的動作得到一些基礎數據，再結合用戶之前輸入的個人身體體征的基本信息，根據一些特定算法，得到針對個人的個性化監測數據，諸如運動步數、距離以及消耗的卡路里等，從而判斷運動的頻率和強度。由于每個人運動隨個人身體體征的不同而產生不同的效果，因而用戶在使用手環進行監測前需要在APP中錄入自己的性別、年齡、身高、體重等信息，信息自動同步到手環中，通過傳感器監測運動動作，經過特定算法最終實現運動監測的功能。

　　睡眠監測也通過相同的傳感器技術實現。人的睡眠按照腦電波信號可分為五個階段：入睡期、淺睡期、熟睡期、深睡期、快速動眼期(REM)。在不同的階段人的腦電波可以迅速改變，有意思的是，重力加速傳感器并不具備直接探測腦電波的功能，所以它是將人在睡眠中動作的幅度和頻率作為衡量睡眠的標準，來判斷睡眠處于哪個階段，手環的智能鬧鐘功能，會在快速動眼期將用戶喚醒，“因為在快速動眼期睡眠者會出現與清醒時相似的高頻低幅的腦波，比較容易喚醒，如果此時喚醒，睡眠者會感到神清氣爽，有一個很好的睡眠效果。”

　　智能手環的工作原理

　　心率：用兩個電極片(心電原理)，你網上查查有現成的方案;

　　呼吸率：可以用三維加速度傳感器(震動原理)，不過沒什么現成方案，需要自己動手做模型，震動雜波很多，要有較好的濾波算法，做好了挺有前途的;

　　血壓：用這么簡單的方式我還不知道有什么辦法。

　　難點：但這個產品的難點在于，如何實現用一個簡單的產品實現多種數據的采集而不干擾到用戶?這里的數據涉及到血壓、血糖、血氧、脈搏等數據。這些數據我們正常的測量過程是抽血測血糖血氧含量、含溫度計測量體溫、壓迫血脈測量血壓。

　　這個難題實際上是現在很多智能設備面臨的難題，運動手環還停留在通過陀螺儀獲取位置信息變化分析從運動到睡眠等各種復雜人體狀態的功能，數據的準確性有限。

　　1、通過反射原理，檢測人體紅細胞的含氧量。

　　2、通過檢測脈搏傳導速率的方法，計算心電檢測和脈搏檢測的時間差來得到血壓信息。

　　3、通過內外兩側的溫度感應獲得更加準確的人體溫度值。

　　4、通過代謝熱整合法，檢測到代謝長生的熱量，血氧飽和度、血流速之后，計算出血糖濃度值。

　　這個原理的最大突破是實現了體征數據的采集，并對人的干擾小。血壓、血糖、體溫變化值分別對高血壓患者、糖尿病患者、孕婦這幾類人群檢測自己的身體數據會很有幫助。據科研人員講，這個原理已經通過了理論認證，正在計劃硬件設計?，F在智能設備大部分瓶頸在信息獲取，如果該團隊能夠將這個設想實現，我國將填補此類人體數據采集空白。

　　手環對外部運動感知的核心是3軸重力加速度感應器，通過算法將其輸出的值換算成活動量，基本原理就是計算克服重力和慣性做功的量，所以需要帶入體重這個量參與計算，現在而今琳瑯滿目的智能手環，不管品牌型號都是同步的時候外部傳入的用戶自己設定的體重。公式可以參考運動專業的一些論文。另外手環有個特殊的地方是只能戴在單側的手上，所以算法比普通的預設用戶會佩戴在人體重心處的設備會有所不同，需要經過特殊算法來糾正。關于陀螺儀的算法，我們之前的文章已有介紹，請參閱。

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