解析2018年可穿戴設備--智能手環(huán)的結構?

　   說(shuō)起智能可穿戴設備，對于很多人來(lái)說(shuō)，可穿戴設備都是充滿(mǎn)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(huán)。

 

　　智能手環(huán)運動(dòng)監測功能通過(guò)重力加速傳感器實(shí)現。重力傳感器已是一種很成熟的技術(shù)，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(guò)傳感器來(lái)實(shí)現的。傳感器通過(guò)判斷人運動(dòng)的動(dòng)作得到一些基礎數據，再結合用戶(hù)之前輸入的個(gè)人身體體征的基本信息，根據一些特定算法，得到針對個(gè)人的個(gè)性化監測數據，諸如運動(dòng)步數、距離以及消耗的卡路里等，從而判斷運動(dòng)的頻率和強度。由于每個(gè)人運動(dòng)隨個(gè)人身體體征的不同而產(chǎn)生不同的效果，因而用戶(hù)在使用手環(huán)進(jìn)行監測前需要在A(yíng)PP中錄入自己的性別、年齡、身高、體重等信息，信息自動(dòng)同步到手環(huán)中，通過(guò)傳感器監測運動(dòng)動(dòng)作，經(jīng)過(guò)特定算法最終實(shí)現運動(dòng)監測的功能。

　　睡眠監測也通過(guò)相同的傳感器技術(shù)實(shí)現。人的睡眠按照腦電波信號可分為五個(gè)階段：入睡期、淺睡期、熟睡期、深睡期、快速動(dòng)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(dòng)作的幅度和頻率作為衡量睡眠的標準，來(lái)判斷睡眠處于哪個(gè)階段，手環(huán)的智能鬧鐘功能，會(huì )在快速動(dòng)眼期將用戶(hù)喚醒，“因為在快速動(dòng)眼期睡眠者會(huì )出現與清醒時(shí)相似的高頻低幅的腦波，比較容易喚醒，如果此時(shí)喚醒，睡眠者會(huì )感到神清氣爽，有一個(gè)很好的睡眠效果。”

　　智能手環(huán)的工作原理

　　心率：用兩個(gè)電極片(心電原理)，你網(wǎng)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(dòng)原理)，不過(guò)沒(méi)什么現成方案，需要自己動(dòng)手做模型，震動(dòng)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(jiǎn)單的方式我還不知道有什么辦法。

　　難點(diǎn)：但這個(gè)產(chǎn)品的難點(diǎn)在于，如何實(shí)現用一個(gè)簡(jiǎn)單的產(chǎn)品實(shí)現多種數據的采集而不干擾到用戶(hù)?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(guò)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(gè)難題實(shí)際上是現在很多智能設備面臨的難題，運動(dòng)手環(huán)還停留在通過(guò)陀螺儀獲取位置信息變化分析從運動(dòng)到睡眠等各種復雜人體狀態(tài)的功能，數據的準確性有限。

　　1、通過(guò)反射原理，檢測人體紅細胞的含氧量。

　　2、通過(guò)檢測脈搏傳導速率的方法，計算心電檢測和脈搏檢測的時(shí)間差來(lái)得到血壓信息。

　　3、通過(guò)內外兩側的溫度感應獲得更加準確的人體溫度值。

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

　　這個(gè)原理的最大突破是實(shí)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(lèi)人群檢測自己的身體數據會(huì )很有幫助。據科研人員講，這個(gè)原理已經(jīng)通過(guò)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(gè)設想實(shí)現，我國將填補此類(lèi)人體數據采集空白。

　　手環(huán)對外部運動(dòng)感知的核心是3軸重力加速度感應器，通過(guò)算法將其輸出的值換算成活動(dòng)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(gè)量參與計算，現在而今琳瑯滿(mǎn)目的智能手環(huán)，不管品牌型號都是同步的時(shí)候外部傳入的用戶(hù)自己設定的體重。公式可以參考運動(dòng)專(zhuān)業(yè)的一些論文。另外手環(huán)有個(gè)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(hù)會(huì )佩戴在人體重心處的設備會(huì )有所不同，需要經(jīng)過(guò)特殊算法來(lái)糾正。關(guān)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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