可穿戴設(shè)備中都有哪些傳感器？主要可分為幾個大類

可穿戴設(shè)備是一種可以安裝在人、動物和物品上，并能感知、傳遞和處理信息的計算設(shè)備，傳感器是可穿戴設(shè)備的核心器件，可穿戴設(shè)備中的傳感器是人類感官的延伸，增強(qiáng)了人類“第六感”功能。

隨著生物科技的發(fā)展，以及傳感器小微型化與智能化方向的發(fā)展，可穿戴設(shè)備也許將會進(jìn)化成植入人體的智能設(shè)備。

在各種令人耳目一新的可穿戴式設(shè)備中，都有一個關(guān)鍵裝置——傳感器。它可以感受外界情況的變化，比如冷暖、快慢，并作出相應(yīng)的反應(yīng)，就像我們的皮膚一樣。

可穿戴設(shè)備中都有哪些傳感器？

一般來說，可穿戴設(shè)備中的傳感器的主要可分為以下幾個大類。

運(yùn)動傳感器

運(yùn)動傳感器運(yùn)動控制傳感器是一種將非電量（如速度、壓力）的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏孔兓脑０ǎ杭铀俣葌鞲衅鳌?u>陀螺儀、地磁傳感器或者說電子羅盤傳感器、大氣壓傳感器（通過測量大氣壓力可以計算出海拔高度）等。

這些傳感器主要實(shí)現(xiàn)的功能有運(yùn)動探測、導(dǎo)航、娛樂、人機(jī)交互等，其中電子羅盤傳感器可以用于測量方向，實(shí)現(xiàn)或輔助導(dǎo)航。生命在于運(yùn)動，運(yùn)動是生命中不可或缺的重要組成部分。

因此，通過運(yùn)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，甚至分析睡眠質(zhì)量等。

運(yùn)動傳感器的功能及實(shí)現(xiàn)原理

通過運(yùn)動傳感器隨時隨地測量、記錄和分析人體的活動情況，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，同時還能導(dǎo)航、娛樂等。

運(yùn)動傳感器需要實(shí)現(xiàn)的功能包括對3種不同類型慣性器件傳感數(shù)據(jù)的采集、姿態(tài)角結(jié)算和有線通信。運(yùn)動傳感器主要包括5個部分：MCU、加速度傳感器、陀螺儀傳感器、磁力計和CAN接口。MCU包括同步串行通信總線（I2C）、異步接收發(fā)送器（UART）、按鍵等模塊，它控制節(jié)點(diǎn)的一系列操作。節(jié)點(diǎn)由有線供電，MCU控制3種傳感器的數(shù)據(jù)采集、姿態(tài)角解算和CAN收發(fā)。

硬件系統(tǒng)框圖

生物傳感器

生物傳感器對生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行檢測的儀器。是由固定化的生物敏感材料作識別元件（包括酶、抗體、抗原、微生物、細(xì)胞、組織、核酸等生物活性物質(zhì)）與適當(dāng)?shù)睦砘瘬Q能器（如氧電極、光敏管、場效應(yīng)管、壓電晶體等等）及信號放大裝置構(gòu)成的分析工具或系統(tǒng)。生物傳感器具有接受器與轉(zhuǎn)換器的功能。

生物傳感器包括血糖傳感器、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，這些傳感器主要實(shí)現(xiàn)的功能包括健康和醫(yī)療監(jiān)控、娛樂等。

生物傳感器的功能及實(shí)現(xiàn)原理

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。

例如由血壓傳感器構(gòu)成的可穿戴醫(yī)療設(shè)備，可以對用戶身體數(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。

血壓監(jiān)測儀是通過傳感器來檢測人體動脈血管壁震動引起的袖帶壓力微小變化，最常用的方法是振蕩法，其基本原理是利用捆綁在手臂上的袖帶，通過充氣泵向袖帶充氣，以阻斷血管中脈動的傳播，達(dá)到一定壓力（一般為124~316kPa）后開始放氣，當(dāng)氣壓到一定程度，血流就能通過血管，且有一定量振蕩波，逐漸放氣，振蕩波愈來愈大，再放氣，由于袖帶與手臂的接觸越來越松，因此，壓力傳感器所檢測到的壓力及波動則越來越小，壓力傳感器就能實(shí)時檢測到袖帶內(nèi)的壓力及波動。

而振蕩波通過氣管傳播到機(jī)器里的壓力傳感器，經(jīng)過相應(yīng)的放大、濾波電路、模擬/數(shù)字信號轉(zhuǎn)換、中央處理器控制等處理環(huán)節(jié)，將通過袖帶傳遞到氣路中的脈動信號和壓力信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后經(jīng)過進(jìn)一步處理，得出血壓的收縮壓、舒張壓、平均壓等數(shù)據(jù)。這種動態(tài)血壓監(jiān)測儀可通過藍(lán)牙、USB連接到移動設(shè)備上，將數(shù)據(jù)上傳至醫(yī)護(hù)人員，平時被使用者穿在外面，提供24小時的血壓監(jiān)控。

環(huán)境傳感器

環(huán)境傳感器包括：土壤溫度傳感器、空氣溫濕度傳感器、蒸發(fā)傳感器、雨量傳感器、光照傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器等，不僅能夠精確的測量相關(guān)環(huán)境信息，還可以和上位機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，最大限度滿足用戶對被測物數(shù)據(jù)的測試、記錄和存儲，是科研、教學(xué)、實(shí)驗室和農(nóng)業(yè)部門土肥站、農(nóng)科所及相關(guān)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測部門首選的高質(zhì)量儀器。

環(huán)境傳感器的功能及實(shí)現(xiàn)原理

當(dāng)今世界，人們經(jīng)常會處于一些對健康有威脅的環(huán)境中，比如霧霾、室內(nèi)甲醛超標(biāo)等。用顆粒物傳感器構(gòu)成的空氣質(zhì)量檢測裝置——PM2.5便攜式檢測儀，可佩戴在人體上，既可單獨(dú)顯示，也可結(jié)合手機(jī)使用并分享給好友。

PM2.5便攜式檢測通過采氣泵粉塵儀將待測氣溶膠吸入檢測艙，待測氣溶膠在粉塵儀分流處分流成為兩部分，一部分經(jīng)過一個高效過濾器后被過濾為干凈的空氣，作為保護(hù)鞘氣來保護(hù)傳感器室的元器件不受待測氣體污染。另一部分氣溶膠，作為待測樣品直接進(jìn)入傳感器室。

微粒和分子在光的照射下會產(chǎn)生光的散射現(xiàn)象，與此同時，還吸收部分照射光的能量。當(dāng)一束平行單色光入射到被測顆粒場時，會受到顆粒周圍散射和吸收的影響，光強(qiáng)將被衰減。如此一來便可求得入射光通過待測濃度場的相對衰減率。而相對衰減率的大小基本上能線性反應(yīng)待測場灰塵的相對濃度。光強(qiáng)的大小與經(jīng)光電轉(zhuǎn)換的電信號強(qiáng)弱成正比，通過測得電信號就可以求得相對衰減率。

皮電傳感器

相信每個人都有這樣的經(jīng)歷，當(dāng)你要從事一項非常重要的任務(wù)之前，你會覺得緊張，焦慮以至于手腳冒汗。這種心理反應(yīng)轉(zhuǎn)化成生理反應(yīng)的過程，我們是可以通過皮電傳感器探測出來。

Sensoree的心情毛衣利用皮電反應(yīng)感知人們的心情，并用不同顏色燈光表現(xiàn)。

皮電傳感器是測謊儀的重要組成部分，但它并不能測試出用戶的喜怒哀樂，只能感受到用戶心理狀態(tài)是否變化，而通過這種變化，我們可以得到一些結(jié)論。例如通過測謊儀的皮電傳感器感應(yīng)被測者說話時的心理變化，從而斷定是否說謊。

例如有研究表明，人們在一天的活動中，早晨剛醒以及晚上睡覺時候人體皮電反應(yīng)水平較低，而上午和下午的某一個時段的皮電水平相對較高，而這一時段正是我們學(xué)習(xí)或者工作效率最高的時段。

心率傳感器

作為個人健康設(shè)備的超級武器，以率傳感器可以通過監(jiān)測心率來追蹤運(yùn)動強(qiáng)度，不同的運(yùn)動訓(xùn)練模式等，并可以針對這一數(shù)據(jù)推算睡眠周期等與之關(guān)聯(lián)的健康行動數(shù)據(jù)。

目前心率傳感器有兩種，通過光反射測量的光電心率傳感器以及利用人體不同部位電勢測量的電極式心率傳感器。

前者盡管測量準(zhǔn)確度欠佳，但優(yōu)勢在于體積小，所以目前所有的移動終端都用該種方式測量。后者在醫(yī)院中測量心電圖的時候我們經(jīng)常會看到，通過測量人體不同點(diǎn)的電勢變化，從而測量出心率變化，該方法測量精準(zhǔn)，但必須同時監(jiān)測人體的兩個部位，而我們平時用手機(jī)和手表的時候都是單手接觸產(chǎn)品，所以無法做到持續(xù)監(jiān)測。

氣壓計

氣壓計是一個被埋沒但非常實(shí)用的小東西。它雖然僅能夠測量氣壓數(shù)據(jù)，但通過該數(shù)據(jù)我們可以精確得知機(jī)器的海拔高度。如果監(jiān)測一段時間內(nèi)的氣壓變化，還能獲得機(jī)器高度變化數(shù)據(jù)，從而為進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理做準(zhǔn)備。

有了氣壓計，戶外運(yùn)動員可以直觀的了解自己所在的高度；未來導(dǎo)航地圖不僅可以知道我們所在的平面位置，甚至還能知道我們所在的樓層，而這絕對是未來導(dǎo)航發(fā)展的必然趨勢；現(xiàn)在穿戴設(shè)備只能偵測人們每天所走的步數(shù)，而擁有氣壓計還能偵測所走過的樓梯數(shù)，從而令消耗卡路里數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。

穿戴式智能設(shè)備的出現(xiàn)， 為我們帶來了全新的生活方式?？纱┐髦悄茉O(shè)備的各類功能，都有賴各類傳感器功能性融合和創(chuàng)新來實(shí)現(xiàn)，因此，要開發(fā)出更精確，小型化，集成化的傳感器，才能滿足需求。未來，隨著現(xiàn)代“電子——傳感器”技術(shù)地不斷進(jìn)步，可穿戴設(shè)備將一如既往向前發(fā)展。