传感器技术的可穿戴式设计

有一个广泛的传感器正在评估耐磨的应用,新的设计架构新兴那些旨在促进新的应用,降低了系统的体积和重量,并延长电池的使用寿命。 

传感器的可穿戴式的设计可以从一个简单的传感器有所不同一个狗皮膏药,它通过无源无线连接到集线器的设备,所有的方式,通过智能手表的便携包与不同的传感和无线技术连接林立。这一切是导致取决于目标应用,而这又是驱动模块化开发系统不同的传感器结构,可与各种传感器和实现的可能需要。应付 

加速和数字罗盘传感器正被用于导航,因为这些可穿戴的设计是移动的,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。 

飞思卡尔的Xtrinsic加速计MMA9553示意图

图1:飞思卡尔的Xtrinsic加速计MMA9553经过专门设计,以充当一个可穿戴式设计其他传感器的中心。 

通过包括微控制器,传感器一起,设备可以在可穿戴式设计管理其他传感器。这由从中央处理器服用的计算负载,距离减少了需要具有所有直接连接的传感器减少了硬件设计的复杂性。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。 

健康监测 

的耐磨设计的最直接的应用是测量人体的性能与一系列新的医学传感器中被充分考虑这种可穿戴设计开发的。在健康生活越来越公众利益推动活动监控的出现,与一些设备已经上市。中 

与身体区域网络(BAN的)技术在IMEC比利时和霍尔斯特中心开发的支持与准确,无创监测健康监控设备临床级的功能。这是更有效和更经济的医疗服务铺平了道路。 

三星正在与IMEC,可以结合被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上。该Simband平台使用的技术来自其母公司,IMEC在霍尔斯特研究中心在埃因霍温的发展。这已被推出作为一个参考平台为开发者使用新的传感器除了已有的可穿戴式设计相结合。 

三星Simband的图像

图2:Simband由三星开发的采用了新的LED感应技术来自IMEC,霍尔斯特健康测量。 

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在皮肤的不同层中的氧,并给予脉冲的读数。与心电图测电结合这表示时间为血液在手腕到达,提供血压的估计。该Simband措施14 x 34英寸毫米,采用了1GHz的双核ARM A7,结合了处理器的Wi-Fi和蓝牙连接28纳米单芯片。它还使用称为三星架构多式联运交互(SAMI)一个新的基于云计算的开放软件平台。这从各种来源收集数据,聚集它并将它显示在可穿戴设备上。它通过使传感器能够安全数据存储在云不管源的格式或结构的延伸这一点。SAMI也将允许数据由个人控制的第三方生成它,而不是,使个人健康数据可以更好的保护。 

IMEC也已与可穿戴技术的多家公司合作。随着霍尔斯特,其与奥林巴斯合作开发一种新的低功耗单道心电图(ECG)采集芯片,可以在体内被植入。在芯片中的模拟特征提取允许由一个数字信号处理器在智能手表在选定频带中的信号活动的精确监控。 

IMEC和奥林巴斯的低功耗单道心电图传感器的图像

图3:低功耗单道心电图传感器已经由IMEC和奥林巴斯开发了 

全新的低功耗心电采集芯片用在所有功能被激活,功耗仅为680 nA的推进国家的最先进的,也是提供有竞争力的表现,如输入信噪比大于70 dB和一个共模抑制CMRR>90分贝无需任何外部无源组件。 

感温也是一个可佩戴的设计的一个关键因素,并且MCP9700 / 9700A和MCP9701 / 9701A家族从线性有源热敏电阻Microchip的技术 包括低成本,低功耗的传感器,具有±2°C的精确度在0°C至+ 70°C为MCP9700A / 9701A和±4℃,在0°C至+ 70° C显示了MCP9700 / 9701,而通常耗时6μA电流。不像电阻传感器,如热敏电阻,线性有源热敏电阻IC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,从而降低成本和功耗。 

MCP9700的/ 9700A和MCP9701 / 9701A的温度系数被缩放,以提供一个1℃/对于8位ADC的2.5伏和5 V的基准电压位分辨率此为需要的温度的相对变化的测量应用一个低成本的解决方案,无论是外部温度或穿用者的温度。当测量从+ 25℃,±1℃的典型精度可达到相对温度变化。 

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PCB布局的灵活性,因为设备可以从微控制器,当空间是在一个可穿戴式设计的溢价一个有用的功能可以远程定位。在输出端连接电容也有助于通过降低高于或低于输出瞬态响应。然而,不要求电容负载传感器输出的稳定。 

飞思卡尔已经把一系列在其传感器塔开发系统,可用于原型可穿戴系统的不同的技术。塔台管制是模块化和可扩展与提供易于使用,可重构硬件一起为通信,存储和图形LCD,使定制容易更换的外设模块模块。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,他们需要快速地开发各种可穿戴的基石从一个共同的平台的产品设计。 

飞思卡尔的塔式开发系统的图像

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,并很容易地编程,以加速可穿戴系统的设计 

与其他可穿戴的解决方案中,新的平台不限于只有一个外形或产品类别。高度灵活的系统级设计工具支持嵌入式无线充电,整合了可扩展性和灵活性的混合架构内的处理器和传感器,并配有开源软件。穿戴式装置参考平台(WARP)是针对多个垂直细分领域,如体育显示器,智能眼镜,活动跟踪器,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应用程式处理器为核心处理单元,支持Android操作系统,并集生产级硅,软件和硬件。混合架构的材料清单(BOM)低法案进行了优化,具有飞思卡尔的Xtrinsic MMA9553交钥匙计步器,FXOS8700电子罗盘和一个ARM的Cortex-M0 +的Kinetis KL16微控制器。 

该MMA9553结合加速度计的MEMS传感器,信号调理,数据转换和为智能,高精度32位可编程微控制器,动作感应能够管理多个传感器输入的平台。该装置可以作为其它传感器的轮毂,使得对于复杂的应用,例如手势识别,计步器功能,倾斜补偿和校准和活动监测所需的系统级的决策。 

在MMA955xL器件进行编程,并与CodeWarrior开发套件构造成用于微控制器软件,10.1或更高版本。本标准集成开发环境(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口,MMA955xL设备可以管理辅助传感器,例如压力传感器,磁强计,或陀螺仪。这使得传感器的初始化,校准,数据补偿,和计算功能从系统应用处理器被卸载的。该MMA955xL还作为智能传感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。 

该混合架构允许设计者解决了新的机会随着市场的发展,以及扩展和从硬件和软件的角度定制自己的设计,开发单一产品或与一系列不同的传感器设备的投资组合。 

结论 

在耐磨设计中越来越多地使用传感器是推动创新无论是在传感器技术和系统架构。采用可编程的,可变的LED来提供医疗检测,以连接到云集成,推动了新一代的全球巨头如三星,健康监测应用程序和设备 

使用关键的传感器,如加速计用于其他传感器集线器允许系统设计人员尽量减少对中央处理器的负载,减少尺寸和成本,并提高电池的寿命。在这种方式中,传感器结构的仔细考虑的是使待开发的新一代可穿戴设备和应用。 

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