可穿戴中的传感器你都了解几个?

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    如果你了解智能穿戴的话,应该对其中内置的传感器都不陌生,比如大家非常熟悉的光学心率传感器,而正是因为光学心率传感器的普及,也让心率监测的成本变得更低,而且我们也在越来越多的智能穿戴设备中见到了它的身影。那么除了常见的心率传感器之外,还有哪些隐藏在智能穿戴设备内部的传感器呢?今天我们就来仔细盘点一下。

1、加速度传感器

    在智能手环的传感器中,运动传感器最为基础,它包括了加速度传感器、陀螺仪、电子罗盘传感器、大气压传感器等,其中加速度传感器和陀螺仪应该是大家都比较熟悉的两个,通过测量方向和加速度力量,判断设备是否移动,从而达到计步的目的,而通过收集的数据匹配用户正在进行的运动类型,进而监测用户的步行数、卡路里消耗量等,实现智能设备最基本的功能。

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2、光学心率传感器

    光学心率传感器是智能手环最常用的心率监测装置,当电容灯光射向皮肤,透过皮肤组织反射回的光被光敏传感器接受并转换成电信号再经过电信号转换成数字信号,再根据血液的吸光率就能测算出心率,随着成本的不断降低,光学心率传感器已经成为智能穿戴设备中最为普及的传感器之一。

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3、生物电阻抗传感器

  作为另一种监测心率的传感器,生物电阻抗传感器在智能手环中比较常见,例如曾经的Jawbone UP3手环中就采用这种方式来监测心率。其原理也比较容易理解,它可通过生物肌体自身阻抗来实现血液流动监测,并转化为具体的心率、呼吸率及皮电反应指数,是一种更先进的综合生物传感器。

    不过这个方法的缺点也比较明显,比如电路比较复杂、占PCB空间比较大、易受电磁干扰、测量时传感器必须紧贴皮肤等,所以目前在智能手环中已经比较少用到了。

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4、全球定位系统(GPS)

    手机的定位大家都比较熟悉,不过定位系统在智能手环或手表中的普及率并不算很高,只有一些专业级的运动手环或手表才具备GPS芯片,而且由于成本较高,此类产品的的价格也会更高。比如佳明fenix5X,其中便内置了GPS、GLONASS、北斗卫星定位系统,它可以用于记录用户的地理位置、跑步路线,实现轨迹规划、航迹返航,对于喜欢户外运动的人群来说是绝对的刚需。

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5、皮电反应传感器

   皮电反应传感器是一种更高级的生物传感器,用来测量人的唤醒度的,而唤醒度经过大量科研实验证明是和人的关注度和参与度紧密联系在一起的,通常配备在一些可以监测汗水水平的设备上。专业的角度来讲,人体的皮肤电阻、电导随皮肤汗腺机能变化而改变,这些可测量的皮肤电改变称之为皮电活动(EDA)。心理生理学家对心理上引起的汗腺活动进行测量,来研与之相关的心理活动,这也是一些手环可以提供用户心情指数的重要依据。

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6、温度传感器

    顾名思义,温度传感器主要用于检测用户表皮的温度,它通过与用户皮肤的直接接触,测量出皮肤的表层温度,不过由于手表佩戴方式决定了,体表温度并不能够代替体温,而仅仅能够作为一种间接地参考数据,同时在智能手环中应用的相对来说还比较少。

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7、气压传感器

   气压传感器大家应该也比较熟悉,它可以测量用户所在位置的气压大小,从而计算出海拔高度,在运动手表或手环中应用比较普遍,通过在运动过程中微弱的气压变化来计算出所在位置的高度变化,同时精确度在10层楼的高度运动过程中可以控制在10CM以内,大到攀岩、小到爬楼梯的数据都可以实现监测,也是专业运动手表中不可或缺的传感器之一。

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8、电容传感器

    这个相对来说可能很少被提及,不过应用的其实很广,例如很多手环有一个脱腕检测功能,其实就是利用电容传感器监测到电容电压的变化,从配合算法自动检测用户是否佩戴手环,及时给予用户提醒,甚至还能起到一定的防丢作用。此外,电容传感器其实还可以避免没有佩戴手环场景下的睡眠误判、心率监测等。

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9、霍尔传感器

    霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器,它在手环或耳机中都有应用。它主要通过手环腕带上内置磁铁,感应耳机或腕带之间磁通量的变化,判断耳机或手表/手环是处于佩戴的状态,同时也可以控制耳机的播放/暂停,实现“摘下即停、戴上即听”的功能。

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  罗姆就有一款霍尔传感器 BD7411G ,很好的诠释了磁场传感器的完美特性。

  霍尔传感器是利用霍尔效应(Hall Effect)来检测磁场的,本质上还是洛伦兹力起作用。霍尔传感器出现的历史已比较久了,我所知道的是用来检测电动机转速的应用很多,比如在无刷电机里面就能找到这种元件,成本也很便宜。因为没有机械的动作,所以作为磁敏元件霍尔传感器比干簧管的响应速度要快得多。用在简单的位置传感上比如门窗开关检测也是很容易想到用它来替代干簧管的。

  ROHM套件里面的BD7411G可能是很老的型号了(我没有应用经验,仅仅从手册里面推测),在手册的表里面,列出了下面一些霍尔传感器的型号

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  BD7411G的工作电流比其它型号大了几百倍,唯一特点是可以在5V下工作(也只能在5V)。规格参数上看,不符合低功耗使用的需求了,不知道ROHM为什么在套件中选择了这一款。

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因为输出是H/L两种电平,写个程序来测意义不大了。直接连LED,甚至不用SensorShield都可以测试。我不了解目前霍尔传感器的水平进步到什么程度,就不评价性能了。简单体会下,用了几个小磁铁试了试,靠近了检测还是很灵的。我手边有一把常用的世达的防磁镊子,镊子头部贴到BD7411G上面,也能让它输出翻转。

10、环境光传感器

    在智能穿戴产品中,智能手表的续航一直是一个痛点,而为了进一步延长续航,环境光传感器几乎成为了智能手表的标配之一。在原理方面,环境光传感器可以感知周围光线情况,并告知处理芯片自动调节显示器背光亮度,降低产品的功耗,同时环境光传感器也被广泛应用在手机、笔记本、平板电脑等移动设备上。

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总结:

    以上就是是个在智能穿戴产品中经常会被提及的传感器,也正是因为在智能穿戴产品中集合了如此之多的传感器,才让智能穿戴设备拥有了众多个性化的功能,了解这些功能背后的传感器,也更有助于我们了解智能穿戴类产品,在购买时也能够根据自己的需求,选择出最合适的产品。

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