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如何創(chuàng)建準(zhǔn)確的性能跟蹤運(yùn)動可穿戴設(shè)備

星星科技指導(dǎo)員 ? 來源:ADI ? 作者:ADI ? 2023-06-28 11:27 ? 次閱讀

無論您是在周末長跑還是參加休閑或?qū)I(yè)級別的運(yùn)動,您都可能對準(zhǔn)確的方式來跟蹤您的進(jìn)度和表現(xiàn)感興趣。可穿戴設(shè)備提供了一種解決方案。

根據(jù)分析公司MarketsandMarkets的研究,到31年,體育技術(shù)市場預(yù)計將達(dá)到1億美元,可穿戴設(shè)備是最大和增長最快的細(xì)分市場。這也難怪,配備生物傳感器的可穿戴設(shè)備會不斷收集數(shù)據(jù),并以方便舒適的形式出現(xiàn),例如腕帶、衣服、胸帶、腰帶和珠寶。當(dāng)使用復(fù)雜的算法分析這些數(shù)據(jù)時,佩戴者可以獲得有關(guān)運(yùn)動表現(xiàn)和整體健康狀況的寶貴見解。

更明智地進(jìn)行健身

可穿戴設(shè)備可以跟蹤心率、血氧水平、壓力水平、體溫和睡眠質(zhì)量等關(guān)鍵參數(shù)。然后,用戶可以將這些見解應(yīng)用于更高效的鍛煉、更好的慢性病管理、更積極的預(yù)防性護(hù)理以及更個性化的醫(yī)療保健模式。特別是對于運(yùn)動員來說,這些設(shè)備和軟件工具可以幫助進(jìn)行球員安全評估、預(yù)防鍛煉損傷以及身體調(diào)節(jié)和表現(xiàn)。例如,基于射頻技術(shù)的跟蹤系統(tǒng)可以跟蹤籃球運(yùn)動員的加速度、跳躍和其他動作。

有效的可穿戴運(yùn)動技術(shù)必須高度準(zhǔn)確,提供有用的測量,在兩次充電之間長時間運(yùn)行,并且舒適且不引人注目。底層技術(shù)在實(shí)現(xiàn)這些特征中的每一個方面都起著關(guān)鍵作用。

生物傳感器揭示健康洞察寶庫

連續(xù)心率監(jiān)測提供心跳到心跳的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)是心率變異性的指示,它告訴了很多關(guān)于身體的信息

對運(yùn)動的反應(yīng)如何

它從活動中恢復(fù)得如何

體能水平和任何相關(guān)改進(jìn)

它跟蹤目標(biāo)的程度如何

活動期間的剩余能量

提供此類數(shù)據(jù)需要光學(xué)機(jī)械設(shè)計專業(yè)知識、低功耗電氣設(shè)計知識和算法能力。至于組件,理想情況下,它們應(yīng)該是精確的,小的,并且消耗很少的功率。

光學(xué)傳感器的進(jìn)步是可穿戴健康和健身監(jiān)測解決方案功效的重要貢獻(xiàn)者。傳感器現(xiàn)在可以準(zhǔn)確監(jiān)測光電容積脈搏波 (PPG)、體溫和其他生命體征。現(xiàn)在甚至還有用于可穿戴設(shè)備的生物傳感器模塊,這些模塊集成了多個參數(shù),例如同步PPG和心電圖(ECG)監(jiān)測。PPG使用光來詢問組織,提供心動周期中組織中血液體積變化的光學(xué)測量。另一方面,心電圖使用電極來測量心臟中的電信號。兩者都可用于提供心率測量,ECG傳感器還可以產(chǎn)生可靠的心率變異性數(shù)據(jù)。然而,PPG監(jiān)測尤其具有挑戰(zhàn)性,因?yàn)樗鼤艿江h(huán)境光、不同皮膚狀況和顏色、血液灌注和身體運(yùn)動偽影的影響。

將光學(xué)傳感技術(shù)集成到可穿戴設(shè)備中的挑戰(zhàn)將因終端設(shè)備而異。例如,從智能手表獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果將比在入耳式監(jiān)聽器中更難。手腕是一個血液灌注低和運(yùn)動量大的區(qū)域,會產(chǎn)生影響讀數(shù)的噪音。耳朵的血液灌注更高,因此可以產(chǎn)生更精確的測量結(jié)果。

開發(fā)平臺加快您的可穿戴設(shè)計周期

半導(dǎo)體解決方案的進(jìn)步解決了可穿戴設(shè)計的精度、功率效率和尺寸挑戰(zhàn)。例如,Maxim長期以來一直專注于開發(fā)能夠提供洞察力的產(chǎn)品,以實(shí)現(xiàn)更健康的世界。例如,MAX-HEALTH-BAND 是一個評估和開發(fā)平臺,它流式傳輸來自傳感器的原始數(shù)據(jù)或處理原始數(shù)據(jù)以輸出心率、心率變異性、活動分類、卡路里消耗和步數(shù)信息。該平臺可以縮短長達(dá)六個月的開發(fā)時間,包括:

MAX86140超低功耗光學(xué)脈搏血氧儀/心率傳感器(圖3),具有低噪聲信號調(diào)理模擬前端(AFE),包括19位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC)、環(huán)境光消除電路和柵欄檢測和替換算法。糾察柵欄算法可在不同的光線條件下(如陰影和強(qiáng)光)下始終如一地進(jìn)行準(zhǔn)確的心率檢測。

wKgaomSbrLeAAjg-AAD_oBj5P1Y807.png


圖2.MAX86140原理框圖

MAX20303可穿戴電源管理ICPMIC)(圖4),包括具有自動諧振跟蹤功能的偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量(ERM)/線性諧振執(zhí)行器(LRA)觸覺驅(qū)動器、微靜態(tài)電流升壓和降壓穩(wěn)壓器、線性鋰離子電池充電器、微靜態(tài)電流低壓差(LDO)穩(wěn)壓器和可選的電量計

Maxim的運(yùn)動補(bǔ)償算法,基于PPG信號提取數(shù)據(jù)

MAX-ECG-MONITOR 為監(jiān)測臨床級心電圖和心率提供了一個評估和開發(fā)平臺。它有用于臨床應(yīng)用的濕電極貼片,以及用于健身應(yīng)用的胸帶。該平臺包括MAX30003超低功耗、臨床級、集成生物電位AFE,提供ECG波形和心率檢測。其連續(xù)測量可用于趨勢型或預(yù)測型應(yīng)用。由于該平臺的內(nèi)置心率檢測功能包括中斷功能,無需在微控制器上運(yùn)行心率算法,因此可在高運(yùn)動環(huán)境中以極低的功耗產(chǎn)生強(qiáng)大的R-R檢測。該平臺通過幾個關(guān)鍵特性支持較長的電池壽命:在 85.1V 電源電壓下以 1μW 工作,以及允許微控制器僅在每次心跳時喚醒的可配置中斷,從而降低整體系統(tǒng)功耗。

總之,從可穿戴外形提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)需要精確、節(jié)能且小巧的基礎(chǔ)技術(shù)。IC供應(yīng)商正在為設(shè)計人員提供資源,以創(chuàng)建智能手表,胸帶,服裝和其他可穿戴設(shè)備,以提供連續(xù),實(shí)時的健康和健身見解,以塑造其性能。本文的擴(kuò)展版本最初出現(xiàn)在電源系統(tǒng)設(shè)計中。

審核編輯:郭婷

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