可穿戴設(shè)備如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互、云端交互

便攜式智能設(shè)備

?可穿戴設(shè)備?是指直接穿在身上或整合到用戶的衣服或配件中的便攜式智能設(shè)備。它們通過軟件支持以及數(shù)據(jù)交互、云端交互來實(shí)現(xiàn)多種功能，如健康管理、運(yùn)動測量、社交互動、影音娛樂等。?

1定義和分類

可穿戴設(shè)備不僅僅是一種硬件設(shè)備，更是一種通過軟件支持以及數(shù)據(jù)交互、云端交互來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大功能的設(shè)備。它們可以通過傳感器收集用戶的生物特征、運(yùn)動數(shù)據(jù)和環(huán)境信息等，并通過無線通信技術(shù)與手機(jī)、電腦或云服務(wù)器進(jìn)行連接。

技術(shù)特點(diǎn)

?傳感技術(shù)?：可穿戴設(shè)備通常配備各種傳感器，如加速度計、陀螺儀、心率傳感器等，用于收集用戶的生物特征、運(yùn)動數(shù)據(jù)和環(huán)境信息。

?無線通信技術(shù)?：通過藍(lán)牙、Wi-Fi或移動網(wǎng)絡(luò)與其他設(shè)備進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。

?能源管理技術(shù)?：由于設(shè)備通常使用較小容量的電池，節(jié)能技術(shù)和快速充電技術(shù)成為重要問題。

?數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)?：設(shè)備通常具有限制性的計算能力，需要將數(shù)據(jù)處理和分析功能盡可能地集成在設(shè)備中，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時的數(shù)據(jù)處理和分析。

?安全與隱私技術(shù)?：保護(hù)用戶的隱私和數(shù)據(jù)安全是非常重要的，安全技術(shù)如數(shù)據(jù)加密和身份驗(yàn)證可以幫助確保用戶數(shù)據(jù)的保密性和完整性。

應(yīng)用領(lǐng)域

可穿戴設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括健康管理、運(yùn)動測量、社交互動、影音娛樂等。例如，智能手表可以監(jiān)測心率、步數(shù)和卡路里消耗，智能眼鏡可以提供GPS導(dǎo)航和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，智能手環(huán)可以記錄睡眠質(zhì)量和運(yùn)動數(shù)據(jù)。

發(fā)展趨勢

隨著技術(shù)的進(jìn)步和用戶需求的變遷，可穿戴設(shè)備的形態(tài)與應(yīng)用熱點(diǎn)也在不斷變化。國內(nèi)廠商在上游關(guān)鍵器件方面還有較大的發(fā)展空間和提升潛力，市場競爭也十分激烈，各家廠商都在不斷推出新品以滿足不同用戶的需求和喜好。

歲末年初，每個行業(yè)都在忙著盤點(diǎn)上一年度的收成，同時抓緊尋找更具潛力的市場。經(jīng)過梳理我們發(fā)現(xiàn)，近一年，整個科技行業(yè)遇到了巨大的挑戰(zhàn)，這其中有一個市場卻走出了不一樣的行情，它就是可穿戴電子設(shè)備市場。

根據(jù)IDC最新數(shù)據(jù)，全球可穿戴設(shè)備市場在2020年第三季度同比增長35.1%，總出貨量達(dá)到1.25億臺。這種激增在很大程度上是由兩大因素推動的，一方面，蘋果(Apple)、三星(Samsung)等公司的新產(chǎn)品讓人們重燃對智能手表和耳機(jī)等熱門產(chǎn)品的購買熱情。另一方面，受疫情影響，人們外出旅行、就餐和其他休閑活動大幅減少，在電子產(chǎn)品上的支出在最近幾個月有了一定增加，尤其是與健康監(jiān)測密切相關(guān)的可穿戴電子產(chǎn)品。

圖1:按照產(chǎn)品類型劃分，2020年第三季度全球可穿戴電子設(shè)備出貨情況(圖源：IDC)

其實(shí)，上述原因很好理解。近一年，人們比以往任何時候都更加關(guān)注自己的健康狀況，從CES 2021上我們就能感受到這種風(fēng)潮。今年的CES雖然是“云”展覽，但展出的可穿戴產(chǎn)品仍然有很多看點(diǎn)，除了智能手表、智能手環(huán)這些經(jīng)典產(chǎn)品，健身類的可穿戴產(chǎn)品很是吸人眼球。Xenoma公司的e-skin EMStyle緊身衣就非常具有代表性，這是一款獨(dú)特的可穿戴產(chǎn)品，里面裝有24個電極，它能刺激人的肌肉，只需20分鐘就可以達(dá)到全身有氧鍛煉的效果。

圖2:Xenoma公司的e-skin EMStyle緊身衣(圖源：CES)

可穿戴設(shè)備發(fā)展的幾點(diǎn)猜想

健康和健身跟蹤功能一直是人們選擇購買智能手表的最重要原因，也是這些設(shè)備最常用的功能。隨著技術(shù)和產(chǎn)品應(yīng)用的不斷創(chuàng)新，可穿戴設(shè)備的產(chǎn)品種類也有了大幅度的擴(kuò)充，在智能手表和智能手環(huán)之外，接下來將有更多新穎且極具創(chuàng)造力的產(chǎn)品走進(jìn)我們的生

猜想一：醫(yī)療保健和健身功能重要性凸顯

隨著可穿戴式傳感器的不斷創(chuàng)新，以及5G、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)技術(shù)在可穿戴產(chǎn)品中的應(yīng)用，加速了產(chǎn)品服務(wù)和商業(yè)模式數(shù)字化進(jìn)程。在醫(yī)療保健領(lǐng)域，遠(yuǎn)程醫(yī)療、互聯(lián)健康概念逐漸被消費(fèi)者接受。因此，人們在選購可穿戴產(chǎn)品時將更加注重產(chǎn)品的醫(yī)療保健和健康監(jiān)測功能。

現(xiàn)在，心率監(jiān)測等功能已經(jīng)成為所有腕帶設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)配置，心電圖(ECG)測量等更先進(jìn)的功能正逐漸降低價格。雖然這些測量數(shù)據(jù)無法作為醫(yī)生診斷的依據(jù)，但用其預(yù)估一下自身的身體狀況還是沒問題的。

猜想二：可穿戴設(shè)備將擁有更多AI屬性

最近幾年，人工智能(AI)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，人們也在努力嘗試著把AI添加到所有事物中?，F(xiàn)在，Google Assistant和Alexa等語音助手已經(jīng)出現(xiàn)在手機(jī)和智能家居設(shè)備以外的地方，比如可穿戴設(shè)備，這都非常有潛力成為AI另一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。

眼下，F(xiàn)acebook等公司正在競相開發(fā)的腦機(jī)接口，從理論上講，它能讓人類只動腦不動手就能更新Facebook的狀態(tài)，效果有點(diǎn)兒類似于咱們常說的心靈感應(yīng)。另據(jù)報道，埃隆·馬斯克的Neuralink公司正在開發(fā)的一種腦機(jī)接口，借助可穿戴設(shè)備，就能讓嚴(yán)重腦損傷的人實(shí)現(xiàn)基本的生活自理。

猜想三：5G普及推動可穿戴設(shè)備直接聯(lián)網(wǎng)

隨著5G技術(shù)的進(jìn)一步普及，可穿戴設(shè)備直接聯(lián)網(wǎng)不再是夢想。屆時，智能手表不必通過智能手機(jī)就可以直接連接到網(wǎng)絡(luò)。對兒童和老年用戶而言，這個功能非常符合他們的使用需求。一方面可穿戴設(shè)備能夠監(jiān)控使用者的健康狀況，另一方面還能方便地與家人取得聯(lián)系。到時，可穿戴設(shè)備將擺脫輔助設(shè)備這一產(chǎn)品定位，進(jìn)而成為獨(dú)立的物聯(lián)網(wǎng)入口。

猜想四：可穿戴設(shè)備數(shù)據(jù)安全愈發(fā)重要

市場快速發(fā)展的同時，挑戰(zhàn)也無處不在，首當(dāng)其沖的就是數(shù)據(jù)安全問題。由于可穿戴設(shè)備在穿戴者身上每天都會創(chuàng)造大量數(shù)據(jù)，尤其是我們對可穿戴設(shè)備的接受程度越高，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)就越多。因此，可穿戴解決方案提供商需要在保護(hù)數(shù)據(jù)隱私方面采取更先進(jìn)的技術(shù)手段。

猜想五：在提升能源效率上還應(yīng)再加把勁

任何一個擁有可穿戴設(shè)備的人都對產(chǎn)品的能源效率問題有著深刻的理解。說到底，消費(fèi)者想要的是一款能夠集成更多功能的高性能設(shè)備，但它絕不能因此就每隔一個小時就要充一次電。低功耗應(yīng)該是企業(yè)在新產(chǎn)品開發(fā)過程中首先要考慮的重要事項(xiàng)。

百花齊放的可穿戴解決方案

根據(jù)IDC等機(jī)構(gòu)的預(yù)測，2021年可穿戴設(shè)備將迎來爆發(fā)式增長，全球出貨量預(yù)計超過5億臺。不斷上升的可穿戴設(shè)備市場為企業(yè)帶來了的商機(jī)，一場有關(guān)可穿戴技術(shù)的競賽也在悄悄進(jìn)行。其中不乏很多頗具創(chuàng)新力的初創(chuàng)企業(yè)，當(dāng)然也有一大批行業(yè)內(nèi)赫赫有名的大企業(yè)，比如STMicroelectronics(意法半導(dǎo)體)、Infineon(英飛凌)、TI、ADI、NXP(恩智浦)、TE、Bosch等。

ADI：專攻具有診斷級性能的可穿戴監(jiān)測方案

醫(yī)療健康是ADI持續(xù)發(fā)力的一個行業(yè)，公司的可穿戴技術(shù)和方案也是緊緊圍繞這一領(lǐng)域展開。從ADI公開的信息看，他們認(rèn)為遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)以及具有臨床級健康監(jiān)測功能的智能可穿戴將呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長。屆時，有健康隱患的消費(fèi)者只需佩戴一些心電、血氧的便攜監(jiān)護(hù)設(shè)備，醫(yī)生就可以遠(yuǎn)程對患者的健康狀況進(jìn)行判斷。

在可穿戴技術(shù)上，ADI提供的是一攬子解決方案，也可以說是完整的系統(tǒng)級解決方案。方案的最大特點(diǎn)是低功耗、診斷級性能、高集成/小體積。涉及傳感器、模擬信號處理、數(shù)字信號處理、無線通信等多種芯片，開發(fā)工具、算法等也包含在內(nèi)。

圖3:ADI可穿戴醫(yī)療保健設(shè)備系統(tǒng)框圖

STMicroelectronics：監(jiān)測社交距離的智能手環(huán)劃算又實(shí)用

STMicroelectronics(意法半導(dǎo)體)的可穿戴設(shè)備解決方案比較豐富，市場上熱門的智能手表、健身追蹤器、心率監(jiān)控器、運(yùn)動設(shè)備等，他們都能提供完整的參考設(shè)計，另有評估工具和軟件供用戶選擇。

去年6月份，ST推出了尺寸緊湊、經(jīng)濟(jì)劃算的可穿戴設(shè)備參考設(shè)計，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程配置激活、通知提示和防數(shù)據(jù)篡改功能，如果有特殊需求，還能提供接觸者溯源功能。該方案適合設(shè)計用于工廠、辦公室、醫(yī)療機(jī)構(gòu)等露天或封閉工作環(huán)境的智能手環(huán)和手鐲，疫情期間可將其用于監(jiān)測人員的社交距離。

在這個方案采用了RF輸出功率可調(diào)的超低功耗BlueNRG-2系統(tǒng)芯片，與其S2-LP sub-1 GHz超低功耗RF收發(fā)器搭配使用，通過Sigfox “0G”全球網(wǎng)絡(luò)，這個基礎(chǔ)款參考設(shè)計還可增加標(biāo)簽和云端之間的雙向通信功能，支持私有和匿名標(biāo)簽配置、通知，以及用于緊急通知的報警回路。為了節(jié)能省電，延長電池續(xù)航時間，超低功率組件上還增加了一個MEMS加速度計，在設(shè)備不移動時關(guān)閉電源。

圖4:ST社交距離監(jiān)測參考設(shè)計

TI：數(shù)十種參考設(shè)計力求覆蓋更多可穿戴應(yīng)用

TI提供的個人電子產(chǎn)品解決方案中，可穿戴設(shè)備占有重要一席。針對這一應(yīng)用領(lǐng)域，TI官網(wǎng)上發(fā)布的參考設(shè)計多達(dá)七十余種，涵蓋了傳感、前端、控制、無線連接、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、音頻、DLP等。小編認(rèn)為TIDA-01580很有必要拿出來說一說。因?yàn)檫@是一款用于創(chuàng)建新一代無線患者監(jiān)護(hù)儀的參考設(shè)計，非常符合當(dāng)下的市場需求。

心電圖(ECG)或光體積描記法(PPG)可穿戴式監(jiān)護(hù)系統(tǒng)近年來越來越流行。可穿戴式監(jiān)護(hù)儀通過用不太顯眼的干電極代替冗長、笨重的電線，能顯著提高患者的舒適度，移動性也得到極大增強(qiáng)。

圖5:TI公司ECG或PPG可穿戴式監(jiān)護(hù)系統(tǒng)參考設(shè)計

圖5是TI使用AFE4900單片生物傳感前端進(jìn)行同步ECG和PPG測量的可穿戴、無線、多參數(shù)患者監(jiān)護(hù)儀參考設(shè)計。該參考設(shè)計集成了靈活的LED驅(qū)動器和完整的光電二極管接收器鏈，通過串行外圍接口(SPI)(或I2C)與集成了RF收發(fā)器的CC2640R2F SimpleLink Bluetooth低功耗無線MCU通信。

經(jīng)過十幾年的發(fā)展，可穿戴技術(shù)有了長足的進(jìn)步。在軟件上，先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法允許將簡單的傳感器輸入轉(zhuǎn)換成更具可操作性的健康或活動數(shù)據(jù)。在硬件上，芯片的尺寸正在變得越來越小，性能越來越高，這些都非常有利于可穿戴設(shè)備的設(shè)計。