IHS预计,消费者对各种可穿戴设备的强劲需求将导致可穿戴设备中使用的传感器出货量激增,预计在2019-2020年间增长七倍; 2018年可穿戴传感器出货量为6万台,预计2020年约为8万台。
明年将翻倍达到1.75亿台,全年出货量预计为4.66亿台。
由于每件可穿戴设备中都有多个传感器,且传感器的类型和功能多样,因此可穿戴传感器的增长速度将远高于可穿戴设备。
可穿戴传感器的分类 1. MEMS运动传感器 自2007年以来,MEMS传感器已被嵌入到手机、车辆、可穿戴设备、智能家居等各种电子设备中。
随着技术的进步,面临的问题是MEMS缺乏应用,即MEMS能做什么。
本文简要总结了MEMS器件的基本原理以及MEMS器件在各种产品中的应用。
加速度传感器及应用 加速度传感器的工作原理用弹簧来比喻就很容易理解了。
当弹簧在振动过程中收缩或膨胀时,距离会发生变化。
两端相当于两级电容。
当距离改变时,电容输出也会不同。
当然,当我们看加速度传感器时,它的第一个参数是RAGE,相当于测量范围。
手机上基本上都是2g。
现在MEMS器件最大可以扩展到8g,用于类似的游戏控制器上打网球。
即使轻微晃动也能检测到,但如果是2g,就没有办法识别是近还是远了。
另一个参数是分辨率。
12bit在手机上用的比较多,最简单的可能是6bit,比如横竖屏的切换。
加速度传感器的主要应用有哪些?第一个是简单的横竖屏;第二个是翻转应用程序。
最初,翻转应用与翻转屏一起使用,但体验不佳,很多手机没有此功能;第三个是计步器应用程序。
当时日本很多手机也采用了它,技术也非常成熟。
比如走路的时候,测量的时候,就会是非常准确的。
例如,如果手环或手表的操作空间有限,您可以双击启动应用程序;五是手势识别,检测左右倾斜和倾斜角度。
例如,在装饰家居室内装饰时,您曾经拿着一根墨线。
墙上现在有激光水平仪,但不能确定放置的设备的水平面是否平坦。
如果测量范围为4g,分辨率为12bit,则加速度传感器的精度非常高。
第六个应用是防盗。
当配备传感器的设备被拿起时,警报就会响起。
第七个应用是自由落体检测。
例如,现在的笔记本电脑摔落,外观可能会损坏,但硬盘不会损坏。
因为里面有一个加速度传感器,它会立即检测到它,并使磁头离开磁盘。
第八是检测振动。
当洗衣机放置不正确时,振动时声音会很大。
传感器可以检测振动频率,防止整个物体与外界物体产生共振。
最后,最典型的游戏应用就是手柄,具有合适的体感手感。
有较大的改进。
磁力计原理和应用 磁力计检测地球磁场。
地球磁场是所有磁场中相对较弱的一环。
任何有铁技术的东西,包括手机里的一些屏蔽罩、一些连接按键、一些卡槽都会产生磁场,这些磁场可能比地球磁场大得多。
磁铁最常见的应用是地图方向指示。
GPS只能确定经度和纬度。
有了磁铁,就可以知道东、西、北、南。
在家庭中也有应用,比如在门上加一块磁铁,可以检测开门和关门过程中的角度,从而判断门是否锁上。
当然,磁铁也可以用来定位,因为地球每个点的分布是不一样的。
另一个应用是室内定位和导航。
根据设定的位置目标,磁铁可以确定你正在向哪个方向行走。
步行可以确定你在室内行走的距离,但目前还没有大规模使用。
首先,因为算法精确。
到什么程度?第二个问题是谁提供室内地图。
气压计原理及应用 气压计集成了一些海拔算法来计算海拔高度。
最典型的应用是三维GPS导航。
如今,许多城市都有高架桥。
无论你是在高架桥上还是高架桥下方,精度为30cm的气压计都可以轻松解决这个问题(高架桥高度大于7m)。
气压计还可以进行天气预报。
事实上,天气预报基本上是通过累积变化来预测的,我们可以知道更长期的天气变化。
飞思卡尔MPR产品的触摸传感器可用于通过按下按钮直接解锁门。
例如,屏幕较大的手机可以用作手机壳。
外壳上有不同的按钮,可以通过按钮连接到手机。
这个应用程序也很有趣。
还可以做一些传感应用,相当于光线不好或者没办法看清楚键盘的时候直接点击键盘。
传感器被广泛使用。
飞思卡尔的可穿戴解决方案具有相当于BLESOC加计步器算法的应用。
例如,MMA集成了所有计步器算法(包括手势识别等算法)。
好处是这个计步器可以进一步识别你的步行、跑步、慢跑,并且可以计算你的卡路里。
而快乐只有在事物相互作用时才会到来,比如朋友圈手环的PK运动里程。
飞思卡尔可以通过各种SENSOR和一些相关SENSOR算法的集成来开发更多的应用。
接下来,更多的手环产品会带来更多的显示东西,所以飞思卡尔会有很多产品。
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传感器技术越来越多地应用于手机、可穿戴设备和各种电子设备中,随之而来的是长时间待机和功耗的问题。
例如,如果手机整个CPU进行SENSOR计算,其运算量非常大,需要独立的协处理器SensorHub。
飞思卡尔懂处理器,也做MCU,这是它最大的优势。
主要功能:运动监测、导航、娱乐、人机交互国内传感器企业:美芯半导体、明豪传感、思锐科技、申迪半导体、士兰微电子、民芯微电子等典型设备:Nike+ FuelBand、Jawbone Up 的生活、 Fitbit Flex、咕咚手环、Pebble、Geak Watch、InWatch、Galaxy Gear等都在于运动,运动是生活中不可或缺的重要组成部分。
因此,通过运动传感器随时随地测量、记录和分析人体活动具有重要价值:用户可以了解跑步步数、游泳圈数、骑行距离、能量消耗和睡眠时间等。
图2所示基于运动传感器的可穿戴设备的发展历史。
从简单的计步器到复杂的智能手表,传感器数量“日益增多”,运动监测“精益求精”。
基于运动传感器的可穿戴设备的发展历史 2。
生物传感器 生物传感器:血糖传感器、血压传感器、心电传感器、肌电传感器、体温传感器、脑电波传感器等 功能:健康医疗监测、娱乐家用传感器 公司:深念科技、民芯微电子、新民微系统、Nanocore微电子等典型设备:CardioNet MCOT?、康康血压计、中卫莱康腕式心电监护仪、iHolter(心安宝)、秘念猫耳健康警报与状态监测——借助可穿戴技术,医生可以提高医疗水平诊断和家属可以更好地与患者沟通。
以康康血压为代表的可穿戴医疗设备与专业医疗机构合作,长期跟踪监测数千万用户的身体数据,分析和提炼医疗诊断模型,预测和塑造用户的健康发展,为用户提供为患者提供个性化的心血管医疗健康管理方案,也帮助家人关爱亲人的健康状况。
康康血压——带温度的智能血压计 此外,以秘心猫耳为代表的可穿戴设备通过脑电、心电等传感器感知人类情绪变化,实现娱乐和互动。
比如,在电视相亲活动中,当女嘉宾看到自己喜欢的人,大脑处于高度兴趣的状态时,猫的耳朵就会高高竖起,来回转动,表达自己的爱意。
秘念猫耳-读懂少女心 3、环境传感器 环境传感器:温湿度传感器、气体传感器、pH传感器、紫外线传感器、环境光传感器、颗粒物传感器、气压传感器、麦克风等功能:环境监测、天气预报、健康提醒国内传感器企业:康盛科电子、维盛电子、爱普科微电子、新晨科技、敏芯微电子、新奥微传感等典型设备:PM2.5便携式检测仪、AirWaves口罩、便携式个人综合环境监测终端环境监测保护健康。
马斯洛理论将人的需求分为五种类型,从低到高像阶梯一样,逐级上升,即:生理需求、安全需求、情感需求、尊重需求和自我实现需求。
现在生理需求一般都能得到满足,其次是安全需求,即保证身心健康不受威胁的需求。
事实上,人们经常暴露在威胁健康的环境中,比如空气/水污染、噪音/光污染、电磁辐射、极端气候等。
更可怕的是,很多时候我们正处于这样的环境中而不自知。
比如PM2.5污染,会引发各种慢性疾病。
趁着这一市场机遇,初创公司宇程科技利用颗粒物传感器推出了目前市场上最小、最轻的空气质量检测设备——PM2.5便携式检测仪。
该探测器可以佩戴在人体上,可以单独显示,也可以与手机结合显示并与朋友分享。
PM2.5便携式检测仪 健康=基因+生活习惯+环境 中国健康医疗领域可穿戴设备的需求基础:(1)中国老龄化趋势加剧(如图6所示),独居老人数量增加,和劳动力成本的上升是可穿戴医疗设备增长的根本。
(2)慢性病年轻化、病程延长、需求增加。
(三)我国医疗资源严重不足,医患比例失衡。
通过可穿戴设备进行个性化健康管理可以减少就诊次数。
图7和图8显示了中国男性和女性的主要健康问题。
数据来自《第二届中国城市健康状况大调查》。
图:老年人口增长情况及老年人口占总人口的比例。
图:男性主要健康问题的构成。
女性主要健康问题的构成。
人体健康主要有基因、生活习惯和环境三个影响因素,即公式:“健康=基因+生活习惯+环境”。
通常基因是“命中注定”的,无法改变,即常数;而健康、生活习惯是可以改变的,环境也是可以“回避”的,它们都是变量。
针对“多变”的健康、生活习惯和环境,可穿戴设备可以分别通过生物传感器、运动传感器和环境传感器对用户进行监测和提醒,以改善人类健康和生活质量,并且有海量的用户临床数据。
商业价值和社会价值。
然而,目前市场上的可穿戴设备往往仅使用一种传感器来实现一种变量监测功能,难以实现全面有效的健康反馈系统。
因此,多传感器融合的创新应用备受市场期待。
比如,当生物传感器“监测”到人体血压、血脂过高时,它会警告用户改变不良生活习惯,加强体育锻炼;那么,运动传感器负责“监督”人体的日常运动,环境传感器则负责“监测”人体周围的环境。
环境条件(例如是否存在吸烟和环境污染);最终,通过三类传感器的有效配合,心血管疾病得到很好的控制。
正确的慢性病管理可以避免急诊和住院,减少就诊次数,节省费用和人力成本。
关于移动医疗服务效果的全球临床研究表明,出院后远程监护可以减少患者的医疗费用、延长就诊间隔时间、减少住院时间,如表1所示。
通过可穿戴设备实现个性化医疗 全球临床关于移动医疗服务有效性的研究 疾病研究区域 研究主题 研究结果:降低成本 糖尿病 在美国出院后进行远程监测可以将每位患者的总医疗成本减少 42% 高血压 无线远程设备将关键生命体征信息传输到电子病历中。
就诊间隔时间增加了 71%。
心力衰竭欧盟对接受起搏器植入手术的患者进行远程监测,使住院时间减少了 35%;减少出院后就诊的次数。
10% 的时间现在,如果你在街上看到有人戴着 Google Glass 或 Pebble 智能手表,人们会再看一眼,并认为这是一个新玩意。
但在科学研究领域,研究人员已经开始准备开发下一代可穿戴设备,其中让我们惊讶的有“电子皮肤、智能隐形眼镜、pH胶囊”。
可穿戴传感器主要制造商及其解决方案随着物联网社会的到来,检测并输出无限接近人类感受和动作的信息的技术将变得越来越重要。
可穿戴式可穿戴设备如传感器和相机组件等MEMS器件被嵌入手表和眼镜中。
多个传感器组合使用的产品、传感器融合应用,以及通过互联网连接传感器检测到的各种信息等应用,未来将有很大的发展空间。
从运动检测、环境传感到压力测试,MEMS解决方案已经渗透到人们生活的方方面面。
随着可穿戴设备的发展,未来的传感器必须更加小型化、集成化更快。
MEMS技术将日益占据主导地位。
例如,地磁传感器需要与加速度传感器集成。
传感器解决方案的主要制造商 1. 德州仪器 (TI) 在便携式消费电子应用中实现非接触式温度测量。
TMP 基于 TI 在 MEMS 技术方面的专业知识而开发,是首款新型超小型、低功耗、低成本无源红外温度传感器,其功耗比现有解决方案低 90%,尺寸也更小。
但它的尺寸缩小了 95% 以上,从而能够在新市场和应用中进行非接触式温度测量。
2. 微机械IC行业先驱Analog Devices, Inc. (ADI)推出首款全集成iMEMS(集成微机电系统)加速度计和陀螺仪。
此类产品已通过TS-9和QS认证,ADI将不断改进产品和工艺,以满足不断增长的客户需求。
20 多年来,ADI 一直是创新 MEMS 产品的领导者,提供全面的惯性传感解决方案,包括屡获殊荣的 iMEMS 加速度计和陀螺仪、iSensor? 智能传感器和惯性测量单元 (IMU);同时MEMS技术还简化了运动检测在工业、医疗、消费电子、通信和汽车等众多领域的应用,受到全球市场领先公司的欢迎。
3、美心Maxim美心推出新型体征监测套装(Fit),让专业医护人员能够以低成本频繁监测患者的体质状况,提供更有效的预防性医疗护理。
这款新型智能监护服集成了干电极心电测量技术、复杂信号处理技术、温度传感器、运动传感器、超低功耗微控制器和无线通信单元。
鉴于可穿戴设备的低功耗要求,Maxim在本次设计中采用了超低功耗MAXQ和MAX,并配备了电源管理IC MAX。
4.飞思卡尔飞思卡尔采用微机电系统(MEMS)来支持传感技术。
基于 MEMS 的传感器产品提供用于传感、处理甚至控制周围环境的接口。
飞思卡尔基于 MEMS 的传感器将非常小的机械和电子元件集成在单个芯片上。
飞思卡尔的MEMS器件出货量已突破十亿大关。
它是传感器技术的领导者,专注于提供高性价比、低效率、小型化、高性能和集成的传感解决方案。
5、意法半导体(ST) 意法半导体的传感器产品包括MEMS(微机电传感器,包括加速度计、陀螺仪、数字罗盘、惯性模块、压力传感器和麦克风)、温度传感器和触摸传感器。
截至今年年初,意法半导体已售出超过30亿个微机电传感器,引领消费和移动MEMS市场的发展。
6. Silicon Labs Silicon Labs于2月份推出了业界首款单芯片数字紫外线(UV)指数传感器IC。
它旨在检测紫外线强度、心率/脉搏率、血氧饱和度,并提供接近/手势控制等,特别适合智能手机和可穿戴设备。
单芯片 Si/4x 光学传感器为智能手机和可穿戴产品提供紫外线强度、环境光和生物识别检测。
2017年,Bosch Sensortec开发了最新的BMI惯性测量单元(IMU),将最先进的16位3轴低重力加速度计和超低功耗3轴陀螺仪集成到单个封装中,专为高-智能手机、平板电脑、可穿戴设备、遥控器、游戏控制器、头戴式设备和玩具等市场的精密6轴和9轴始终在线应用。
主要推荐:加速度传感器BMAE、BMA、BMAE、BMA、BMA等。