1。
背景介绍众所周知，最新的传感器采用微机电系统（MEMS）技术。
大约 10 年前，基于 MEMS 的组件（传感器和执行器）开始进入可穿戴产??品市场。
在计步器中，加速度计首次取代了机械弹簧。
在过去的十年里，MEMS技术取得了长足的进步。
MEMS 产品制造商已经克服了制造工艺的挑战。
MEMS新产品大量涌现。
它们的尺寸越来越小，性能显着提高，售价也显着降低。
这些进步促进了可穿戴产品的新发展。
应用程序铺平了道路。
加速度计、陀螺仪、磁力计等惯性传感器，以及压力、湿度、紫外线指数等环境传感器广泛应用于消费类可穿戴产品中。
然而，专有解决方案需要定制 MEMS 传感器。
例如，MEMS 青光眼镜片是一次性软硅隐形眼镜，内置 MEMS 传感器，可捕捉角膜区域自发的圆周变化。
由于它可以24小时连续、无创地测量角膜变化，因此该解决方案是目前区分正常眼压青光眼与非青光眼最实用的方法。
MEMS 技术还用于制造微执行器。
在消费和医疗市场，微执行器为可穿戴产品带来了许多新应用。
例如，MEMS 微致动器用于以高频旋转微镜，以将投射光反射到表面上。
如今，这些微镜可以在许多可穿戴产品上看到，例如平视显示器 (HUD)、头戴式显示器 (HMD) 和虚拟现实 (VR) 眼镜。
微执行器还用于开发可穿戴微输液泵，例如胰岛素注射泵。
Debiotech 开发了一种使用 MEMS 微执行器的胰岛素泵解决方案。
该液体泵以药物贴片为载体，由一次性液体单元和控制器组成。
该控制器包括基于 MEMS 微执行器的液体泵引擎。
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下面，我们讨论MEMS传感器在可穿戴产品中的作用和市场前景。
2、MEMS传感器在可穿戴产品市场的发展历史。
MEMS传感器在可穿戴产品市场得到认可并取得成功，得益于以下四个因素：尺寸：近年来，MEMS传感器的尺寸已显着减小。
十年前，市场上最小的 MEMS 加速度计在印刷电路板 (PCB) 上需要大约 35mm2 的面积。
如今，最新的高性能加速度计仅需要 4 mm2 的空间 [4, 5]，相当于番茄种子的大小。
这些微型传感器在很大程度上帮助可穿戴产品变得更小，从而提高了可穿戴产品在不同市场的接受度。
二.功耗：所有可穿戴产品制造商都希望自己的电池供电产品拥有更长的电池寿命。
MEMS传感器制造商在降低传感器功耗方面投入了大量资金，并取得了巨大成功。
例如，几年前，加速度计的功耗约为0.7mA，独立的陀螺仪约为6mA，两者总功耗约为7mA。
如今，在相同的传感器配置下，由加速度计和陀螺仪组成的高性能MEMS惯性模块的功耗小于1mA。
功耗的大幅降低，加速了多传感器模块在可穿戴产品市场的推广应用，推动了可穿戴产品市场大量新产品的出现。
三.价格：近年来，MEMS传感器的价格大幅下降，导致可穿戴产品价格降低，普通消费者也能买得起。
十年前，加速度计的成本超过 3 美元；现在，加速度计的成本超过 3 美元。
如今，更先进、性能更好的加速计成本约为 30 美分。
随着MEMS传感器价格不断下降，MEMS技术不断进步，更多MEMS传感器实现了规模经济。
四.硬件集成和嵌入式功能：将多个传感器和功能集成到一个封装中，可以帮助软件和硬件工程师更快、更轻松地将传感器集成到可穿戴产品中。
除了硬件集成之外，更先进的功能和嵌入式算法为应用开发者提供了强大的开发平台，加速应用项目的开发。
3、传感器在可穿戴产品中的应用可穿戴产品的成功很大程度上取决于其功能。
市场上的可穿戴产品可以为用户提供各种先进的功能和特性。
可穿戴产品的环境传感功能是传感器数据应用的典型例子。
检测人类活动是环境传感应用系统的重要模块。
由于需要考虑不同的应用场景，人体活动检测是一项具有挑战性且复杂的技术。
用户可以步行、骑自行车或开车。
如果用户是步行，则需要考虑站立、行走、快走、跑步、上下楼梯、乘坐电梯等场景。
如果用户参加体育比赛或者健身锻炼，可能的场景包括游泳、跳绳或者野外运动（网球、篮球等）。
还需要考虑扫视、拿起、查看、摇动、点击、滑动、旋转和用户定义的手势。
可穿戴产品的内部环境传感系统在医疗保健方面也发挥着重要作用：老年人的可穿戴产品可以检测日常生活中潜在的危险情况，例如跌倒，或者可以检测生命体征并预测紧急和严重的健康风险。
人体活动的变化或异常可用于识别某些疾病的早期症状，因此可穿戴健康监测系统可以检测这些变化或异常，帮助医务人员及早发现与年龄相关的疾病或严重的健康状况。
以长期健康监测计划为例。
可穿戴健康监测系统可以检测表明关节炎和阿尔茨海默病早期症状的身体变化或异常。
可穿戴环境感知提醒功能可以为行动不便的老年人提供日常生活辅助，如语音紧急呼叫、开门自动亮灯等，倡导更加积极健康的生活方式，并提供慢性病管理平台。
4.可穿戴产品传感器我们刚才讨论的所有场景都表明，在可穿戴产品中，人体活动检测技术的复杂性非常高，需要使用多个传感器。
图 1 显示了一些可用于可穿戴产品的最新传感器。
每个传感器都提供有关用户的有用数据以及有关其社交和物理环境的信息。
经过集成、处理和分析，传感器数据可用于创造有用的知识，为决策系统提供重要支持。
图 1：可穿戴产品中的多个传感器在当今的可穿戴产品市场中，传感器制造商很快意识到，仅仅提供传感器硬件解决方案不足以扩大市场份额。
为了与竞争对手区分开来，除了硬件解决方案外，传感器供应商还应该提供软件，例如传感器数据集成[7]。
软件解决方案可以作为高级应用的模块，软硬件一体化的解决方案为用户提供开发平台。
因此，软件解决方案正在成为产品差异化的关键要素。
图 2 中所示的 SensorTile 就是此类应用程序的一个示例。
这款小尺寸印刷电路板专为可穿戴产品设计，配备多个传感器和 Cortex-M4 微控制器。
开发人员可以将此板与底座和扩展板组装在一起，构建完整的开发工具套件[8]。
图2：SensorTile 开发套件的核心系统 5. MEMS 传感器在可穿戴产品市场的前景 可穿戴MEMS 传感器的市场前景广阔而光明。
目前正在开发的传感器包括气体传感器和生物传感器。
这些设备将使可穿戴产品更加实用和强大。
在不久的将来，重大创新和技术进步将提高现有传感器的性能和软件集成，帮助可穿戴产品制造商简化设计并加速应用开发。
嵌入式状态机、智能功能、编程能力、增加的动态范围和改进的性能将可穿戴产品提升到一个全新的水平。
智能传感器将自动检测人类活动，例如步行、快走、跑步、骑自行车、驾驶和静止。
下一代智能传感器将提供编程功能，使设计人员能够仅依靠传感器内的嵌入式计算能力来开发应用程序，而无需外部微控制器。
这些应用将显着降低功耗，满足可穿戴产品和物联网 (IoT) 传感器节点始终在线的要求以及其他具有挑战性的要求。
随着可穿戴产品集成更多传感器，传感器数据量显着增加。
由于功耗的原因，可穿戴产品的计算能力有限，大量数据的计算、处理和分析将超出可穿戴产品的能力。
为此，大量的数据会被发送到云端，交给云服务器进行永久、安全的处理和存储。
6、需要解决的挑战 为了让更多的消费者接受可穿戴产品，可穿戴产品制造商必须克服他们面临的主要挑战。
图 3 列出了技术和消费者层面的挑战。
技术挑战主要包括数据的持续可用性、完整性和可靠性。
这些挑战要求始终在线的传感器必须持续捕获数据并将这些数据可靠地上传到网关或云服务器以进行后续处理。
可穿戴产品必须为开发者提供应用开发平台，因为可穿戴产品的应用和功能越多，可穿戴产品的潜在用户就越多。
消费者层面的挑战包括数据安全、隐私保护和用户忠诚度。
用户在涉及个人隐私数据时不会妥协。
可穿戴产品制造商必须能够保证个人数据传输的安全，只有授权的第三方才有权访问用户数据。
此外，可穿戴设备必须安全且不会对健康构成威胁。
特别是医疗可穿戴设备必须安全，所用材料必须不含有害物质，不破坏环境。
到目前为止，可穿戴产品基本上未能产生长期的客户忠诚度。
如果未来可穿戴市场变得更加强大，制造商将需要更加积极地提高用户对其产品的忠诚度，以便用户能够充分了解这些产品的优势并充分利用产品功能。
7. 结论 可以说，没有MEMS传感器，就没有可穿戴产品市场。
在可穿戴产品市场未来的发展方向中，MEMS传感器将继续发挥重要作用。
传感器集成、嵌入式功能、软件和编程将成为可穿戴产品发展的驱动力。
尽管在技术和消费者层面都存在需要解决的挑战，但可穿戴产品的市场前景仍然被看好。