【应用】精准传感器引航健康穿戴新思路！

时间： 2019-09-02 来源：Silicon Labs

技术问答

在可穿戴健康设备的设计和应用功能的开发的新浪潮中，深圳市汇诚和电子科技有限公司正携手物联网微控制器（MCU）、传感器、无线协议方案及软件开发工具商美国芯科科技（SILICON LABS）强强联手打造出多款具备先进HRM功能的智能手表及手环。

我们近期邀请了深圳市汇诚和科技有限公司总经理康海强先生进行访问，以便更进一步了解未来的HRM可穿戴设备市场趋势和技术演变过程，希望能为相关行业人士打开新的思路。

汇城和科技关于物联网市场，产品设计方面的经历和独特想法
康海强：智能穿戴是IoT重要的一部份，是基于人体的移动无线传感器网络。其基础概念是通过超低功耗处理器、生物传感器、无线协议芯片等先进的半导体科技实现小型化、智能化的生理数据采集和分析设备。区别于医学诊断设备的特点，就是连续监测，实时管理，大数据分析。这将给人类的健康管理提供更多有效的方法。

智能手环的作为穿戴式设备的入门级产品，无疑为运动爱好者提供了很好的监测装备，对注重健康的人群起到了良好的促进作用，促使更多的人关注自身的运动情况。

但目前的智能手环，大多仅提供了计步的功能，只统计全天步数和消耗的卡路里数据，即使有心率监测功能的，大多也仅能提供静态的或者精度较差，远远没达到训练指导的要求，更不能为客户提供一些深入有效的指导意见和参考。

心率手环作为一个运动装备，最基础指标就是精准的动态心率，能连续性跟踪运动过程中的心率变化。而心率对于个人运动健身和医疗保健是极为重要的参考数据。

在运动中实时获取心率，用于控制运动的非常必要，不仅为参加运动的人增加了一份安全保障，也有益于保证运动的健身效果。心率不只只能反映运动状态也能预示某些心脏疾病的发生的危险。一项对34,000人的调查表明，心率比正常人快12次/分钟的人死于心血管病的危险性要比正常人高27％。这提示人们不能无视心率的快慢，我们相信会有越来越多的人重视心率监测的，就如同大家关注自己的每天的步数一样。心率手环因为其便利性，佩戴舒适等特点，是目前最理想的心率监测设备中。

随著技术的演进，心率手环的功能正加速朝向基于动态心率监测传感器而衍生出相关的血压、血氧、心率变异（HRV）、情绪指标，甚至是非侵入式血糖侦测的多功能应用发展。这是一个非常令人振奋的设计演进，将为行业带来巨大的商机。

选择Silicon Labs作为半导体合作伙伴的原因
康海强：汇诚和科技全心全意专注于高品质健康穿戴产品的开发，并将心率监测视为最关键的技术布局，因此必须严格要求相关半导体元器件的集成度、功耗和可靠度。基于上述原因，我们审慎评估了多家芯片商的解决方案，并选中了其中产品性能最优异，且针对物联网设计需求的技术布局最完整的Silicon Labs公司做为长期的设计合作伙伴。

“Silicon Labs是业内唯一能同时提供无线SoC、HRM传感器、心率演算法和软件开发工具的半导体公司，如此完整又强大的技术支持能力，给予我们无比的信心”，让我们能在不断产生变化的物联网市场中制定长期的产品发展计划，而无须担心相关元器件资源和技术支持的断层为公司带来影响。

Silicon Labs最新的Si1144 HRM传感器芯片和模块方案，是市场上集成度较高、封装尺寸与功耗较小的解决方案，结合独家研发的心率算法库，可以帮助系统厂商将其快速应用于智能穿戴设备上，并提供非常精确的心率检测数据。下方是Si1144 HRM传感器的结构图，内部集成了PD、ADC、滤波器和LED驱动等。

图1：Si1144心率监测传感器结构图

Si1144解决方案优势
1）精准的动态心率
采用Silicon Labs的EFR32BG SoC + Si1144 + HRM算法，通过G-sensor配合动态补偿，准确度高，可媲美POLAR心率带和MIO手表的监测效果。

2）超低功耗
待机功耗小于500nA，动态心率检测功耗650μA，相比竞争对手低数倍的功耗，非常适合可穿戴产品对超低功耗的要求。

3）结构简单
将绿光LED和Sensor封装在一起，简化光学结构，易于设计。

4）免费心率算法
提供Silicon Labs的HRM算法库，简单配置即可读取心率值，不用考虑复杂的算法处理，可快速完成产品设计。

图2： Silicon Labs的Demo Watch

Si1144主要应用于智能穿戴设备，搭载Si1144传感器的产品准确度高、功耗低，可大大提高产品的竞争力，并实现更佳的用户体验。

影响HRM准度的因素有很多，除了芯片或光学机构的硬体设计不良外，包括使用者动作变化如快跑、快停，或是瘦手腕、黑皮肤、手臂上的毛发和低温皮肤等使用者生理条件都对HRM测量增添考验。要如何解决这些问题呢？设计优良的HRM算法将是至关重要的一环，同时也需提高HRM模块的集成度，以实现更紧凑的系统设计而减小信号失准的机率，因此，Silicon Labs将内建节能微控制器的蓝牙低功耗SoC、HRM算法、HRM传感器、UV和温度传感器全部集成为一颗HRM模块，提供业界独一无二的整体解决方案。

事实上，许多HRM解决方案供应商只提供传感器，或再搭配MCU，相较之下，Silicon Labs是唯一提供整套解决方案，包含无线协议、算法、MCU和传感器的高集成模块，不仅能大幅缩减客户开发产品的时间与成本，亦可增进心率测量的准确性并使系统的体积更加小型化，符合可穿戴设备的产品需求特性。这项技术突破也让Silicon Labs在众多同业中展现出最耀眼的光芒。