基于传感器技术的可穿戴智能设备浅析

时间:2017-06-18

摘 要：随着科学技术的飞速发展，目前在市面上我们发现各种各样的可穿戴设备，这些可穿戴设备都和传感技术有着紧密的联系。回顾人类信息技术的发展历程，经历了计算机时代、通讯时代，当前正在进入“感知时代”，传感技术发展日新月异，以智能手机等为代表的可穿戴智能设备需求也呈爆炸式增长。本文主要分析一下目前使用在可穿戴智能设备中的传感器技术。 
　　关键词：传感器；智能设备；可穿戴 
　　伴随着传感器技术的普及，越来越多的设备中内嵌了传感器，通过传感器，人们可以随时获取想要了解的信息，可以帮助我们掌握更加准确及时的生物状态。可穿戴智能设备尚属于新兴科技领域，人们对此概念的理解或仅停留于字面之上，即可以穿到身上的计算机或电子设备，从计算机的发展史也不难推断：集成化技术的发展让计算机处理芯片越发小巧，曾近堆满整个屋子的巨型电脑，一步步走向小巧、便携，从桌面电脑、移动 PC 到 PDA（手持式电子设备），最终跑到人体之上，成为可穿戴智能设备。 
　　1可穿戴智能设备的研究现状 
　　计算机或电子产品的小型化、随身性让可穿戴智能产品成为未来数十年人类科技领域的大势之一，然而可穿戴智能产品的真正商业化、真正进入普通消费者人群仅仅数年之久，如同众多新生事物一样存在着众多亟待解决的难题，目前国内对于可穿戴智能产品的研究局限于网络上的科技博客，这些博文大多是以技术和商业的角度去审视可穿戴智能产品的发展趋势；还有就是各大互联网巨头，他们在国外科技公司的引导下正慢慢的摸索可穿戴智能产品的未来发展方向。总体来说，国内的研究仍缺少理论性探索，站在产品设计的角度的学术性论文更是少之又少。穿戴式智能设备的理念起源于国外，他们对相关技术的研究已经持续了 40 多年，拥有扎实的技术与理论基础。不过，移动互联网的兴起也仅仅是最近几年，对于消费级穿戴式智能设备的研究也处于初步探索阶段，各大科技巨头提出的设计构想与方案为我们提供了良好的参考资料。 
　　2可穿戴智能设备的市场分析及发展趋势 
　　全球可穿戴智能设备市场的日益兴起也带动了中国可穿戴智能设备的调整增长，并逐渐使之成为全球核心。各种各样可穿戴智能设备从各个方面开始进入并影响人们的生活。依据调查数据所得出的结果，2014年，中国消费者对于可穿戴智能设备的认知度并不高，有相当一部人被调查的对象，没有听说过此类产品，有部分被调查的对象表示听说过此种设备，只有小部分的被调查对象表示目前正在使用此类产品。 
　　可穿戴智能产品的科技先进性使其拥有时尚的成分，在外观上要有自己独特的一面，这才可以让消费者重新定义自己愿意穿戴什么。对头戴设备而言，设计头部的动作和姿势要考虑合理性，点头和摇头又怎样不同的操作结果；设计反应的速度、呈现的方式要在怎样的情形下才是最合适、最能让人接受的。产品的功能性设计要放到具体使用场景中，从细节中提升用户体验。可穿戴智能产品让消费者第一次在身上与电子设备发生交互，现有产品也只是将普通电子设备的交互方式“生硬”地植入进去，这便造成了信息交流的破坏，交互过程中的迷茫。新的交互方式能够彻底改变人们对可穿戴产品的看法，改变人们的生活。 大多数可穿戴智能产品在被买入的几个月后便扔进了抽屉，数据显示，40%多的用户抛弃它的原因是无法输出有效数据，而且经常会让用户分心。可穿戴产品想要成为用户的必需品就要在输出的内容上有所改进，不能只是作为手机、电脑的替代品。 
　　3可穿戴智能设备的相关技术 
　　3.1传感器技术 
　　传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。具体地说传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。如果没有传感器对被测的原始信息进行准确可靠的捕获和转换，一切准确的测试与控制都将无法实现，即使最现代化的电子计算机，没有准确的信息（或转换可靠的数据），不失真的输入，也将无法充分发挥其应有的作用。传感器种类及品种繁多，原理也各式各样。其中电阻应变式传感器是被广泛用于各种新型智能穿戴设备的测力装置，其精度和范围度是根据需要来选定的，过高的精度要求对某种使用也无太大意义；过宽的范围度也会使测量精度降低，而且会造成成本过高及增加工艺上的困难；因此，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。为此，在研究高精度传感器的同时，必须重视可靠性和稳定性的研究。包括床暗器的研究、设计、试制、生产、检测与应用等诸项内容在内的传感器技术，已逐渐形成了一门相对独立的专门学科。一般情况下，由于传感器设置的场所并非理想，在温度、湿度、压力等效应的综合影响下，可引起传感器零点漂移和灵敏度的变化，已成为使用中的严重问题。虽然人们在制作传感器过程中，采取了温度补偿及密封防潮的措施，但它与应变片、粘帖胶本身的高性能化、粘帖技术的精确和熟练、弹性体材料的选择及冷、热加工工艺的制定均有密切的关系，哪一方面都不能忽视，都需精心设计和制作。同时，还须注意传感器的安装方法，支撑结构的设置，如何克服横向力等问题。 
　　3.2芯片技术 
　　通过可穿戴设备分类可发现，支撑可穿戴计算的核心技术主要包含芯片技术、智能操作系统技术和电池技术，外围技术包含材料技术、通信技术和人机交互等技术。随着技术的进步，可穿戴设备的形态和类型将会不断的扩展。芯片是现代计算机的心脏，也是可穿戴设备的核心，可穿戴芯片包含CPU、DSP等类别。CPU指相对通用的业务处理芯片；DSP是以数字信号来处理大量信息的器件，如加速度传感器、陀螺仪、肌电感测、IR眼球追踪和IR 
　　影响感测、骨传导等传感器芯片等均属DSP范畴。可穿戴设备对芯片功耗要求较高，一般使用基于简单指令集的芯片以降低功耗。使用复杂指令集的芯片目前在低功耗芯片领域并不具备竞争优势。如芯片产业链条上Intel主导设计、生产和销售全部过程，这种标准化的封闭的商业模式保证了产品质量和规模，在需求相对单一的PC时代使Intel芯片处于行业领先的霸主地位，而在手机厂商众多、产品形态非标准化的智能终端领域Intel的竞争就处于劣势了。 
　　4总结 
　　技术的迅猛发展会让可穿戴智能产品在尺寸上变得愈发小巧甚至与人融为一体；功能更为强大且专业，可提供实时、准确、深入的辅助信息；可穿戴产品厂商会逐渐纵深进入多个专业领域，为消费者提供专业、单一而非大而全的产品； 可穿戴智能产品在外观设计上会加入各种时尚元素，以加强穿戴者的穿戴意愿，并借此表现穿戴者自身的品味与审美；任何可穿戴物件均具有成为智能产品的特性；随着社会认知度的提高，基础设施的完善，人们会倾向于使用可穿戴产品以代替手机、电脑等固定或体积较大的产品，最终走向一个人—机—环境相互融合、相互促进的阶段。新的通信技术、计算机技术、微电子技术不断发展产生了“以人为本”、“人机合一”的计算机理念产物——可穿戴智能产品。这是一类拥有可穿戴、个性化、新形态、移动性强等特点的个人移动计算机系统，可实现对人们自然的、持续的活动与行为的辅助与增强。 
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