如何创建准确的性能跟踪运动可穿戴设备

无论您是在周末长跑还是参加休闲或专业级别的运动，您都可能对准确的方式来跟踪您的进度和表现感兴趣。可穿戴设备提供了一种解决方案。

根据分析公司MarketsandMarkets的研究，到31年，体育技术市场预计将达到1亿美元，可穿戴设备是最大和增长最快的细分市场。这也难怪，配备生物传感器的可穿戴设备会不断收集数据，并以方便舒适的形式出现，例如腕带、衣服、胸带、腰带和珠宝。当使用复杂的算法分析这些数据时，佩戴者可以获得有关运动表现和整体健康状况的宝贵见解。

更明智地进行健身

可穿戴设备可以跟踪心率、血氧水平、压力水平、体温和睡眠质量等关键参数。然后，用户可以将这些见解应用于更高效的锻炼、更好的慢性病管理、更积极的预防性护理以及更个性化的医疗保健模式。特别是对于运动员来说，这些设备和软件工具可以帮助进行球员安全评估、预防锻炼损伤以及身体调节和表现。例如，基于射频技术的跟踪系统可以跟踪篮球运动员的加速度、跳跃和其他动作。

有效的可穿戴运动技术必须高度准确，提供有用的测量，在两次充电之间长时间运行，并且舒适且不引人注目。底层技术在实现这些特征中的每一个方面都起着关键作用。

生物传感器揭示健康洞察宝库

连续心率监测提供心跳到心跳的数据，这些数据是心率变异性的指示，它告诉了很多关于身体的信息：

对运动的反应如何

它从活动中恢复得如何

体能水平和任何相关改进

它跟踪目标的程度如何

活动期间的剩余能量

提供此类数据需要光学和机械设计专业知识、低功耗电气设计知识和算法能力。至于组件，理想情况下，它们应该是精确的，小的，并且消耗很少的功率。

光学传感器的进步是可穿戴健康和健身监测解决方案功效的重要贡献者。传感器现在可以准确监测光电容积脉搏波 （PPG）、体温和其他生命体征。现在甚至还有用于可穿戴设备的生物传感器模块，这些模块集成了多个参数，例如同步PPG和心电图（ECG）监测。PPG使用光来询问组织，提供心动周期中组织中血液体积变化的光学测量。另一方面，心电图使用电极来测量心脏中的电信号。两者都可用于提供心率测量，ECG传感器还可以产生可靠的心率变异性数据。然而，PPG监测尤其具有挑战性，因为它会受到环境光、不同皮肤状况和颜色、血液灌注和身体运动伪影的影响。

将光学传感技术集成到可穿戴设备中的挑战将因终端设备而异。例如，从智能手表获得准确的测量结果将比在入耳式监听器中更难。手腕是一个血液灌注低和运动量大的区域，会产生影响读数的噪音。耳朵的血液灌注更高，因此可以产生更精确的测量结果。

开发平台加快您的可穿戴设计周期

半导体解决方案的进步解决了可穿戴设计的精度、功率效率和尺寸挑战。例如，Maxim长期以来一直专注于开发能够提供洞察力的产品，以实现更健康的世界。例如，MAX-HEALTH-BAND 是一个评估和开发平台，它流式传输来自传感器的原始数据或处理原始数据以输出心率、心率变异性、活动分类、卡路里消耗和步数信息。该平台可以缩短长达六个月的开发时间，包括：

MAX86140超低功耗光学脉搏血氧仪/心率传感器（图3），具有低噪声信号调理模拟前端（AFE），包括19位模数转换器（ADC）、环境光消除电路和栅栏检测和替换算法。纠察栅栏算法可在不同的光线条件下（如阴影和强光）下始终如一地进行准确的心率检测。

图2.MAX86140原理框图

MAX20303可穿戴电源管理IC （PMIC）（图4），包括具有自动谐振跟踪功能的偏心旋转质量（ERM）/线性谐振执行器（LRA）触觉驱动器、微静态电流升压和降压稳压器、线性锂离子电池充电器、微静态电流低压差（LDO）稳压器和可选的电量计

Maxim的运动补偿算法，基于PPG信号提取数据

MAX-ECG-MONITOR 为监测临床级心电图和心率提供了一个评估和开发平台。它有用于临床应用的湿电极贴片，以及用于健身应用的胸带。该平台包括MAX30003超低功耗、临床级、集成生物电位AFE，提供ECG波形和心率检测。其连续测量可用于趋势型或预测型应用。由于该平台的内置心率检测功能包括中断功能，无需在微控制器上运行心率算法，因此可在高运动环境中以极低的功耗产生强大的R-R检测。该平台通过几个关键特性支持较长的电池寿命：在 85.1V 电源电压下以 1μW 工作，以及允许微控制器仅在每次心跳时唤醒的可配置中断，从而降低整体系统功耗。

总之，从可穿戴外形提供准确的数据需要精确、节能且小巧的基础技术。IC供应商正在为设计人员提供资源，以创建智能手表，胸带，服装和其他可穿戴设备，以提供连续，实时的健康和健身见解，以塑造其性能。本文的扩展版本最初出现在电源系统设计中。

审核编辑：郭婷