传感器将运动技术服装转变的更智能

2015年被广泛称赞为智能手表开启可穿戴技术市场的一年。当然，用于通用智能手表的专用健身带和活动跟踪应用已经向大量消费者展示了自我量化的范围：连续记录数据，例如所采取的步骤，燃烧的卡路里以及超过阈值心率的时间。结合基于位置的信息，如智能手机的GPS位置，速度和航向，可以将运动活动与性能数据联系起来，以监控进度或社交分享。

智能手表可以为新一代智能手表提供有效的介绍佩戴者寻求有关其表现和改进的更详细数据。下一步是更严肃的技术运动服（图1），它能够监控更多的参数，并且 - 通过正确的分析应用程序 - 向运动员展示如何改进他们的技术和健身。主要的运动服品牌和新创业公司正在竞争新兴市场中可穿戴运动技术的领先地位。

图1：全身可穿戴技术可以帮助测量和改善健身和技术。

健身和表现的重要标志

自21世纪以来，运动员的可穿戴技术一直伴随着我们，无线心率计等产品包括胸带传感器单元和独立的腕戴式显示器。这些装置标志着生命体征易于佩戴，无创性监测的出现。

今天的技术运动服，包括旨在帮助血液循环和肌肉恢复的压缩服装，可为保持大量传感器足够靠近佩戴者的皮肤，以拾取由体力消耗产生的微小电信号。现在可以收集除心率心电图（ECG）信号之外的许多额外数据类型，包括用于分析肌肉活动的肌电图（EMG）。

EMG利用肌肉发出微小电信号的事实因为他们合同。历史上，EMG已经通过将小针插入肌肉组织而用于临床环境中。显然，这在运动期间使用是不切实际的，并且通常不适合未经过医学训练的用户。最近，使用放置在皮肤上的传感器，表面肌电图变得切实可行。虽然针从肌肉内捕获高度局部化的数据，但是表面传感器可以提供更一般的肌肉使用观点，可以对其进行分析以评估步态，风格和力量。运动服装公司Athos使用表面肌电信息来帮助客户实现特定目标，例如与跑步者合作，通过识别并帮助纠正运行风格和对称性问题，实现超过一英里的个人最佳性能。

此外，准确的体温监测对于监测健康状况是有用的，并且还可以保护佩戴者免受过度劳累的危险。 TI已证明其LMT70模拟温度传感器可安装在可穿戴设备内，并在靠近皮肤时测量体温，精度在0.1°C以内。 LMT70是一款低功耗CMOS传感器，精度在±0.05°C范围内，温度范围为20°C至42°C，可覆盖人体温度范围。它采用0.88 mm x 0.88 mm 4凸块WLCSP封装，可将传感器定位在非常靠近可测量热源的位置。制造传感元件的模具设计成通过焊料凸块加热，因此焊料凸点必须连接到热效率高的基板上。 LMT70的2 V至5.5 V宽工作电压范围允许用于移动应用中常用的所有电池类型。

图2：远程温度探头专为实现最佳热效率而设计。

在TI的参考设计中，主体温度传感器安装在与主信号处理分离的小型PCB上电路，以便尽可能靠近佩戴者的皮肤。电路板采用带铜垫的散热通孔，确保体内热量快速传递到传感器中，以获得最佳的响应性和准确性。远程板使用热环氧树脂连接在中空金属盖内，并使用热效率高的镍线电连接到主信号处理板（图2）。第二个LMT70用于环境温度检测，两个传感器的输出连接到ADS1115模数转换器（ADC）的两个通道。图3的框图给出了信号路径的高级视图。

图3：LMT70参考设计LMT70参考设计演示了体温以可穿戴的形状因子进行感应。

由于LMT70的传递函数为5.19 mV/°C，因此ADS1115的16位分辨率能够确保精度在0.1％以内，这是目标项目。 ADC通过I 2 C与主机MSP430G2553微控制器通信。

体育科学家也对使用电极放置电极测量电流皮肤反应（GSR）的机会很感兴趣。评估运动员对训练程序的情绪反应。 GSR在运动训练中的广泛使用可能在未来，但Maxim已经为可穿戴的移动电流皮肤响应（GSR）系统制作了参考设计。

Maxim的参考设计基于MAX32600健康测量微控制器，该微控制器直接连接到皮肤电极，并与运行免费提供的配套GSR/温度测量应用程序的Android设备进行通信，参考设计通过蓝牙®低能耗控制器连接到其SPI端口。微控制器集成了模拟前端，旨在支持精确的健康测量，从而最大限度地减少对ADS1115等精密ADC等外部元件的需求。

运动感应分析技术

关闭 - 适合运动服也是嵌入传感器（如MEMS惯性模块）的理想选择，可以准确地监控佩戴者的运动。形状紧密的面料可以通过相对于运动员的身体移动来消除松散穿着的服装可能引入的噪音，从而实现精确的感应。多轴感应运动使应用程序能够识别可以改进技术的区域，例如跑步或手臂动作。一些可穿戴设备的设计主要考虑了运动感应，例如腕带或手套，以帮助改善网球击球或高尔夫挥杆等技术。

市场上已有许多产品，如PIQ，它监控13轴的运动并与玩家手机上的教练应用程序通信（图4）。 PIQ多项运动传感器还集成了GPS，为高尔夫球手提供额外的功能，例如球场信息，包括距离球洞的距离。

图4：像PIQ这样的运动跟踪可穿戴设备可以充当虚拟运动教练。

惯性模块，如STMicroelectronics LSM6DS3 6轴iNEMO ®模块将3轴加速度计和3轴陀螺仪组合在一个封装中，具有适用于可穿戴应用的高级功能。这些包括活动/不活动检测和重要事件检测，以及内置的计步器功能。

认识到可穿戴应用中需要低功耗，该模块具有始终开启的低功耗模式，以及0.42 mA的低功耗工作模式。 LSM6DS3支持多种操作模式，包括传感器集线器模式，允许最多四个额外的外部传感器连接到模块的主I 2 C接口。这可用于将LSM6DS3作为集线器连接到系统等传感器，如温度或气压传感器。图5显示了如何在传感器集线器模式下配置LSM6DS3的示例。

图5：在传感器集线器模式下配置LSM6DS3的示例代码。/p>

结论

微小的传感器和压缩运动面料相结合，带来了各级运动员训练改进和竞争方式的巨大变化。他们一起能够将运动技术服装转变为可以承担私人教练角色的智能服装。