可穿戴技术为工人提高效率和安全保障

想想可穿戴技术，以及智能眼镜，健身手表，远程保健监视器或变色服装等设备增强的未来图像可能会浮现在脑海中。虽然这些创新旨在促使消费者对日常生活中可穿戴设备的益处产生兴趣，但在可穿戴技术在劳动世界中的应用正在取得稳步进展。无需新奇价值，无需提供更多身临其境的体验，欧洲领先的大学和欧盟资助的各种项目一直在研究可穿戴设备提高工人效率和安全的潜力，特别是紧急服务中的响应者。

考虑到消防团队的例子，将个别团队成员的位置和生命体征传达给任务协调员的信息的价值，以及对环境条件的任何变化提供警告的信息的价值，可以是容易理解。通过实时位置信息，任务控制可以保持整体情况，以便更有效地协调团队。

协调和安全

就位置信息而言，建筑物内部可能无法实现可靠的GPS定位。行人航位推算（PDR）算法使用最新的微型精密惯性模块变得越来越精确，这些模块集成了多个MEMS传感器，以生成加速度计，磁力计和陀螺仪读数的组合。诸如STMicroelectronics LPS331AP之类的气压传感器也可用于通过提供高度感应来提高精度，从而能够检测到地板水平。

ecompass模块，如STMicroelectronics LSM303DTR或Freescale FXOS8700CQ，结合了3轴数字线性加速度传感器和3轴数字磁传感器，能够通过检测外部磁场的方向和大小，并使用加速度计测量进行倾斜补偿，提供精确的罗盘方向。支持设备供应商提供的ecompass软件有助于设计MEMS ecompass模块，包括提供帮助以实现倾斜补偿和磁校准等功能。飞思卡尔的Xtrinsic传感器融合软件提供与处理器无关的源代码，并包含模拟传感器驱动程序，使开发人员能够立即在其选定的处理器平台上运行该软件。当物理传感器连接时，模拟驱动器只需用真实传感器驱动器替换。

在消费者移动应用中，PDR算法需要使用来自ecompass的上下文数据以及其他传感器（如MEMS陀螺仪）来防止不可预测的变化。设备方向导致计算位置不准确。在专业的可穿戴应用中，在正常使用期间，设备方向将变化相对较小。相反，可以使用上下文数据来检测例外情况，例如佩戴者是否已经摔倒或被困并且需要救援。 ST的iNEMO系列惯性模块集成了多个传感器，采用紧凑的4 mm x 4 mm x 1 mm LGA-24封装，可提供高达9个自由度（9DOF）的3轴加速度计，3轴磁力计和3轴陀螺仪。点击将MEMS传感器集成更进一步，iNEMO M1板载系统将9DOF惯性传感阵列与STM32F103微控制器组合在一个13 mm x 13 mm x 2 mm表面贴装模块中，并由iNEMO Fusion Suite提供支持软件。 Discovery M1板通过该模块实现快速开发，并集成了LPS331AP压力传感器，从而创建了完整的10DOF系统。

对可穿戴解决方案的需求

对于专业的第一响应者，可穿戴解决方案是理想的，并且可能嵌入衣服，如防护夹克或靴子。这提供了免提便利，并且可以减轻主动管理设备的责任。语音识别等集成技术还可以通过实现关键系统功能的语音控制来帮助实现免提操作。

已经启动了许多项目来研究和开发用于应急服务和其他工业应用的可穿戴技术。一些例子包括SINETRA（Smart INTEgraTion for Rescue TeAms），它有欧盟资金，由各种商业组织作为参与者，以及包括弗劳恩霍夫研究所和芬兰坦佩雷大学等大学在内的研究机构。 Wearit @ work是一个类似的项目，由欧洲委员会成立，旨在开发可穿戴计算，以改善应急响应，飞机维护，汽车生产和医疗保健等多种应用中的服务和安全。

监测生命体征

监测心率或呼吸等生命体征可以指示团队成员是否变得过度紧张并且应该被指示退出。传统上，通过在一个或多个位置将电极附着到身体上来测量心率，或者在运动心率监测器（HRM）的情况下，通过附接包含压电传感器的胸带来测量心率。消防员或其他响应者使用这两种方法都不令人满意，在使命期间不方便，不舒服，并且可能容易移位。

已经开发出光学脉冲波传感器，其仅需要皮肤接触，因此可以集成到腕带中或耳机，提供更容易佩戴的监测心率的方法。如图1所示，传感器包括光发射器，例如LED和检测器。这可以是诸如Fairchild QTLP610CPDTR光电晶体管的光电传感器，并且通过检测流过诸如动脉的血管的血液体积的变化来提供监测佩戴者心率的手段。随着血液体积随着每次心跳而达到峰值，来自发射器的更多光被吸收，导致光电晶体管响应的相应下降。除了心率监测外，还可以将体温传感器轻松集成到腕带或耳机中。这可以提供额外的数据，以帮助协调员确定团队成员是否遇到困难，或出于安全原因应退出运营。

图1：光脉冲波传感器只需要皮肤接触即可监测心率。

在手术过程中监控建筑物内的环境可以进一步提高团队的安全性，并且可以提供有价值的信息来指导操作。如果遇到危险化学品或可能发生爆炸，可能需要更换战术或特殊设备。环境温度传感器以及一氧化碳或易燃气体等气体传感器也可以集成到可穿戴传感器组件中。

尺寸和功率限制

低功耗运行是可穿戴设备的关键要求广泛的应用。在消费领域，实现可接受的电池充电间隔的需求是一个关键因素，需要关注低功耗设计，从元件选择到基于软件的电源管理。在诸如紧急第一响应者可穿戴设备之类的应用中，主要需要低功率设计以最小化电池和相关功率部件的尺寸和重量。重型和笨重的电池很难放置，并且对于佩戴者来说可能是麻烦和累人的，最终阻碍任务的完成并危及任务。

寻求将传感器集成为低功率轻量级可穿戴系统的一部分的设计者可以看起来便携式医疗应用领域为各种挑战提供有用的解决方案。德州仪器（TI）拥有用于脉搏血氧仪的AFE4400单芯片模拟前端模块，该模块集成了连接光脉冲血氧仪传感器和SPI端口所需的所有电路，可连接外部微控制器或主机处理器。 AFE4400具有低噪声接收器通道，具有跨阻抗放大器和Σ-ΔADC，可捕获来自光电二极管的信号，还集成了电流控制DAC和驱动器，以控制LED强度。在前面描述的脉冲波传感器中，脉搏血氧仪不仅能够通过监测光电晶体管检测到的光来测量脉搏率，还能测量血氧水平。通过比较两种不同波长的光的衰减来测量血氧饱和度（％SaO2或％SpO2），利用氧合血红蛋白和还原血红蛋白提供显着不同吸收的事实。

图2：TI的AFE4400集成了控制脉冲血氧计传感器所需的所有电路，作为可穿戴心率监测应用的一部分。作为系统开发的辅助，AFE4400SPO2EVM评估模块可提供板载AFE4400 IC和MSP430微控制器。它有一个用于脉冲血氧仪传感器电缆的DB9连接器，并包含带有GUI的演示软件，用于访问所有AFE4400寄存器。使用此评估模块可以帮助加快低功耗可穿戴心率监测应用的开发。

结论

用于检测位置，运动，环境条件和生命体征（如心率和体温）的各种传感器现在提供低功耗，小尺寸和易用性，使它们适用于可穿戴设备。大量的消费者应用正在涌现。然而，可穿戴技术在专业应用中尤其是应急服务方面具有重要的益处，包括提高第一响应者的安全性以及实时收集额外数据以帮助协调团队并确保每个任务成功结束的机会。