基于传感器的可穿戴设备在工厂/工业环境中的应用

在过去，许多人都嘲笑谷歌眼镜奇怪的，几乎是外星人的外观以及腕带健身小工具的时尚特质。可穿戴设备在工厂/工业环境中扮演重要角色的可能性被认为是不可能的。然而，随着可穿戴设备继续从健身监控到日益严格和要求苛刻的任务的稳步发展，这项技术的优势和好处已经变得更加清晰，如仓库和现场服务，几乎所有员工都戴着安全眼镜所以添加可穿戴计算机不应该破坏传统的工作方式。

因此，现在可穿戴技术的收入潜力预计将不仅对于一般消费者应用而且对于工业领域而言都会令人印象深刻。最近的联合市场研究报告按百分比分列了顶级行业细分市场，其中包括整体市场38％的生活方式和健身，工业和国防在整体可穿戴应用中占22％。

如果它要成为一个多任务处理器，可穿戴计算技术需要人与机器之间的持续和平稳的交互。它必须允许用户在同时执行命令时执行任务，并且必须在必须在远离传统桌面计算的情况下执行任务的情况下才能运行。例如，在现场，传感器可以准确地测量，评估和报告距离和安全性。而且，鉴于各种传感器的本质，它们可以防止涉及危险微粒吸入或潜在电击的工业事故。在现场服务，维护和故障排除方面，可穿戴设备可用于提供已安装设备的信息并诊断问题，从而无需服务工程师继续进行最终成为微不足道的“修复”的电话。

现场和仓库员工将成为可穿戴技术的早期采用者，旨在提高生产力和安全性，同时减少员工错误。最近，消费者，商业和娱乐市场的视频眼镜和智能眼镜产品供应商Vuzix公司宣布，SAP已经为Vuzix的M100智能眼镜发布了两款新的增强现实应用程序。 SAP AR Warehouse Picker和SAP AR服务技术人员都提供免提工作体验。

顾名思义，SAP AR Warehouse Picker专为仓库选择器而设计，允许使用可视化和语音识别进行免提移动，通过M100智能眼镜接收指令，无需手持扫描即可完成日常任务设备。功能包括处理单元，位置，产品，工作站和任何其他所需扫描的条形码扫描，以及用于数量确认的语音输入。通过QR-Code身份扫描在用户的SAP系统上进行安全身份验证，通过消除输入用户名，密码或登录代码的需要，增强了用户体验。

同样，SAP Service Technician应用程序允许现场服务技术人员在任何地方使用免提体验指令访问其工作场所的3D-Visual-Enterprise模型，从而允许他们执行必要的操作。该应用程序具有语音识别功能，可以使用专家呼叫功能，允许远程专家在看到现场技术人员通过M100智能眼镜或头戴式显示器看到的内容时向同事发出指示。

传感器发挥着核心作用

在最近工业用可穿戴设备的升值背后的众多驱动因素包括传感器的持续和大规模以及成本降低，传感器成功集成到工作中-a-day应用程序，工业环境中移动技术的不断发展，以及谷歌，苹果和微软等巨头与InvenSense，Analog Devices，Bosch Sensortec，STMicroelectronics，德州仪器等顶级传感器制造商合作的技术推动和飞思卡尔半导体。

德州仪器（TI）最近宣布专门针对可穿戴传感器和工业设计。 TI推出业界最小，功耗最低的电池充电器和首款完全集成的MicroSIP电源模块，以延长电池运行时间。基本的TPS82740B Micro SIP电源模块评估单元采用TPS82740B降压转换器模块，支持200 mA输出电流，转换效率高达95％，而在有源操作期间仅消耗360 nA的静态电流，在待机期间仅消耗70 nA（图1）。

图1：TPS82740的功能框图。

这些微型模块依赖于完全集成的9焊球MicroSiP封装，比分立式解决方案小75％，即使采用开关稳压器，电感器和输入/输出电容器。它的溶液尺寸仅为6.7 mm 2 。

头戴式显示器（HMD）与最近推出的大型显示器（HMD）相比，变得更加流线型，符合人体工程学。它们也越来越接近广泛采用所需的价格点。下一代OLED微型显示器和视网膜显示器有望在其解决无数用途的过程中得到推动。视频摄像技术的成本也急剧下降，特别是在眼镜领域。基于陀螺仪和加速度传感器的眼镜架中存在近眼2D/3D视频透视显示器和视频记录功能。

伴随着这些发展，接近和环境光传感器的进步（图2） - 后者是一种根据周围光线水平调节屏幕背光亮度的技术，以改善电池寿命和使用可穿戴设备。

例如，考虑使用6针SMD Panasonic PNJ4K01F环境光传感器等设备。该器件具有内置光电二极管和电流放大器电路，可根据环境亮度控制显示亮度，因此非常适合低功耗移动应用。

图2：环境光和接近感应。

PNJ4K01F具有接近人体相对光谱灵敏度的波长特性，可实现接近人眼响应和最佳人体灵敏度的控制。该特性与小封装尺寸和低至1.4 V/min的低功耗相结合，使其成为小型移动和可穿戴电子应用中的理想选择。

值得注意的另一部分系列是Silicon Labs Si1141，Si1142和Si1143接近/环境光传感器，具有I 2 C接口（图3）。这是一款无接触，低功耗，基于反射的红外接近和环境光传感器IC，具有可编程事件中断输出，包括模数转换器，集成的高灵敏度可见光和红外光电二极管，数字 - 信号处理器，以及一个，两个或三个集成红外LED驱动器，具有十五个可选驱动电平。

图3：Silicon Labs的Si1141/42/43环境光传感器的方框图。

该传感器可在宽动态范围和各种光源（包括直射阳光）下实现高性能，但也可在深色玻璃罩下工作。它支持多轴接近运动检测，在-40至+ 85°C温度范围内工作在1.71至3.6 V之间。

光电二极管响应和相关的数字转换电路提供出色的人工光免疫力闪烁噪音和自然光颤动噪音。通过两个或更多LED，Si1142/43能够支持多轴接近运动检测。 Si1141/42/43器件采用10引脚2 x 2 mm QFN封装，工作在-40至+ 85°C温度范围内，工作电压范围为1.71至3.6 V.

进一步发展需要

虽然进步令人印象深刻，可穿戴技术的使用已经真正从消费时尚转移到工厂车间，但并非完全乐观。仍存在一些挑战，包括安全性，标准开发，互操作性和电源问题。作为手机扩展的输入和传感设备，例如腕戴式键盘，其成本相对较低，并且可以作为独立可穿戴设备的实用替代品。

目前在绘图板上的潜在解决方案可以解决这些问题，并且随着工业应用中更广泛使用所承诺的高产量，工厂可穿戴设备及其相关传感器的价格标签将降至可能不再存在的地方抑制工业环境中的广泛使用。