2015年被廣泛稱贊為智能手表開(kāi)啟可穿戴技術(shù)市場(chǎng)的一年。當(dāng)然，用于通用智能手表的專用健身帶和活動(dòng)跟蹤應(yīng)用已經(jīng)向大量消費(fèi)者展示了自我量化的范圍：連續(xù)記錄數(shù)據(jù)，例如所采取的步驟，燃燒的卡路里以及超過(guò)閾值心率的時(shí)間。結(jié)合基于位置的信息，如智能手機(jī)的GPS位置，速度和航向，可以將運(yùn)動(dòng)活動(dòng)與性能數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)，以監(jiān)控進(jìn)度或社交分享。

智能手表可以為新一代智能手表提供有效的介紹佩戴者尋求有關(guān)其表現(xiàn)和改進(jìn)的更詳細(xì)數(shù)據(jù)。下一步是更嚴(yán)肅的技術(shù)運(yùn)動(dòng)服（圖1），它能夠監(jiān)控更多的參數(shù)，并且 - 通過(guò)正確的分析應(yīng)用程序 - 向運(yùn)動(dòng)員展示如何改進(jìn)他們的技術(shù)和健身。主要的運(yùn)動(dòng)服品牌和新創(chuàng)業(yè)公司正在競(jìng)爭(zhēng)新興市場(chǎng)中可穿戴運(yùn)動(dòng)技術(shù)的領(lǐng)先地位。

圖1：全身可穿戴技術(shù)可以幫助測(cè)量和改善健身和技術(shù)。

健身和表現(xiàn)的重要標(biāo)志

自21世紀(jì)以來(lái)，運(yùn)動(dòng)員的可穿戴技術(shù)一直伴隨著我們，無(wú)線心率計(jì)等產(chǎn)品包括胸帶傳感器單元和獨(dú)立的腕戴式顯示器。這些裝置標(biāo)志著生命體征易于佩戴，無(wú)創(chuàng)性監(jiān)測(cè)的出現(xiàn)。

今天的技術(shù)運(yùn)動(dòng)服，包括旨在幫助血液循環(huán)和肌肉恢復(fù)的壓縮服裝，可為保持大量傳感器足夠靠近佩戴者的皮膚，以拾取由體力消耗產(chǎn)生的微小電信號(hào)?，F(xiàn)在可以收集除心率心電圖（ECG）信號(hào)之外的許多額外數(shù)據(jù)類型，包括用于分析肌肉活動(dòng)的肌電圖（EMG）。

EMG利用肌肉發(fā)出微小電信號(hào)的事實(shí)因?yàn)樗麄兒贤?。歷史上，EMG已經(jīng)通過(guò)將小針插入肌肉組織而用于臨床環(huán)境中。顯然，這在運(yùn)動(dòng)期間使用是不切實(shí)際的，并且通常不適合未經(jīng)過(guò)醫(yī)學(xué)訓(xùn)練的用戶。最近，使用放置在皮膚上的傳感器，表面肌電圖變得切實(shí)可行。雖然針從肌肉內(nèi)捕獲高度局部化的數(shù)據(jù)，但是表面?zhèn)鞲衅骺梢蕴峁└话愕募∪馐褂糜^點(diǎn)，可以對(duì)其進(jìn)行分析以評(píng)估步態(tài)，風(fēng)格和力量。運(yùn)動(dòng)服裝公司Athos使用表面肌電信息來(lái)幫助客戶實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)，例如與跑步者合作，通過(guò)識(shí)別并幫助糾正運(yùn)行風(fēng)格和對(duì)稱性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)超過(guò)一英里的個(gè)人最佳性能。

此外，準(zhǔn)確的體溫監(jiān)測(cè)對(duì)于監(jiān)測(cè)健康狀況是有用的，并且還可以保護(hù)佩戴者免受過(guò)度勞累的危險(xiǎn)。 TI已證明其LMT70模擬溫度傳感器可安裝在可穿戴設(shè)備內(nèi)，并在靠近皮膚時(shí)測(cè)量體溫，精度在0.1°C以內(nèi)。 LMT70是一款低功耗CMOS傳感器，精度在±0.05°C范圍內(nèi)，溫度范圍為20°C至42°C，可覆蓋人體溫度范圍。它采用0.88 mm x 0.88 mm 4凸塊WLCSP封裝，可將傳感器定位在非常靠近可測(cè)量熱源的位置。制造傳感元件的模具設(shè)計(jì)成通過(guò)焊料凸塊加熱，因此焊料凸點(diǎn)必須連接到熱效率高的基板上。 LMT70的2 V至5.5 V寬工作電壓范圍允許用于移動(dòng)應(yīng)用中常用的所有電池類型。

圖2：遠(yuǎn)程溫度探頭專為實(shí)現(xiàn)最佳熱效率而設(shè)計(jì)。

在TI的參考設(shè)計(jì)中，主體溫度傳感器安裝在與主信號(hào)處理分離的小型PCB上電路，以便盡可能靠近佩戴者的皮膚。電路板采用帶銅墊的散熱通孔，確保體內(nèi)熱量快速傳遞到傳感器中，以獲得最佳的響應(yīng)性和準(zhǔn)確性。遠(yuǎn)程板使用熱環(huán)氧樹(shù)脂連接在中空金屬蓋內(nèi)，并使用熱效率高的鎳線電連接到主信號(hào)處理板（圖2）。第二個(gè)LMT70用于環(huán)境溫度檢測(cè)，兩個(gè)傳感器的輸出連接到ADS1115模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的兩個(gè)通道。圖3的框圖給出了信號(hào)路徑的高級(jí)視圖。

圖3：LMT70參考設(shè)計(jì)LMT70參考設(shè)計(jì)演示了體溫以可穿戴的形狀因子進(jìn)行感應(yīng)。

由于LMT70的傳遞函數(shù)為5.19 mV/°C，因此ADS1115的16位分辨率能夠確保精度在0.1％以內(nèi)，這是目標(biāo)項(xiàng)目。 ADC通過(guò)I 2 C與主機(jī)MSP430G2553微控制器通信。

體育科學(xué)家也對(duì)使用電極放置電極測(cè)量電流皮膚反應(yīng)（GSR）的機(jī)會(huì)很感興趣。評(píng)估運(yùn)動(dòng)員對(duì)訓(xùn)練程序的情緒反應(yīng)。 GSR在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中的廣泛使用可能在未來(lái)，但Maxim已經(jīng)為可穿戴的移動(dòng)電流皮膚響應(yīng)（GSR）系統(tǒng)制作了參考設(shè)計(jì)。

Maxim的參考設(shè)計(jì)基于MAX32600健康測(cè)量微控制器，該微控制器直接連接到皮膚電極，并與運(yùn)行免費(fèi)提供的配套GSR/溫度測(cè)量應(yīng)用程序的Android設(shè)備進(jìn)行通信，參考設(shè)計(jì)通過(guò)藍(lán)牙?低能耗控制器連接到其SPI端口。微控制器集成了模擬前端，旨在支持精確的健康測(cè)量，從而最大限度地減少對(duì)ADS1115等精密ADC等外部元件的需求。

運(yùn)動(dòng)感應(yīng)分析技術(shù)

關(guān)閉 - 適合運(yùn)動(dòng)服也是嵌入傳感器（如MEMS慣性模塊）的理想選擇，可以準(zhǔn)確地監(jiān)控佩戴者的運(yùn)動(dòng)。形狀緊密的面料可以通過(guò)相對(duì)于運(yùn)動(dòng)員的身體移動(dòng)來(lái)消除松散穿著的服裝可能引入的噪音，從而實(shí)現(xiàn)精確的感應(yīng)。多軸感應(yīng)運(yùn)動(dòng)使應(yīng)用程序能夠識(shí)別可以改進(jìn)技術(shù)的區(qū)域，例如跑步或手臂動(dòng)作。一些可穿戴設(shè)備的設(shè)計(jì)主要考慮了運(yùn)動(dòng)感應(yīng)，例如腕帶或手套，以幫助改善網(wǎng)球擊球或高爾夫揮桿等技術(shù)。

市場(chǎng)上已有許多產(chǎn)品，如PIQ，它監(jiān)控13軸的運(yùn)動(dòng)并與玩家手機(jī)上的教練應(yīng)用程序通信（圖4）。 PIQ多項(xiàng)運(yùn)動(dòng)傳感器還集成了GPS，為高爾夫球手提供額外的功能，例如球場(chǎng)信息，包括距離球洞的距離。

圖4：像PIQ這樣的運(yùn)動(dòng)跟蹤可穿戴設(shè)備可以充當(dāng)虛擬運(yùn)動(dòng)教練。

慣性模塊，如STMicroelectronics LSM6DS3 6軸iNEMO ?模塊將3軸加速度計(jì)和3軸陀螺儀組合在一個(gè)封裝中，具有適用于可穿戴應(yīng)用的高級(jí)功能。這些包括活動(dòng)/不活動(dòng)檢測(cè)和重要事件檢測(cè)，以及內(nèi)置的計(jì)步器功能。

認(rèn)識(shí)到可穿戴應(yīng)用中需要低功耗，該模塊具有始終開(kāi)啟的低功耗模式，以及0.42 mA的低功耗工作模式。 LSM6DS3支持多種操作模式，包括傳感器集線器模式，允許最多四個(gè)額外的外部傳感器連接到模塊的主I 2 C接口。這可用于將LSM6DS3作為集線器連接到系統(tǒng)等傳感器，如溫度或氣壓傳感器。圖5顯示了如何在傳感器集線器模式下配置LSM6DS3的示例。

圖5：在傳感器集線器模式下配置LSM6DS3的示例代碼。/p>

結(jié)論

微小的傳感器和壓縮運(yùn)動(dòng)面料相結(jié)合，帶來(lái)了各級(jí)運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練改進(jìn)和競(jìng)爭(zhēng)方式的巨大變化。他們一起能夠?qū)⑦\(yùn)動(dòng)技術(shù)服裝轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢猿袚?dān)私人教練角色的智能服裝。