心率监测（HRM）解决方案：光学心率传感器/环境光传感器/温湿度传感器/紫外线指数传感器

2024/06/16 · admin

传感器是实现物联网应用的关键步骤，如果无法获取人体、环境或机器的相关信息，就无法完成人们及万物能够互相沟通的愿景。因此，今天我们将深入说明目前物联网市场上最热门的传感器方案及相关产品设计，并特别聚焦于正快速在智能穿戴设备设计领域崛起的心率监测（HRM）解决方案。

从手机到物联网MEMS动作传感器应用渐广

近年来，各类微机电（MEMS）动作传感器逐渐成为智能手机、平板等移动设备的标准配备，特别是三轴加速度传感器、三轴磁力计和陀螺仪等，几乎是手机开发商必备的传感器解决方案。其中，加速度传感器由于成本低，体积小，又能够提供计步功能，搭配用于广受移动设备市场欢迎的运动健身相关应用程序中，至于磁力计则可测量磁场，进一步提供指南针、导航等应用功能。目前在移动设备设计中MEMS动作传感器已占得重要地位，甚至像穿戴设备这类新兴的物联网产品也都开始大量采用。

为了协助开发人员克服在穿戴设备中导入传感器的挑战，芯科科技（SILICON LABS）近期发布全新的Thunderboard Wear开发板，协助开发人员掌握下世代可穿戴和物联网节点设备的各区块设计要点。

图说：Thunderboard Wear开发板将是打造下世代智能手表的最佳途径

Thunderboard Wear建构在ARM mbed平台的基础上，内建Silicon Labs的EFM32 Giant Gecko微控制器、Bluetooth Smart连接，以及环境光加手势控制、动态心率侦测等光学传感器，同时还搭配友商的九轴MEMS动作传感器，构成一个集大成的整合设计。不仅如此，Silicon Labs还提供板上USB编程及除错器，并可透过免费使用的Simplicity Studio软体工具进行实时的传感器、计算元件功耗分析，对于开发先进可穿戴设备的软硬件需求可说是一应俱全，让客户享受一站式购足，轻松快速设计物联网商品的体验。

全面进驻穿戴设备心率监测即将掀起知感大潮

目前一些较新的可穿戴设备利用光学传感器来追踪生命指标。穿戴装置结合生物信号监测应用的发展分三大阶段，目前大多产品仍停留在第一阶段的「运动健身」范畴，仅透过MEMS动作传感器提供计步等简易功能，至于第二和第三阶段的「健康保健」、「医疗照护」应用须透过光学传感器并搭配相关算法才能实现。

因应下一波传感器技术潮流，Silicon Labs持续扩展高性能、低功耗的光学传感器阵容，包括心率/脉搏血氧饱和度，以及2D 或 3D 手势的移动侦测等。针对可穿戴设备，Silicon Labs开发的生物传感器Si1132/4X系列，主要用于测量人们的心跳、血压，追踪阳光紫外线强度等，并且这些传感器致力于小尺寸以应对可穿戴领域的挑战。

目前最新型的Si1144光学心率传感器解决方案，是一款改变游戏规则的产品，可以力助设计人员有效降低腕上心率监测应用的成本和复杂度，让他们的设计从此通畅无阻。

该HRM解决方案包括一个低功耗光学传感器模块和一个运行Silicon Labs先进HRM算法的节能型EFM32 Gecko微控制器。占板面积很小的Si1144传感器模块集成了光学传感器、绿光发光二极管（LED）、LED驱动器、模数转换器（ADC）、控制逻辑和I2C数字接口，能够精确感测腕上微弱血流信号，媲美胸带式HRM设计的卓越性能。

万物互联需求带动环境传感器应用蓄势待发

环境传感器正日益受到行业关注，极有潜力运用在智能家居、工业和车用联网设备上。在众多环境传感器方案中，大气压力、温/湿度和紫外线指数（UV）传感器需求可望率先爆发。以压力计为例，其可精准测量气压变化,进而达成各种压力检测、高度追踪和辅助定位等应用功能，近来正快速在智能手机、运动/竞赛专用穿戴设备、智能家庭能源管理装置，以及工业监控设备设计中崛起。

温/湿度和紫外线指数传感器则是通过撷取环境温/湿度和UV指数等信息，让物联网装置能因应环境的变化，主动向用户发出提醒。至于下一阶段的发展，一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）和酒精等气体（或称化学）传感器也将会冒出头来。

SiliconLabs不仅具备温/湿度传感器产品线，近来也不断推出新款紫外线指数传感器、环境光传感器，能够感应出UV指数和环境光等模拟数据，进一步作为系统计算和应用程序运行的参考依据。

例如，Silicon Labs新型Si1133光学传感器为在广泛的运动装备和户外活动产品上添加高精度UV指数测量功能提供了高性价比解决方案。Si1153环境光传感器则特别针对强日光条件和更大范围操作进行了优化，这使得它非常适用于室外环境中的手势控制和接近检测等应用。

2016年传感器技术发展从“心”出发

物联网的到来，加上穿戴设备的兴盛，让传感器技术面向一个极大的变革，而其中的技术主角就是被称为心率监测的HRM。我们知道，典型的可穿戴设备通过一个外部设备整合用户数据和外部数据分析并显示用户信息。可穿戴设备的结构包括一个或多个传感器、存储器件、连接器件（射频控制器）、显示屏及电池。

现在市场上最火红的可穿戴电子设备当属智能手表、健身手环及活动检测器，这些设备通过一个或者多个光学传感器测量和捕获用户信息，且近期大量采用HRM解决方案，帮助用户提升运动和健康管理效益。因此促使整个传感器行业迅猛增长，这种趋势在中国尤为明显，作为未来可穿戴设备重要组成部分的HRM传感器模块和演算法变得愈来愈炙手可热。

心率监测（HRM）解决方案：光学心率传感器/环境光传感器/温湿度传感器/紫外线指数传感器

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