可穿戴设备如何实现数据交互、云端交互

便携式智能设备

‌可穿戴设备‌是指直接穿在身上或整合到用户的衣服或配件中的便携式智能设备。它们通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现多种功能，如健康管理、运动测量、社交互动、影音娱乐等。‌

1定义和分类

可穿戴设备不仅仅是一种硬件设备，更是一种通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大功能的设备。它们可以通过传感器收集用户的生物特征、运动数据和环境信息等，并通过无线通信技术与手机、电脑或云服务器进行连接。

技术特点

‌传感技术‌：可穿戴设备通常配备各种传感器，如加速度计、陀螺仪、心率传感器等，用于收集用户的生物特征、运动数据和环境信息。

‌无线通信技术‌：通过蓝牙、Wi-Fi或移动网络与其他设备进行通信，实现数据的接收和发送。

‌能源管理技术‌：由于设备通常使用较小容量的电池，节能技术和快速充电技术成为重要问题。

‌数据处理与分析技术‌：设备通常具有限制性的计算能力，需要将数据处理和分析功能尽可能地集成在设备中，以实现实时的数据处理和分析。

‌安全与隐私技术‌：保护用户的隐私和数据安全是非常重要的，安全技术如数据加密和身份验证可以帮助确保用户数据的保密性和完整性。

应用领域

可穿戴设备的应用领域广泛，包括健康管理、运动测量、社交互动、影音娱乐等。例如，智能手表可以监测心率、步数和卡路里消耗，智能眼镜可以提供GPS导航和增强现实体验，智能手环可以记录睡眠质量和运动数据。

发展趋势

随着技术的进步和用户需求的变迁，可穿戴设备的形态与应用热点也在不断变化。国内厂商在上游关键器件方面还有较大的发展空间和提升潜力，市场竞争也十分激烈，各家厂商都在不断推出新品以满足不同用户的需求和喜好。

岁末年初，每个行业都在忙着盘点上一年度的收成，同时抓紧寻找更具潜力的市场。经过梳理我们发现，近一年，整个科技行业遇到了巨大的挑战，这其中有一个市场却走出了不一样的行情，它就是可穿戴电子设备市场。

根据IDC最新数据，全球可穿戴设备市场在2020年第三季度同比增长35.1%，总出货量达到1.25亿台。这种激增在很大程度上是由两大因素推动的，一方面，苹果(Apple)、三星(Samsung)等公司的新产品让人们重燃对智能手表和耳机等热门产品的购买热情。另一方面，受疫情影响，人们外出旅行、就餐和其他休闲活动大幅减少，在电子产品上的支出在最近几个月有了一定增加，尤其是与健康监测密切相关的可穿戴电子产品。

图1:按照产品类型划分，2020年第三季度全球可穿戴电子设备出货情况(图源：IDC)

其实，上述原因很好理解。近一年，人们比以往任何时候都更加关注自己的健康状况，从CES 2021上我们就能感受到这种风潮。今年的CES虽然是“云”展览，但展出的可穿戴产品仍然有很多看点，除了智能手表、智能手环这些经典产品，健身类的可穿戴产品很是吸人眼球。Xenoma公司的e-skin EMStyle紧身衣就非常具有代表性，这是一款独特的可穿戴产品，里面装有24个电极，它能刺激人的肌肉，只需20分钟就可以达到全身有氧锻炼的效果。

图2:Xenoma公司的e-skin EMStyle紧身衣(图源：CES)

可穿戴设备发展的几点猜想

健康和健身跟踪功能一直是人们选择购买智能手表的最重要原因，也是这些设备最常用的功能。随着技术和产品应用的不断创新，可穿戴设备的产品种类也有了大幅度的扩充，在智能手表和智能手环之外，接下来将有更多新颖且极具创造力的产品走进我们的生

猜想一：医疗保健和健身功能重要性凸显

随着可穿戴式传感器的不断创新，以及5G、人工智能、虚拟现实等先进技术在可穿戴产品中的应用，加速了产品服务和商业模式数字化进程。在医疗保健领域，远程医疗、互联健康概念逐渐被消费者接受。因此，人们在选购可穿戴产品时将更加注重产品的医疗保健和健康监测功能。

现在，心率监测等功能已经成为所有腕带设备的标准配置，心电图(ECG)测量等更先进的功能正逐渐降低价格。虽然这些测量数据无法作为医生诊断的依据，但用其预估一下自身的身体状况还是没问题的。

猜想二：可穿戴设备将拥有更多AI属性

最近几年，人工智能(AI)技术得到了飞速发展，人们也在努力尝试着把AI添加到所有事物中。现在，Google Assistant和Alexa等语音助手已经出现在手机和智能家居设备以外的地方，比如可穿戴设备，这都非常有潜力成为AI另一个重要应用领域。

眼下，Facebook等公司正在竞相开发的脑机接口，从理论上讲，它能让人类只动脑不动手就能更新Facebook的状态，效果有点儿类似于咱们常说的心灵感应。另据报道，埃隆·马斯克的Neuralink公司正在开发的一种脑机接口，借助可穿戴设备，就能让严重脑损伤的人实现基本的生活自理。

猜想三：5G普及推动可穿戴设备直接联网

随着5G技术的进一步普及，可穿戴设备直接联网不再是梦想。届时，智能手表不必通过智能手机就可以直接连接到网络。对儿童和老年用户而言，这个功能非常符合他们的使用需求。一方面可穿戴设备能够监控使用者的健康状况，另一方面还能方便地与家人取得联系。到时，可穿戴设备将摆脱辅助设备这一产品定位，进而成为独立的物联网入口。

猜想四：可穿戴设备数据安全愈发重要

市场快速发展的同时，挑战也无处不在，首当其冲的就是数据安全问题。由于可穿戴设备在穿戴者身上每天都会创造大量数据，尤其是我们对可穿戴设备的接受程度越高，产生的数据就越多。因此，可穿戴解决方案提供商需要在保护数据隐私方面采取更先进的技术手段。

猜想五：在提升能源效率上还应再加把劲

任何一个拥有可穿戴设备的人都对产品的能源效率问题有着深刻的理解。说到底，消费者想要的是一款能够集成更多功能的高性能设备，但它绝不能因此就每隔一个小时就要充一次电。低功耗应该是企业在新产品开发过程中首先要考虑的重要事项。

百花齐放的可穿戴解决方案

根据IDC等机构的预测，2021年可穿戴设备将迎来爆发式增长，全球出货量预计超过5亿台。不断上升的可穿戴设备市场为企业带来了的商机，一场有关可穿戴技术的竞赛也在悄悄进行。其中不乏很多颇具创新力的初创企业，当然也有一大批行业内赫赫有名的大企业，比如STMicroelectronics(意法半导体)、Infineon(英飞凌)、TI、ADI、NXP(恩智浦)、TE、Bosch等。

ADI：专攻具有诊断级性能的可穿戴监测方案

医疗健康是ADI持续发力的一个行业，公司的可穿戴技术和方案也是紧紧围绕这一领域展开。从ADI公开的信息看，他们认为远程监护以及具有临床级健康监测功能的智能可穿戴将呈现爆发式的增长。届时，有健康隐患的消费者只需佩戴一些心电、血氧的便携监护设备，医生就可以远程对患者的健康状况进行判断。

在可穿戴技术上，ADI提供的是一揽子解决方案，也可以说是完整的系统级解决方案。方案的最大特点是低功耗、诊断级性能、高集成/小体积。涉及传感器、模拟信号处理、数字信号处理、无线通信等多种芯片，开发工具、算法等也包含在内。

图3:ADI可穿戴医疗保健设备系统框图

STMicroelectronics：监测社交距离的智能手环划算又实用

STMicroelectronics(意法半导体)的可穿戴设备解决方案比较丰富，市场上热门的智能手表、健身追踪器、心率监控器、运动设备等，他们都能提供完整的参考设计，另有评估工具和软件供用户选择。

去年6月份，ST推出了尺寸紧凑、经济划算的可穿戴设备参考设计，可实现远程配置激活、通知提示和防数据篡改功能，如果有特殊需求，还能提供接触者溯源功能。该方案适合设计用于工厂、办公室、医疗机构等露天或封闭工作环境的智能手环和手镯，疫情期间可将其用于监测人员的社交距离。

在这个方案采用了RF输出功率可调的超低功耗BlueNRG-2系统芯片，与其S2-LP sub-1 GHz超低功耗RF收发器搭配使用，通过Sigfox “0G”全球网络，这个基础款参考设计还可增加标签和云端之间的双向通信功能，支持私有和匿名标签配置、通知，以及用于紧急通知的报警回路。为了节能省电，延长电池续航时间，超低功率组件上还增加了一个MEMS加速度计，在设备不移动时关闭电源。

图4:ST社交距离监测参考设计

TI：数十种参考设计力求覆盖更多可穿戴应用

TI提供的个人电子产品解决方案中，可穿戴设备占有重要一席。针对这一应用领域，TI官网上发布的参考设计多达七十余种，涵盖了传感、前端、控制、无线连接、数据转换、音频、DLP等。小编认为TIDA-01580很有必要拿出来说一说。因为这是一款用于创建新一代无线患者监护仪的参考设计，非常符合当下的市场需求。

心电图(ECG)或光体积描记法(PPG)可穿戴式监护系统近年来越来越流行。可穿戴式监护仪通过用不太显眼的干电极代替冗长、笨重的电线，能显著提高患者的舒适度，移动性也得到极大增强。

图5:TI公司ECG或PPG可穿戴式监护系统参考设计

图5是TI使用AFE4900单片生物传感前端进行同步ECG和PPG测量的可穿戴、无线、多参数患者监护仪参考设计。该参考设计集成了灵活的LED驱动器和完整的光电二极管接收器链，通过串行外围接口(SPI)(或I2C)与集成了RF收发器的CC2640R2F SimpleLink Bluetooth低功耗无线MCU通信。

经过十几年的发展，可穿戴技术有了长足的进步。在软件上，先进的机器学习算法允许将简单的传感器输入转换成更具可操作性的健康或活动数据。在硬件上，芯片的尺寸正在变得越来越小，性能越来越高，这些都非常有利于可穿戴设备的设计。