解密,智能手环是如何收集我们身体数据的,有哪些工作原理?
随着智能运动手环的普及,越来越多的人开始佩戴手环,用它来监测自己的健康状态;睡眠监测和步数统计是每个手环都具备的基础功能,但不同的品牌,都有不同的计算方式,这也造就了品牌之间的孰强孰弱。
举个例子,像小米手环、小影手环推出后,争议一直不断,有人说小米手环低价颠覆了手环市场,也有人说小影手环不按常理出牌在破坏行业规则,甚至影响 创新。
就这样一块20G或者30G重量的手环,莫名其妙地引起了搭配、健康的潮流,但几乎所有人只会拿手环屏幕上显示的数字,和Appli watch或者其他医疗仪器做对比来判断准确度,没有人或极少人知道手环是怎么工作的。
既然有人讨论小影手环不按常理出牌在破坏行业规则,那我们拿小影手环做个栗子。
动哈小影手环的心率监测功能精准度怎么样,都有哪些技术在里面?
由图可见,动哈小影手环是将透射型光电传感器的发光管和光敏 接收器件置于所测组织的两侧。
通过将入射光穿过皮肤进入深层组织,除去被皮肤、肌肉、血液等吸收外,剩下部分的光线透射被光敏接收器感知,通过测量血管里的血液体积随心脏泵血的变化,血液体积的周期性变化构成了一切利用PPG信号来进行心率估计的基础,通过计算相邻周期内特征点间(如峰值间)的距离来实现心率估计。
简单来说,血液在身体里流转的速度是由心跳的频率控制的,而手环的光就是用来测血液的流速来判断你的心跳频率。
反射式光电传感器的发光管和光敏接收器置于所测组织同侧,光敏器件收的是由血液漫反射回去的光,动哈小影手环采用的是绿光,主要因为反射模式其光敏接收器接收到的信号有限,对其信噪比要求高,而绿光所得到的信噪比相对最好。
动哈小影手环的计步原理是什么?
动哈小影手环计步的核心器件—加速度传感器(能够感知物体运动方向与加速度大小),采用压阻式、压电式和电容式工作原理,产生的加速度正比于电阻、电压和电容的变化,通过相应的放大和滤波电路进行采集。
简单来说:通过测量你走路的方向和加速度力量,加速度计能够判断设备处于水平或是垂直位置,来判断设备是否移动,从而达到计步操作, 手机的计步也是用的这个原理。
但并不是就这样简单操作就可以计算出步数,如上图所示,人在走路过程中是规律运动的,但传感器采集到的的数据很粗糙,毛刺较多,MCU处理起来误差会很大,所以要进行数据处理,方法为数字滤波!
MCU可以比喻成加速度传感器的大脑。用数字设备,通过一定的算法,对信号进行处理,将某个频段的信号进行滤除,得到新的信号的这一过程叫做数字滤波。
把原始数据变得更干净明了,MCU更容易判断状态。
数字滤波方法:限幅滤波、中值滤波、算数平均滤波等。根据算法去除干扰,使MCU处理数据更准确,加入记步算法就可以实现基本记步功能。
再来说一下手环是如何监测睡眠质量的?
通过体动记录仪来分析睡眠状态的。
简单来说,就是 智能手环上会有一个传感器,在你睡眠的时候根据手腕的动作幅度和频率来衡量睡眠的质量。
体动记录仪可以检测微小运动,来确定我们是否处于清醒、浅度睡眠还是深度睡眠中,至于如何确定使用者的状态,这就依靠每个品牌手环的预设参数了,手环都会预设几个触发条件,用以确定使用者是否进入睡眠状态,当手环的监测数据与预设数据相匹配,那么手环就会判定使用者进入了相应的模式
睡眠监测是通过体动记录仪监测人的动作,以系统的计算方式进行累计计算,每2分钟记录一次合计值,与此同时的姿势数据得到记录,通过计算来判断睡眠状态。
举个例子:人进入深度睡眠的时候,身体睡得就像死猪一样,基本上就不会产生运动量,运动量改变的时间就会变得更长,手环则以此为依据,判断你是否是深度睡眠状态。
NFC门禁解锁
动哈小影手环,之所以能解锁小区/房子的门禁,是通过一种短距高频的无线电技术,在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换,从而实现门禁解锁,这项技术,倒是极少看到有其他品牌的手环做到了,像现在的小米手环、苹果手表都没有看到有这项功能。
但安利这项技术应该也不难,和门卡是一个原理,里面储存着一道“圣旨”,当它遇到门锁的时候,就发出“解锁”的指令,门也就开了。
总结
显然,所有运动手环的监测功能都是利用传感器的一些原理制成,像动哈小影手环的监测功能都得益于传感器的进化,有利于实现更精准的身体数据监测,才让运动监测设备们变得更好用。
我曾经听身边朋友说过一件事,说是手环还能监测男女睡前运动的每一个过程,哈哈哈。
相信在未来,这些传感器配合更先进的软件算法,有可能帮助我们获得更准确的监测数据,甚至能够分享到医疗机构,帮助我们预防疾病。
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