自自我身心健康测量成为全球趋势以来，与身心健康相关的可穿戴设备迅速崛起，将现有传感器集成到可穿戴设备中的做法成为一种趋势。
作者：杨世静申年科技发展经理
目前常用的传感技术有陀螺仪，可以感知电平变化；3轴加速度计，用于感测运动、行走或姿势的变化；计步器用于计算步数；全球定位系统(GPS)接收器感测地理位置；并且麦克风可以接收语音或声波等。
上述传感器在市面上健康穿戴设备中的应用，大多是运动、健身、减肥、睡眠质量等生理测量。未来，健康可穿戴设备将逐步增加体温、脉搏氧浓度、心率、心电图和酒精浓度测量，甚至有望集成血压、血糖等生理传感器，随时随地跟踪健康状况。
整合人类内部/外部信息的精神感应技术，贴近情感需求。
下一代健康可穿戴设备的创意核心在于打破了可穿戴设备的生理和心理测量与分析的界限，不仅可以测量生理信号，还可以测量心理状态。结合外部和内部测量结果的解决方案可以捕捉、量化、呈现和跟踪生物/心理信号，从而使用户可以更深入地了解自己的身体和精神状况。
可穿戴技术的突破在于实现智能化。除了结合庞大的数据和物联网(IoT)达到情境感知的目的，理解人的心智活动将改变人机界面的交互模式。
过去，态势感知侧重于移动设备与外部环境的交互，通过外部传感器满足用户的下一步需求，比如提醒用户自己的地理位置等信息；而更智能的穿戴技术，则需要通过感知心理信号，与人的内心感受进一步互动。例如，当用户紧张时，该设备会提醒他们放松，调整呼吸或播放缓解压力的音乐。
创新功能使用，强化可穿戴产品的独特性
除了用心电图芯片测量生理信号，通过算法学习心率、呼吸率、压力程度等信息外，脑电传感技术还可以进一步感知人的精神活动，使可穿戴设备更加智能化、人性化。虽然人机界面越来越发达，但人还是要向机器屈服，所以脑机接口技术的愿景是让机器与人类合作，理解人类的“心”。
可穿戴产品要差异化，必须提供创新的使用情境。例如，配备心电图芯片的可穿戴设备不仅可以跟踪游戏玩家的健康状况，还可以使游戏更具挑战性。比如心跳频率被心电图技术记录，一旦玩家因紧张而心跳加速，游戏难度增加；或者脑电波是用脑电图测出来的，用算法推导出来的。如果心情放松，主角的生命力会恢复得更快，否则注意力不集中，游戏难度会增加。
以汽车行业为例。目前智能穿戴产品主要优先呈现汽车油耗、平均车速等必要的驾驶信息。未来如果用心电传感技术记录心电活动指数，就可以避免疲劳驾驶和加班造成的事故。
实现多传感器应用的解析数据含义算法
心电图技术不仅可以用于测量心跳，真正的创新来自于提供准确的心电图信息，并可以进一步显示两次心跳时间的细微变化，如心率变异性(HRV)。
心电图提供了清晰的电图，是检测心率变异性最准确的方法。最常用的心率变异性分析是根据心电图中的R波计算相邻R波之间的时间间隔，形成时间序列。一般来说，较高的HRV意味着身体有较高的自主神经调节能力，所以
目前常用的传感技术有陀螺仪，可以感知电平变化；3轴加速度计，用于感测运动、行走或姿势的变化；计步器用于计算步数；全球定位系统(GPS)接收器感测地理位置；并且麦克风可以接收语音或声波等。
上述传感器在市面上健康穿戴设备中的应用，大多是运动、健身、减肥、睡眠质量等生理测量。未来，健康可穿戴设备将逐步增加体温、脉搏氧浓度、心率、心电图和酒精浓度测量，甚至有望集成血压、血糖等生理传感器，随时随地跟踪健康状况。
整合人类内部/外部信息的精神感应技术，贴近情感需求。
下一代健康可穿戴设备的创意核心在于打破了可穿戴设备的生理和心理测量与分析的界限，不仅可以测量生理信号，还可以测量心理状态。结合外部和内部测量结果的解决方案可以捕捉、量化、呈现和跟踪生物/心理信号，从而使用户可以更深入地了解自己的身体和精神状况。
可穿戴技术的突破在于实现智能化。除了结合庞大的数据和物联网(IoT)达到情境感知的目的，理解人的心智活动将改变人机界面的交互模式。
过去，态势感知侧重于移动设备与外部环境的交互，通过外部传感器满足用户的下一步需求，比如提醒用户自己的地理位置等信息；而更智能的穿戴技术，则需要通过感知心理信号，与人的内心感受进一步互动。例如，当用户紧张时，该设备会提醒他们放松，调整呼吸或播放缓解压力的音乐。
创新功能使用，强化可穿戴产品的独特性
除了用心电图芯片测量生理信号，通过算法学习心率、呼吸率、压力程度等信息外，脑电传感技术还可以进一步感知人的精神活动，使可穿戴设备更加智能化、人性化。虽然人机界面越来越发达，但人还是要向机器屈服，所以脑机接口技术的愿景是让机器与人类合作，理解人类的“心”。
可穿戴产品要差异化，必须提供创新的使用情境。例如，配备心电图芯片的可穿戴设备不仅可以跟踪游戏玩家的健康状况，还可以使游戏更具挑战性。比如心跳频率被心电图技术记录，一旦玩家因紧张而心跳加速，游戏难度增加；或者脑电波是用脑电图测出来的，用算法推导出来的。如果心情放松，主角的生命力会恢复得更快，否则注意力不集中，游戏难度会增加。
以汽车行业为例。目前智能穿戴产品主要优先呈现汽车油耗、平均车速等必要的驾驶信息。未来如果用心电传感技术记录心电活动指数，就可以避免疲劳驾驶和加班造成的事故。
实现多传感器应用的解析数据含义算法
心电图技术不仅可以用于测量心跳，真正的创新来自于提供准确的心电图信息，并可以进一步显示两次心跳时间的细微变化，如心率变异性(HRV)。
心电图提供了清晰的电图，是检测心率变异性最准确的方法。最常用的心率变异性分析是根据心电图中的R波计算相邻R波之间的时间间隔，形成时间序列。一般来说，较高的HRV意味着身体具有较高的自主神经调节能力，因此拥有更强壮的身体。
许多科学研究表明，高频HRV与自主神经系统中的副交感神经活动有关，而低频HRV与交感神经活动有关。研究指出，副交感神经系统有助于身体的放松和恢复，而交感神经系统则显示人在紧张或兴奋状态下的预
健康穿戴可以应用于多动训练游戏，也可以随时随地通过游戏互动来放松疗愈或锻炼大脑。电影行业通过测量人的内心情绪，可以知道观众的实际感受，电影的剧情可能会随着所有观众的心情而变化。未来还可以衡量哪些电影场景最受观众喜爱或推崇。
熟悉度指数可以衡量人们在执行任务的过程中获取知识和经验的程度，以及他们的工作内容是否已经舒适。这个任务可以指身体表现，也可以指心理认知表现。通过这个算法，我们可以描述学习和认知的进程。
难度指数衡量的是人们在执行任务的过程中有多努力，工作内容是否极具挑战性需要绞尽脑汁。使用这种算法，人们可以实时评估和调整任务的难度。此外，还会陆续进行更多的学习难度和熟悉度的测量，或者针对职场技能需求的创新应用，未来可以把算法改成更有想象力的。
完整解决方案帮助健康可穿戴产品加速上市。
如何准确测量人的心脑健康，对人类的整体健康至关重要，所以可穿戴产品的厂商都在积极的冲进去。预计到2017年全球将有6.4亿台可穿戴设备，主要用于监测人体身心健康。涵盖产品类型从可穿戴健康追踪设备、放松冥想观察设备、睡眠监测设备、心脏状况追踪设备，到智能手表、眼镜、手环、衣服。
要实现快速的系统集成，缩短上市时间，需要一套完整的解决方案，即同时提供芯片、算法、软件开发工具甚至云集成服务(图2)。完整的解决方案应包括创新的传感技术、算法和低成本、低功耗的片上系统(SoC)。
以申年科技的SoC为例。它集成了先进的低噪声模拟前端放大电路、16位高精度模数转换器(ADC)和高性能数字信号处理器(DSP)，能够精确采集从微伏(V)到毫伏(mV)的心电信号。芯片内置高通滤波器、低通滤波器和50Hz、60Hz陷波滤波器，不仅可以抵抗高频噪声，内置的DC漂移消除滤波器还可以进一步消除输入阻抗失配带来的DC漂移。
该ECG SoC无需额外集成其他无源器件或处理器即可快速输出心跳和准确的初始心电信号，具有低功耗(整个ECG系统的功耗为0.2 mA)、小尺寸(3 mm 3 mm)、零初始固件配置要求、快速达到稳态(1.5s)等特点。
脑电传感技术模块包括TGAT芯片，这是一个高度集成的SoC脑电图传感器。可以输出注意力、放松等参数，进行模数转换检测接触不良的异常状态，同时滤除电路中50Hz、60Hz交流信号的眼动噪声和干扰。
高度集成的软件/硬件可穿戴设备创造新的商机。
体积和功耗一直是可穿戴技术关注的焦点。据国外研究，可穿戴产品的瓶颈在于功耗。但是，解决这个问题的关键在于算法而不是神奇的电池。只要预先对原始数据进行初步计算，就可以降低功耗，可见算法的重要性。
硬件方面，让电感式传感器佩戴无感是厂商的一贯目标，因此需要高度集成的小尺寸SoC。下一步是提供杀手级应用，这些应用主要来自于经过验证的算法；最后是传感器芯片和算法的整合，在可穿戴市场抢占先机。
可穿戴技术的未来在于内部认知和外部环境感知相结合，生理和心理测量相结合，理性和感性相结合，可以连接人性中的可穿戴设备，实现智能感知。
