近兩年，可穿戴大廠紛紛成立運(yùn)動(dòng)健康管理實(shí)驗(yàn)室，加碼運(yùn)動(dòng)和健康追蹤功能，業(yè)界似乎已經(jīng)達(dá)成共識(shí)，這就是現(xiàn)階段可穿戴設(shè)備的獨(dú)特價(jià)值。

01 運(yùn)動(dòng)監(jiān)測，可穿戴設(shè)備廠商還能有什么期待？

根據(jù)IDC《中國可穿戴設(shè)備市場季度跟蹤報(bào)告，2021年第四季度》，2021年中國可穿戴市場出貨量近1.4億臺(tái)，同比增長25.4%。預(yù)計(jì)2022年，中國可穿戴市場出貨量超過1.6億臺(tái)，同比增長18.5%。主流的可穿戴設(shè)備包括智能手表、TWS耳機(jī)、智能手環(huán)等。

市場增長的同時(shí)，可穿戴設(shè)備廠商也感覺到競爭加劇了。長期來看，可穿戴設(shè)備廠商需要通過精細(xì)化市場定位充分挖掘現(xiàn)有需求、開發(fā)更多功能場景刺激新的消費(fèi)需求。

著眼當(dāng)下，在當(dāng)前運(yùn)動(dòng)功能為主的基礎(chǔ)上，健康監(jiān)測相關(guān)功能已經(jīng)在多數(shù)頭部廠商的技術(shù)儲(chǔ)備中逐漸完善。

展望未來，可穿戴設(shè)備仍然有更廣泛的應(yīng)用場景待挖掘：例如在游戲娛樂場景中與VR設(shè)備的交互，在車載場景中對駕駛員狀態(tài)監(jiān)測等，這將有利于帶動(dòng)更多消費(fèi)需求涌現(xiàn)。

回到我們今天的主題，運(yùn)動(dòng)監(jiān)測功能已經(jīng)發(fā)展到一定階段，仍然是設(shè)備廠商建立競爭壁壘的重要技術(shù)，下一步就是功能的優(yōu)化和使用體驗(yàn)感的提升。

關(guān)于運(yùn)動(dòng)監(jiān)測，可穿戴設(shè)備廠商還能有什么期待？不妨自底層技術(shù)看起，從傳感器的技術(shù)創(chuàng)新中找一些靈感。

02 數(shù)據(jù)“捕手”-Bosch Sensortec可穿戴明星產(chǎn)品

運(yùn)動(dòng)監(jiān)測功能的實(shí)現(xiàn)，始于數(shù)據(jù)收集，而傳感器就是數(shù)據(jù)“捕手”。

# 加速度傳感器BMA456

查看智能手表上的步數(shù)，已經(jīng)成為了人們的常規(guī)操作。通過加速度傳感器感應(yīng)用戶的加速度變化，再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，就可以算出行走步數(shù)。加速度傳感器BMA456內(nèi)置計(jì)步器和運(yùn)動(dòng)識(shí)別功能，不僅能夠計(jì)算出步數(shù)，還可以判斷用戶是處于跑步或者靜止?fàn)顟B(tài)。

BMA456在一眾加速度傳感器中脫穎而出，靠的是它的功耗管理功能，它可以自我判斷運(yùn)動(dòng)和非運(yùn)動(dòng)模式，相應(yīng)地在低功耗模式和正常模式間進(jìn)行快速切換。

在常規(guī)的工作模式中，它的耗電量是150μA。當(dāng)設(shè)備沒有活動(dòng)時(shí)，傳感器可以被設(shè)置為超低功耗6Hz的待機(jī)低功耗模式，它的耗電量能低至6μA。

加速度傳感器BMA456內(nèi)置計(jì)步器和運(yùn)動(dòng)識(shí)別功能

加速度傳感器在可穿戴設(shè)備上有廣泛的應(yīng)用，在近日落幕的【第33屆“微言大義”研討會(huì)：運(yùn)動(dòng)感知技術(shù)及應(yīng)用】上，Bosch Sensortec高級現(xiàn)場應(yīng)用工程師皇甫杰舉了兩個(gè)例子：

比如，TWS耳機(jī)的入耳/出耳檢測，常見的實(shí)現(xiàn)方式是用接近傳感器檢測耳機(jī)與接觸物體之間的距離，來判斷是否入耳，但在實(shí)際應(yīng)用中，會(huì)有誤判的情形，像耳機(jī)拿在手中和放在桌上有時(shí)會(huì)難以精準(zhǔn)判斷。為了更精確的判斷，需要加速度傳感器的聯(lián)動(dòng)，通過加速度信號(hào)了解設(shè)備方向，用戶移動(dòng)軌跡等更多狀態(tài)。BMA456的數(shù)據(jù)可以與接近傳感器融合，極大提高入耳/出耳檢測精度。同時(shí)，在兩個(gè)傳感器的聯(lián)動(dòng)工作模式下，接近傳感器不需要一直打開，由此達(dá)到降低系統(tǒng)功耗的目的。

再比如，TWS耳機(jī)的單擊/雙擊/三擊功能的實(shí)現(xiàn)，也需要用到加速度傳感器BMA456，敲擊的準(zhǔn)確度高達(dá)90%以上。

# 智能傳感器BHI260/慣性傳感器BMI270

?定位導(dǎo)航應(yīng)用

談到定位技術(shù)，大家也許會(huì)想到GPS，這是一種常見的GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）。GPS在遮擋環(huán)境比如密集樓宇中效果較差，此時(shí)需要結(jié)合PDR（行人航位推算）獲取更準(zhǔn)確的定位。

PDR是一種利用手機(jī)內(nèi)嵌多種傳感器采集的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行行人室內(nèi)定位的技術(shù)。該技術(shù)通過利用行人初始的位置、行走的距離和方向信息，推算用戶在任意時(shí)刻的位置信息，無需額外的設(shè)備支持。

通常來說，只用GNSS定位，GPS需要一直打開，功耗較高。如果用GNSS+PDR融合的方式，GNSS只需間斷打開，由此降低功耗。這樣可以在保證定位精度的同時(shí)，降低整機(jī)功耗。

這里給大家分享一組數(shù)據(jù)對比：

只用GNSS定位，功耗約為50mA。

采用PDR+GNSS的組合定位，功耗約為17mA。

智能傳感器BHI260中集成了PDR算法，同時(shí)支持PDR和GNSS數(shù)據(jù)的融合，從而幫助優(yōu)化用戶的路徑規(guī)劃。

?3D音頻技術(shù)

為給用戶帶來更好的聽覺體驗(yàn)，3D音頻這一技術(shù)被引入到TWS耳機(jī)中，該功能可以在耳機(jī)上體驗(yàn)沉浸式環(huán)繞聲。通過內(nèi)置的加速度傳感器和陀螺儀，可以追蹤用戶的頭部運(yùn)動(dòng)，當(dāng)頭部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，音頻會(huì)重新校準(zhǔn)，始終將用戶放置在場景中央。

針對3D音頻功能，Bosch Sensortec有兩種實(shí)現(xiàn)方案：

方案1：BHI260+ BMM150(地磁傳感器)

方案2：BMI270+ BMM150

需要說明的是，BMI270集成了一顆加速傳感器和一顆陀螺儀，BHI260集成了一顆加速傳感器、一顆陀螺儀和傳感器中樞（hub）。

兩種方案最大的區(qū)別是算法運(yùn)行位置的不同。

方案1中，頭部運(yùn)動(dòng)方向識(shí)別是在傳感器器件內(nèi)部完成的，經(jīng)過一系列處理后，通過傳感器中樞將頭部角度的數(shù)據(jù)提供給Host MCU。

方案2中，頭部運(yùn)動(dòng)方向識(shí)別的算法，需要在Host MCU上面實(shí)現(xiàn)，隨后將BMI270采集到的傳感器數(shù)據(jù)傳輸給MCU，然后再通過算法去計(jì)算頭部角度。

# 氣壓傳感器BMP581

博世的氣壓傳感器具有高精度、低功耗、小尺寸的特點(diǎn)，也可以集成到TWS耳機(jī)或智能手表中，用于識(shí)別運(yùn)動(dòng)。比如，用戶在做引體向上的時(shí)候，TWS耳機(jī)中的氣壓傳感器可以識(shí)別到距離高度變化為30cm（如下示意圖）。

氣壓傳感器BMP581可準(zhǔn)確測量運(yùn)動(dòng)中的微小高度變化

在智能手表計(jì)算卡路里的時(shí)候，通常要依賴用戶走路/跑步的距離，但不管是用GPS根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算距離，還是用慣性傳感器的計(jì)步器功能計(jì)算距離，都難以將高度變化和坡度狀態(tài)納入考慮。顯然，有高度變化時(shí)，比如上坡或者下坡，消耗的卡路里就不同。氣壓傳感器可以通過對高度變化檢測，從而讓卡路里的測量更加精確。

BMP581是Bosch Sensortec在2022年最新推出的氣壓傳感器，在精度方面實(shí)現(xiàn)了新的突破——它可以準(zhǔn)確測量低至7.6μg的氣壓波動(dòng)，相當(dāng)于一只蚊子重量的千分之一。

審核編輯：湯梓紅