웨어러블 디바이스(Wearable Device)는 사람, 동물, 사물에 장착하여 정보를 감지, 전송, 처리할 수 있는 컴퓨팅 장비의 일종이다. 감지기 웨어러블 디바이스의 핵심 디바이스로, 웨어러블 디바이스의 센서는 인간 감각의 확장으로 인간의 '육감' 기능을 강화시키며, 사람/사물이 세상과 소통하는 '핵심' 도구로서 '인식 시대'의 문을 여는 역할을 합니다.
목차
웨어러블 기기의 센서란 무엇인가요?
일반적으로 웨어러블 기기의 센서는 다음과 같은 주요 그룹으로 분류할 수 있습니다.
1. 모션 센서
모션 센서 모션 제어 센서는 일종의 비전기적(속도, 압력 등) 변화를 원래의 전기 변화로 바꾸는 것입니다. 포함: 가속도 센서, 자이로스코프, 지자기 센서 또는 전자 나침반 센서, 대기압 센서 (대기압 측정을 통해 고도를 계산할 수 있음) 등이 있습니다.
이러한 센서는 주로 동작 감지, 내비게이션, 엔터테인먼트, 인간-컴퓨터 상호 작용 등의 기능을 실현하며, 전자 나침반 센서를 사용하여 방향을 측정하고 내비게이션을 실현하거나 보조할 수 있습니다. 인생은 움직임에 관한 것이며 움직임은 삶의 중요하고 필수적인 부분입니다. 그러므로, 모션 센서 언제 어디서나 인간 활동을 측정, 기록 및 분석하는 것은 중요한 가치가 있으며 사용자는 달리기 단계 수, 수영 랩 수, 사이클링 거리, 에너지 소비 및 수면 시간을 알 수 있으며 수면의 질 등도 분석할 수 있습니다.
모션 센서의 기능 및 구현 원리
모션 센서는 언제 어디서나 인체 활동을 측정, 기록, 분석하여 사용자가 달리는 걸음수, 수영 랩 수, 자전거 이동 거리, 에너지 소비량, 수면 시간 등을 알 수 있도록 함과 동시에 내비게이션, 엔터테인먼트, 인간-기계 상호작용(HMI)에 활용될 수 있습니다.
웨어러블 휴먼 모션 캡처 시스템 기능을 예로 들면, 인체 움직임을 실시간으로 캡처하려면 웨어러블 휴먼 모션 캡처 시스템을 설계해야 합니다. 인체에 분산된 관성 측정 장치를 통해 실시간 인체 자세 정보를 얻습니다. 각 관성 측정 장치는 소형 MEMS 3축 자이로스코프, MEMS 3축 가속도계, MEMS 3축 자력계, MCU로 구성되며, MCU는 센서로부터 데이터를 얻어 쿼터니언 기반의 확장 칼만 필터를 이용하여 해당 부품의 자세 각도를 풀어 CAN 버스와 블루투스 모듈을 통해 MCU로 데이터를 전송합니다. CAN 버스와 블루투스 모듈을 통해 데이터가 실시간으로 컴퓨터에 업로드되고 컴퓨터는 VC++ 및 OpenGL 프로그램을 통해 가상 인체 움직임을 구동하여 실시간 인체 움직임 재현을 실현합니다.
모션 센서가 실현할 기능에는 세 가지 유형의 관성 장치로부터의 감각 데이터 수집, 자세각 계산 및 유선 통신이 포함됩니다. 모션 센서는 MCU, 가속도 센서, 자이로스코프 센서, 자력계 및 CAN 인터페이스의 5가지 주요 구성 요소로 구성됩니다. MCU에는 노드의 일련의 작업을 제어하는 동기식 시퀀스 통신 버스(I2C), 비동기식 수신기-송신기(UART) 및 푸시버튼과 같은 모듈이 포함되어 있습니다. 노드는 전선으로 전원을 공급받으며 MCU는 세 센서에 대한 데이터 수집, 자세각 해결, CAN 전송 및 수신을 제어합니다.
2.바이오센서
바이오센서는 생물학적 물질에 민감하고 그 농도를 감지용 통신 신호로 변환하는 도구입니다. 인식 요소(효소, 항체, 항원, 미생물, 세포, 조직, 핵산 및 기타 생물학적 활성 물질 포함)인 고정화된 생체 감응성 물질과 적절한 물리화학적 변환기(예: 산소 전극, 감광성 튜브, 전계 효과 튜브, 압전 결정 등) 및 신호 증폭 장치로 구성된 분석 도구 또는 시스템입니다. 바이오센서에는 수신기 기능과 변환기 기능이 모두 있습니다.
바이오센서에는 포도당 센서, 혈압 센서, 심장 센서, 근전 센서, 온도 센서, 뇌파 센서 등. 이러한 센서는 주로 건강 및 의료 모니터링, 엔터테인먼트와 같은 기능을 수행합니다.
바이오센서의 기능과 구현원리
웨어러블 기술의 도움으로 의사는 진단을 개선하고 가족은 환자와 더 효과적으로 소통할 수 있습니다.
예를 들어, 웨어러블 의료기기는 다음과 같이 구성된다. 혈압 센서 사용자의 신체 데이터를 추적 및 모니터링하고, 의료 진단 모델을 분석 및 개선하며, 사용자의 건강 발달을 예측 및 형성하고, 사용자에게 맞춤형 심혈관 프로젝트 및 건강 관리 솔루션을 제공하는 동시에 가족 구성원이 사랑하는 사람을 돌볼 수 있도록 지원합니다.’ 건강 상태.
혈압계는 감지기 커프 압력 작은 변화로 인한 인체 동맥 혈관 벽 진동을 감지하기 위해 가장 일반적으로 사용되는 방법은 진동 방법이며 기본 원리는 팔에 묶인 커프를 사용하고 팽창 가능한 펌프를 통해 커프에 팽창하여 맥동 정맥의 혈관에서 혈관의 전파를 차단하고 특정 압력(일반적으로 124 ~ 316kPa)에 도달하면 공기압이 특정 수준에 도달하면 혈류가 수축되기 시작합니다. 팔과의 접촉에 의해 감지되는 압력 센서가 점점 더 느슨해짐에 따라 혈관과 일정량의 진동파가 점차 수축되고 수축되므로 압력 센서에 의해 감지되는 압력 센서는 작은 변화입니다. 기압이 일정 수준에 도달하면 혈액이 혈관을 통과할 수 있고 일정량의 진동파가 있고 점차 수축하고 진동파가 점점 커지고 다시 수축됩니다. 커프와 팔 사이의 접촉이 점점 느슨해지기 때문에 압력 센서가 감지하는 압력과 변동이 점점 작아지고 압력 센서는 커프 내부의 압력과 변동을 즉시 감지할 수 있습니다. 진동파는 공기 튜브를 통해 기계의 압력 센서로 전달되고 해당 증폭, 필터링 회로를 통해, 아날로그/디지털 신호 변환, 중앙 프로세서 제어 및 기타 처리 링크를 통해 커프를 통해 기도로 전송된 펄스 신호 및 압력 신호는 디지털 신호로 변환되며, 이는 수축기, 확장기 및 평균 혈압 데이터를 얻기 위해 추가 처리됩니다. 이 동적 혈압계는 블루투스, USB를 통해 모바일 기기에 연결해 의료 전문가에게 데이터를 업로드할 수 있으며, 일반적으로 사용자가 외부에 착용해 24시간 혈압 모니터링을 제공한다.
또한 EEG, ECG 등의 센서를 통해 인간의 감정 변화를 감지하는 웨어러블 디바이스는 엔터테인먼트와 인터랙션을 구현할 수 있다. 예를 들어 Idea Cat Ear는 인간의 뇌파를 읽을 수 있는 NeuroSky의 고급 TGAM EEG 칩을 사용합니다. 뇌파의 다양한 패턴은 다양한 기분과 상태를 나타냅니다. TGAM 칩은 사람의 감정 상태를 나타내는 뇌 신호를 고양이의 귀가 인식할 수 있는 디지털 신호로 변환하여 해당 명령을 실행하고 다양한 행동을 완료합니다. 예를 들어, 사람이 정신을 집중하면 높이 서고, 마음이 편안하면 어깨를 으쓱한다.
3.환경 센서
환경 센서에는 토양 온도 센서, 공기 온도 및 습도 센서, 증발 센서, 레인 센서, 광 센서, 풍속 및 방향 센서 등이 포함되며 관련 환경 정보를 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 네트워킹을 달성하기 위한 호스트 컴퓨터와 측정된 개체 데이터 테스트, 기록 및 저장 테스트에 대한 사용자 만족도를 최대화하기 위해 토양 비료 스테이션, 농업 연구소 및 고품질을 위해 선택한 관련 농업 환경 모니터링 부서의 과학 연구, 교육, 실험실 및 농업 부서입니다. 악기. 과학 연구, 교육, 실험실 및 농업부 토양 비료 스테이션, 농업 과학 연구소 및 관련 농업 환경 모니터링 부서를 위한 고품질 장비의 첫 번째 선택입니다.
환경센서 구현의 기능과 원리
현대사회에서 사람들은 대기/수질 오염, 소음/빛 공해, 전자파, 기상이변 등 건강을 위협하는 환경에 지속적으로 노출되어 있습니다. 더욱이 우리는 pm2.5 오염과 같이 다양한 만성질환을 유발할 수 있는 이러한 환경에 있다는 사실을 인지하지 못하는 경우가 많습니다. 더욱 무서운 것은 우리가 다양한 만성질환을 유발할 수 있는 pm2.5 오염과 같은 환경에 있다는 사실을 우리가 종종 인식하지 못한다는 것입니다. 공기질 감지 장치 – 미세먼지 센서로 구성된 pm2.5 휴대용 센서는 인체에 착용할 수 있으며 단독으로 표시하거나 휴대폰과 결합하여 친구들과 공유할 수 있습니다.
그만큼 WF200DP 테스트는 공기 펌핑 먼지 측정기를 사용하여 테스트할 에어로졸을 챔버로 끌어옵니다. 테스트할 에어로졸은 먼지 측정기 매니폴드에서 두 부분으로 나뉘며, 그 중 하나는 고효율 필터를 통과하여 깨끗한 공기로 필터링됩니다. 이는 테스트할 가스에 의한 오염으로부터 센서 챔버의 구성 요소를 보호하는 보호 덮개 역할을 합니다. 다른 부분인 에어로졸은 공기로 직접 들어갑니다. 감지기 측정할 샘플로 챔버를 선택합니다.
입자와 분자는 조명을 받으면 빛을 산란시키고 빛 에너지의 일부를 흡수합니다. 단색광의 평행 빔이 테스트 중인 입자 장에 입사되면 주변 입자에 의해 산란 및 흡수되어 빛의 강도가 감소합니다. 이러한 방식으로 테스트할 농도장을 통한 입사광의 상대적 감쇠율을 얻을 수 있습니다. 상대 감쇠율의 크기는 기본적으로 측정할 현장의 상대 먼지 농도를 선형적으로 반영합니다. 빛의 세기의 크기는 광전 변환 신호의 세기에 정비례하며, 신호를 측정하여 상대 감쇠율을 구할 수 있습니다.
웨어러블 장치의 잘 알려지지 않은 센서
피코 센서
독자라면 누구나 아주 중요한 일을 시작하기 직전에 손과 발에 땀이 날 정도로 초조하고 불안한 경험을 해본 적이 있을 것이다. 이러한 심리적 반응은 전기 코르티코그래프를 사용하여 감지할 수 있는 생리적 반응으로 변환됩니다.
전기 피부 반응을 활용하여 사람들의 기분을 감지하고 다양한 메시지로 피드백을 표현합니다.
압전 센서는 거짓말 탐지기 장비의 중요한 구성 요소입니다.
거짓말 탐지기는 압전 센서, 호흡수 센서 및 심박수 센서와 함께 작동합니다.
압전 센서는 사용자의 행복, 분노, 슬픔, 기쁨을 감지할 수 없고, 사용자의 심리 상태 변화만 감지할 수 있으며, 이러한 변화를 통해 몇 가지 결론을 도출할 수 있다는 점에 유의해야 합니다.
예를 들어 거짓말 탐지기의 PEEK 센서를 통해 피험자의 말투에서 심리적 변화를 감지하여 거짓말 여부를 판단합니다.
예를 들어, 연구에 따르면 하루 활동 중 인체의 피부 전기 반응 수준은 아침에 일어났을 때와 저녁에 잠에 들 때 더 낮고, 하루 중 특정 시간인 아침과 오후에 피부 전기 반응 수준이 더 높은 것으로 나타났습니다. 이 시간은 정확히 우리가 공부나 직장에서 가장 생산적인 시간입니다.
압전 검출기를 사용하여 며칠에 걸쳐 우리 몸의 압전 반응 수준을 측정한다면, 압전 파형의 수준을 통해 우리가 하루 중 가장 생산적인 기간이 언제인지 알 수 있을 것입니다.
압전 센서의 경우 다음 사항을 이해해야 합니다.
1, 인간의 피부 전기 반응은 온도, 인간 활동 및 심리적 반응의 세 가지 요소에 의해 영향을 받으므로 피부 전기 센서가 영향을 받으며 정확도는 아직 테스트되지 않았습니다.
2, 사람들은 하루에 많은 감정을 갖게 되며, 매일 감정에 의해 생성되는 감정의 시간, 감정 범주가 다릅니다. 비록 우리가 피부 전기 반응을 정확하게 측정하더라도 이러한 데이터를 분류 및 구성하고 과학적인 조언을 제공하는 것은 여전히 제조업체의 가장 큰 골치거리입니다.
심박수 센서
개인용 건강기기의 슈퍼무기로, 심박수 센서 심박수를 모니터링하여 운동 강도, 다양한 운동 훈련 모드 등을 추적할 수 있으며, 이 데이터와 관련된 수면 주기 및 기타 건강 활동을 추정하는 데 사용할 수 있습니다.
수면 중 심박수 변화와 수면상태의 관계.
맥박수는 수면 주기에 따라 변하고 깊은 수면 중에는 감소하므로, 수면 시간 동안의 심박수 변화를 통해 수면의 질을 모니터링할 수 있습니다. 그러나 모바일 기기의 심박수 센서는 정확도가 낮기 때문에 아직까지 이러한 센서의 신뢰성에 대한 고려가 이루어지지 않았습니다. Apple Watch는 심박수 측정의 신뢰성을 보장하기 위해 심박수를 정확하게 측정할 수 있는 4개의 심박수 센서를 설계했다는 소문이 있습니다.
현재 병원에서는 더 정확한 전극이 일반적으로 사용됩니다.
현재 심박수 센서에는 빛의 반사를 통해 측정하는 광전 심박수 센서와 신체의 다양한 부위의 전위를 활용하는 전극 심박수 센서의 두 가지 유형이 있습니다. 전자는 정확도는 떨어지지만 크기가 작다는 장점이 있어 현재 모든 모바일 단말기에서 이 방식을 사용하고 있다. 병원에서 ECG를 측정할 때 흔히 볼 수 있는 후자는 신체의 여러 지점에서 발생할 수 있는 잠재적인 변화를 측정하여 심박수의 변화를 측정합니다. 이 방법은 정확하지만 신체의 두 부분을 동시에 모니터링해야 하며, 일반적으로 휴대폰이나 시계를 한 손으로 사용하여 제품을 만지기 때문에 지속적인 모니터링이 불가능합니다.
심박수 센서에 대해 이해해야 할 몇 가지 사항이 있습니다.
1. 단순히 심박수 값만 알려주는 것은 큰 의미가 없으나, 심박수 데이터를 통해 일정 기간 지속적으로 수면의 질/휴식 시간 등을 측정하고 건강 조언을 해준다면 사용자에게 큰 도움이 될 것입니다.
2… 현재 대부분의 모바일 단말기는 광전자 심박수 센서를 사용하는데, 이는 전극 심박수 센서보다 오류율이 더 높습니다.
3. 전극 심박수 센서는 소형 웨어러블 기기에는 적용할 수 없지만 이미 이를 위해 노력하는 제조업체가 있습니다. 앞으로는 고급 기기의 표준 액세서리가 될 것이라고 믿습니다.
기압계
그만큼 기압계 센서 조금 묻혀있지만 매우 유용한 아이템입니다. 기압 데이터만 측정할 수 있지만 이 데이터를 통해 기계의 고도를 정확하게 알 수 있습니다. 일정 기간 동안의 기압 변화를 모니터링하면 기계의 고도 변화에 대한 데이터도 얻을 수 있으며, 이는 추가 데이터 처리를 준비하는 데 사용할 수 있습니다.
고도를 측정하는 기압계가 있으면 이런 2층 도로에서 길을 찾을 수 없을까 걱정할 필요가 없습니다.
다음을 갖춘 운동용 시계 기압계 센서 운동선수의 고도 데이터를 측정할 수 있습니다.
어떤 이점이 있습니까? 기압계 센서 측정된 고도 데이터를 사용자에게 제공할까요? 야외 운동선수는 자신의 고도를 직관적으로 이해할 수 있습니다. 미래의 내비게이션 지도는 우리가 평면에서 어디에 있는지 알 수 있을 뿐만 아니라 심지어 우리가 바닥에 어디에 있는지도 알 수 있습니다. 이는 확실히 미래의 내비게이션 개발에서 피할 수 없는 추세입니다. 웨어러블 기기는 사람들이 매일 걷는 걸음 수만 감지할 수 있지만 기압계를 사용하면 걷는 계단 수도 감지할 수 있어 칼로리 소비 데이터가 더 정확해집니다.
기압계 압력 센서에 대해 이해해야 할 사항:
1. 공기압을 측정하는 부품이므로, 비정상적인 공기압 변화는 사용자가 얻는 정보의 타당성에 분명히 영향을 미칠 것입니다. 예를 들어, 항공기 비행에서는 승객의 편안함을 위해 객실에 압력이 가해지며, 항공기 내부 기압 값이 외부와 다르기 때문에 정확한 높이 정보를 얻을 수 없습니다.
2. 현재, 기압 센서 모바일 단말기에서 널리 사용되어 왔지만, 응용 소프트웨어 지원이 부족하여 사용자가 외면하는 경우가 많습니다.
3. 기압계 압력 센서 하이킹 중에 장착된 장비에서 고도 정보를 읽는 데 사용할 수 있는 매우 실용적인 구성 요소입니다.
결론
웨어러블 스마트 기기의 등장으로 우리는 완전히 새로운 삶의 방식을 맞이하게 되었지만, 기술 수준, 비용 등 다른 요인의 한계로 인해 웨어러블 스마트 기기의 성숙도는 아직 만족스러운 기대치를 충족할 만큼 성숙되지 않았습니다. 그러나 매우 중요한 부분으로 감지기특히 웨어러블 스마트 장치의 다양한 기능은 모두 다양한 유형의 센서의 기능적 통합과 혁신에 의존하여 수요를 충족시키기 위해 보다 정확하고 소형화된 통합 센서를 개발합니다.
앞으로도 현대처럼”전자 센서기술은 계속 발전하고 웨어러블 디바이스도 계속 발전할 것입니다. 그 사이에 다양한 새로운 압력 센서가 등장하고 센서의 응용은 더욱 빛날 것입니다.