Электронные компоненты в умных часах

1. Введение

Одной из категорий потребительских товаров с наибольшими темпами роста являются носимые устройства, которые в значительной степени зависят от миниатюризации электроники. Клиенты все больше и больше полагаются на смартфоны и умные часы, которые имеют широкий спектр услуг, в том числе те, которые измеряют их ежедневные шаги, отображают показатели здоровья, планируют встречи, отправляют электронные письма и многое другое. Наконец, есть наушники, которые воспроизводят качественный стереозвук без проводов. Умные очки со встроенными камерами, видео и возможностями дополненной реальности вскоре появятся на рынке. У всех этих устройств есть одна общая черта: это чудеса, ставшие возможными благодаря миниатюризации и невероятным достижениям в проектировании и производстве. Нам нужны новые стратегии, чтобы добиться этого, потому что это выходит за рамки уменьшения размеров, вызванного усадкой полупроводниковых устройств. «SiP», или система в упаковочной технологии, является одной из наиболее эффективных внедряемых стратегий. Проще говоря, технология SiP представляет собой герметичный пакет, содержащий все активные и пассивные части электронной подсистемы, а также необходимые межсоединения. Одним из преимуществ является то, что можно достичь высоких рабочих скоростей, поскольку межсоединения являются короткими. Компоненты также можно штабелировать внутри упаковки, чтобы максимально эффективно использовать доступное пространство, что очень важно для носимой электроники. Упаковка также защищена от внешней среды, поскольку она полностью герметична. True Wireless Stereo, включенная в нынешнее поколение интеллектуальных наушников, является превосходной иллюстрацией того, как технология SiP успешно применяется в портативных технологиях. Миниатюризация электронного узла освобождает пространство, позволяя дизайнерам устанавливать более крупные и мощные аккумуляторы, не увеличивая при этом размеры гаджета.

2. Компоненты умных часов

Умные часы состоят из множества крошечных компонентов, наиболее очевидными из которых являются корпус часов и ремешок. Для изготовления ремешков для часов можно использовать самые разные материалы. Корпус часов состоит из нескольких электронных частей, таких как датчики, полупроводники, батареи, сенсорные экраны и дисплеи. Умные часы, в отличие от обычных электронных наручных часов, в значительной степени полагаются на набор электронных компонентов, встроенных в устройство. Умные часы могут быть компактными, но они объединяют множество полезных функций в одном устройстве. Радиочастотные платы, платы Bluetooth, платы Wi-Fi, платы управления электричеством и другие датчики или чипы — все это примеры модулей.

В этой статье в основном перечислены 7 наиболее часто используемых типов датчиков в умных часах, представленных в настоящее время на рынке, а именно:

ü Акселерометр

ü Монитор сердечного ритма

ü GPS

ü Гироскоп

ü Экран

ü Процессор

1. Акселерометр

В общих чертах, акселерометр может определить, находится ли пользователь в движении, поскольку он измеряет ускорение или скорость изменения скорости объекта. Поэтому этот датчик является предпочтительным для всех умных часов. Например, все серии наручных часов Starmax оснащены акселерометрами для измерения движений пользователей, например S5, S90 (детские часы) и GTS2.

Рисунок 1. Приложения акселерометра для iPhone

2. Монитор сердечного ритма

Монитор сердечного ритма (HRM), иногда известный как датчик сердечного ритма, представляет собой устройство, используемое для мониторинга и записи частоты сердечных сокращений и пульса человека. В настоящее время большинство умных часов оснащены датчиком этого типа, позволяющим определять частоту пульса. Starmax включила в GTS4 датчик сердечного ритма, который определяет кровоток с помощью фотоплетизмографии (PPG), чтобы обеспечить точные показания пульса и частоты сердечных сокращений пользователя. Сердце – важнейший орган, контролирующий кровоток в организме человека. Здоровое кровообращение обеспечит доставку необходимого количества крови ко всем частям органов с приемлемой скоростью. Таким образом, изменения объема крови тесно связаны с частотой пульса. Большинство умных часов оснащены датчиками сердечного ритма, которые работают по этой концепции для оценки пульса и частоты сердечных сокращений пользователя путем мониторинга кровотока на запястье. PPG (фотоплетизмография) является наиболее широко используемым методом определения сердечного ритма. Это неинвазивный метод мониторинга, в котором используются оптические средства для отслеживания изменений объема гемоглобина. Все модели умных часов Starmax, включая S90 (детские носимые устройства Starmax), GTS1, GTS2 и S50, оснащены датчиками сердечного ритма PPG. С точки зрения спектроскопии красный и зеленый — противоположные цвета, поэтому в принципе красная плазма поглощает зеленый свет. Из-за своей способности определять частоту сердечных сокращений и пульс путем мониторинга изменения силы отраженного зеленого света пульсометр PPG является важным датчиком.

3. Гироскоп

Гироскопы и акселерометры — это два типа датчиков, используемых для измерения ускорения объекта, но работают они одинаково. Гироскопы используются в основном для регистрации угла объекта, чтобы записать скорость его вращения и изменения направления. Для более точной ориентации объектов некоторые производители умных часов используют комбинацию акселерометров и гироскопов для триангуляции. Гироскопы и акселерометры — это два типа устройств, используемых для измерения скорости объекта, но они работают по-разному. Гироскопы используются в первую очередь для отслеживания угла объекта, чтобы зафиксировать его угловую скорость, а также изменения ориентации. Для более точной ориентации объектов некоторые производители умных часов используют комбинацию акселерометров и гироскопов для триангуляции.

4. GPS

Система глобального позиционирования (GPS), еще одна популярная функция в умных часах высокого класса, использует сигналы спутников для определения точного положения устройства и отслеживания его движения во времени. В результате подсчет шагов становится более точным. Кроме того, он может предоставить более полную картину вашего ежедневного уровня активности (например, наметив лучшие маршруты для бега и езды на велосипеде). Однако цена довольно высока, поскольку умные часы с GPS предъявляют относительно строгие требования к приему сигнала. Для умных часов с GPS определение местоположения в реальном времени также означает более короткое время автономной работы.

Рис. 2. Умные часы с GPS+LBS-трекером.

5. Экран

Основным средством представления и ввода данных является дисплей умных часов. Экран разделен на индуктивную сенсорную панель с одной стороны и интеллектуальный дисплей с другой. OLED, E-ink, обычный ЖК-дисплей и ЖК-дисплей Sharp Storage — четыре наиболее распространенные технологии отображения для умных часов. Некоторые производители даже представили умные часы с «мягким экраном», в которых используется технология микроэлектромеханической системы (MEMS). Светодиодные экраны и экраны с электронными чернилами в настоящее время являются наиболее популярными из-за их низкого энергопотребления.

6. Процессор

Большинство лицензионных двигателей в часах производятся компанией Advanced RISC Machines (ARM). Даже если есть другие варианты. Процессоры приложений в умных часах потребляют меньше энергии, чем процессоры компьютеров. Они также более эффективно занимают место на доске. На современном рынке потребители могут выбирать из широкого спектра высококачественных приложений для чипсетов. Узнайте, какой процессор оптимален для ваших умных часов, проведя небольшое исследование или проконсультировавшись со специалистом. Новый кремний не только позволяет использовать оборудование меньшего размера с батареями большего размера, но также оснащен независимым недорогим процессором дисплея (Cortex-M55), который обеспечивает возможность постоянного отображения с минимальным расходом заряда батареи. GPS (GNSS) L1 и модем 4G LTE Cat.4 также включены для мониторинга движения.

7. Беспроводной чипсет

Это еще одна функция, которая не может отсутствовать в умных часах. Большая часть информации, передаваемой этими часами, передается через беспроводные возможности, включая GPS, Wi-Fi, Bluetooth и NFC. Поскольку умные часы очень компактны, большинство производителей выбирают чипсеты, которые уже содержат эти функции. Поэтому им требуются компоненты с небольшой занимаемой площадью. Помимо размера чипсета, решающим фактором, на который следует обратить внимание, является энергопотребление. Функция синхронизации, присутствующая в большинстве современных умных часов, требует постоянной активации чипсета. В связи с этим необходимо серьезно задуматься о регулировании мощности этого фактора.

3. Заключение:

В заключение отметим, что умные часы являются мощным инструментом для эффективного мониторинга нашего физического благополучия с помощью различных датчиков, включая семь датчиков, упомянутых в этой статье. Кроме того, технология умных часов будет продолжать развиваться вместе с развитием датчиков, полупроводников и других компонентов. Эффективно комбинируя различные датчики и детали умных часов, мы можем открыть мир безграничных возможностей с нашими устройствами умных часов. Благодаря сочетанию инноваций и практичности в дизайне умных часов, умные часы существенно повлияют на образ жизни в ближайшие годы. Популярность умных часов резко возросла за последние несколько лет, но в ближайшие годы она будет только расти. Даже если у этого бизнеса в сфере электроники будет светлое будущее, он никогда не сможет конкурировать с огромным рынком смартфонов и планшетов. Аналитики считают, что сектор носимых устройств полон ажиотажа, и оптимистические прогнозы могут не оправдаться. В результате он по-прежнему не может конкурировать с использованием смартфонов, поскольку многие функции остаются теми же. Несмотря на это, потребители готовы тратить деньги на эти наручные часы исключительно из эстетических соображений.

4. Ссылки:

[1] Г. Хиндрикс, Т. Потпара, Н. Дагрес, Э. Арбело, Дж. Дж. Бакс, К. Бломстрем-Лундквист

Евро. Харт Дж. (2020)

[2] Письмо в редакцию — Подавление спасительной терапии с помощью телефонов, содержащих магниты Heart Rhythm., (2021 г.)

[3] Магнитные помехи на электронных устройствах, имплантируемых в сердце, на основе технологии Apple iPhone Magsafe 10 (2021 г.)