智能穿戴想要好體驗，差異化算法必不可少

作為新興智能硬件產品，可穿戴式電子產品正引領著下一波消費電子市場熱潮。智能眼鏡、智能手表、智能手環(huán)、智能鞋子等不同形態(tài)的可穿戴式設備層出不窮，面向可穿戴設備的各種解決方案也應運而生。對于可穿戴設備來說，小尺寸、低功耗設計似乎是永恒不變的主題。不過，當前可穿戴設備的一個重大缺陷則是數(shù)據(jù)監(jiān)測的精確度差，因此，高精度檢測算法在可穿戴設備整體解決方案中的地位亦顯得舉足輕重。

 

那么，可穿戴設備如何在保證尺寸足夠小型化的同時也能保證長時間工作？面向老年人市場的可穿戴跌倒檢測產品又是如何實現(xiàn)高精度跌倒檢測算法的呢？　　

 

 

重慶軟匯科技股份有限公司董事長童俊平

 

三大要訣實現(xiàn)小尺寸、低功耗一舉兼得

 

對于可穿戴設備來說，既要解決硬件方面小型化和低功耗方面的問題，還要兼顧性能和成本，這無不挑戰(zhàn)著開發(fā)者的綜合水平?！　?/p>

 

“尺寸、功耗、性能、成本的兼顧，使得傳感器等關鍵器件、高精度算法、數(shù)據(jù)平臺等成為可穿戴電子產品設計的難點。”重慶軟匯科技股份有限公司（以下簡稱“軟匯科技”）董事長童俊平說，在產品的功耗控制上面，由于產品設計必須優(yōu)先考慮用戶佩戴的舒適性，因此產品外觀和尺寸上的要求比較高，這間接地限制了電池的尺寸。既要保證尺寸的足夠小型化，又要保證長時間工作，這是一件非常沖突的事情。所以，盡可能地采用低功耗的器件，和優(yōu)化產品的工作模式是解決關鍵。比如：通過算法的優(yōu)化，降低MCU的處理時間，讓MCU更多時間處于休眠狀態(tài)，以達到省電的目的?！　?/p>

 

盡可能讓微控制器在休眠或待機模式下運行，這是在可穿戴式電子產品中實現(xiàn)超低功耗運行的有效解決方案，也是大多數(shù)方案商采用的方式。使待機模式下的電流消耗最低則是另一解決方案，因此采用電流消耗低的微控制器就顯得很有必要。例如，TI的采用EnergyTrace++技術的MSP430F59xx（FRAM）微控制器在待機模式下僅消耗450nA的電流，這得益于于其極低泄漏的FRAM存儲器。如果用TPS82740A為該微控制器供電，那么供電時即便該微控制器略有漏電，從單節(jié)鋰離子電池汲取的電流大約也只有750nA。之所以能實現(xiàn)這樣低的待機功耗，主要歸功于360nA的靜態(tài)電流（IQ）與DCS-Control拓撲結構這兩大優(yōu)勢的珠聯(lián)璧合?！　?/p>

 

對于如何保證尺寸的小型化，集成無疑是很好的方式。如TI的TPS82740A是MicroSIP器件，就集成了所有必需的無源組件以及一個負載開關。這比具有相同超低功耗性能的分立式TPS62740型實施方案小75％以上。再如，MSP430F59xx同樣集成了多種功能，如溫度傳感器功能、差分輸入模數(shù)轉換器功能、8選1多路復用器LCD顯示器驅動器功能和256位加密功能。這樣就節(jié)省了PCB的空間，也簡化了可穿戴電子產品的設計流程，用戶只需添加一塊電池和一些其它的系統(tǒng)專用傳感器就基本大功告成。

如何開發(fā)高精度的跌倒檢測算法？

 

“在可穿戴產品同質化嚴重的今天，如果更多在產品外觀、功能疊加上做差異化，這不會成為客戶接受的解決方案。”童俊平進一步說，因此，軟匯科技把產品的核心價值、差異化，轉移到高精度的算法開發(fā)、設備與數(shù)據(jù)平臺交互等智能體驗上來。　　

 

據(jù)了解，目前軟匯科技主要專注智慧養(yǎng)老，其可穿戴設備解決方案的競爭優(yōu)勢在于高精度的檢測算法和數(shù)據(jù)平臺。“通過多年的數(shù)據(jù)收集，我們已經建立了行業(yè)唯一的萬級真人測試數(shù)據(jù)庫，為行為檢測和安全檢測模型提供了真實可靠的驗證環(huán)境，自主的算法、傳感器及數(shù)據(jù)平臺是我們的競爭優(yōu)勢。”以可穿戴的老人跌倒檢測產品為例，童俊平重點向筆者介紹了其跌倒檢測算法?！　?/p>

 

據(jù)童俊平介紹，可穿戴老人跌倒檢測產品的核心功能就是正確的檢測出用戶跌倒，不能有太高的誤報與漏報。如果誤報和漏報太高給用戶的體驗就不好，最終會造成產品的失敗。因此，高精度的跌倒檢測算法十分重要。為此，中科軟匯分兩步來走：第一步是專門建立了一套用于人體姿態(tài)數(shù)據(jù)采集的無線數(shù)據(jù)收集平臺。第二步，針對收集來的數(shù)據(jù)，分析這些數(shù)據(jù)的差異性，進行數(shù)學建模，在離線的環(huán)境中，不斷的對數(shù)學模型進行反復的優(yōu)化、測試、再修改，甚至重新建立數(shù)據(jù)模型，最終才達到滿意的效果。　　

 

對此，童俊平分享了一些他們在開發(fā)過程中的檢測數(shù)據(jù)：　　

 

 

典型的跌倒曲線

 

 

跌倒檢測模型圖

 

 

跌倒計算結果圖

 

此外，對于可穿戴老人跌倒檢測產品來說，還有很重要的一點就是產品的通訊能力。目前，穿戴式產品鮮有做到獨立通訊的能力，幾乎都必須依靠第三方設備如手機等來實現(xiàn)完整的通訊流程，這也是目前穿戴式產品無法讓用戶形成有效佩戴的一個重要的原因。“目前，我們通過內置嵌入式數(shù)據(jù)網關或便攜式數(shù)據(jù)網關，間接地解決了這一問題，讓用戶的數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)準實時自動傳輸，且整個過程不需要用戶進行任何干預。”童俊平說?！　?/p>

 

當前，軟匯科技主要關注檢測算法與數(shù)據(jù)平臺的互動。“通過算法，用戶可以了解自己在某個點的狀態(tài)，通過數(shù)據(jù)平臺，用戶可以觀察到自己在很長一段時間內的狀態(tài)，通過這些狀態(tài)，我們可以為用戶提供不同于以往的智能體驗。”童俊平稱，未來軟匯科技會繼續(xù)發(fā)揮自己的優(yōu)勢，在解決方案中持續(xù)提供高精度檢測算法，以期給用戶帶去最美好的體驗。