医用可穿戴传感器和设备的控制器

传感器及其在消费电子、医学和工业电子设备中的应用的未来已成为一个重要的话题。对可形成传感器网络的可穿戴传感器的需求增加，使得可以快速在大范围内收集信息。

传感器基本上是用来对周围环境中的某些物理变化产生电信号的设备。传感器将温度、血压、湿度、速度等物理量转换为可以测量和量化的电信号，然后可以用来计算产生该信号的物理扰动的大小。

同样，可穿戴设备的传感器可以简化许多重要活动，如医学诊断。更高的生产力和安全需求使得传感器在更多的消费电子、个人物品如服装以及工业个人防护装备中变得有用。生物医学传感器不仅在医学诊断或监测中有用，它们已经在农业、个人健身、制造业以及任何其他可能在危险环境中工作的领域中变得适用。

什么是传感器网络？

传感器网络由一组小型的、通常是电池供电的具有无线连接功能的设备组成，用于监测、测量和记录多种物理现象的变化。传感器网络可用于环境/地质感测、健康护理监测、数据记录、威胁检测和监控工业设备。

个体可穿戴传感器和传感器网络可以连接到互联网、企业WAN或LAN，或专用的工业网络，以便将收集的数据传输到后端系统进行分析。这些设备必须设计有特定的拓扑结构（通常是网状或星型拓扑），尽管这并不妨碍可以在网络的每个节点中使用的传感器类型。

在医疗领域，放置在人体上的多个传感器允许同时监测多个生命体征，在星型拓扑中，数据可以无线发送回基站进行收集和分析。在制造业和其他危险环境中，工人身上的生物医学监测器和环境传感器可以以星型或网状拓扑连接，这有助于确保工人安全，同时扩大网络的可用范围，覆盖更大的区域。

有几种类型的传感器和控制器可用于新产品。无论您在下一个产品中使用哪种类型的传感器，或设备如何连接到其他传感器节点，您都需要为您的产品选择正确的控制器和信号处理组件。

医用可穿戴传感器的信号处理

医疗可穿戴设备的成功主要依赖于将传感器与处理算法集成到可穿戴形态因素中，这使得医疗专业人员能够专注于监测持续性疾病并改善患者的结果。目前，这些设备可以提供多个生命体征的连续数据采集。随着可穿戴设备的研发持续进步，我们只能想象数字健康领域尚未体验到的进步。

Analog Devices, AD8233ACBZ-R7CT-ND

可穿戴电极通常放置在皮肤上，以准确测量心脏的电脉冲。在可穿戴医疗服装集成方面已经取得了巨大进步，但集成程度非常安全，以至于可以在不移除传感器的情况下洗涤服装。例如，可穿戴电极用于为医疗从业者提供持续的EEG、EKG或甚至EMG，时间跨度较长。

Analog Devices的AD8233ACBZ-R7CT-ND生物电信号处理模块提供精确的生物电测量过滤，形态小巧。该IC安装在20球BGA的WLCSP封装上，因此它仍然足够小，可以打包在与两个或三个可穿戴电极接口的可穿戴设备中。它具有优秀的80 dB共模噪声抑制和高信号增益。

AD8233包含一个快速恢复功能，该功能减少了高通滤波器的长尾稳定时间。在放大器饱和的突然信号变化后（例如脱落条件），AD8233会自动调整到更高的滤波器截止频率。这一特性使AD8233能够快速恢复，因此，在连接电极到受测者后不久就能进行有效测量。

AD8233数据手册中的AD8233ACBZ-R7CT-ND控制器印刷电路板和方框图

Maxim Integrated, MAX86150

生化和生物电传感器往往是医疗可穿戴设备中最普遍的传感器类型。化学感应可穿戴设备可以用作化学失衡、摄入或吸收有毒物质、多重化学敏感性（MCS）疾病以及其他与化学相关的疾病的诊断工具。

MAX86150传感器阵列为可穿戴设备中的移动健康监测提供了集成的光电容积描记图和心电图测量功能。这款低功耗模块（1.8 V 供电电压）非常适合于可穿戴应用。它还支持通过I2C与其他设备进行双向通信，使其非常适合用于无线可穿戴医疗设备。该设备巧妙地将数据处理和标准生物医学传感器集成到一个封装中。它甚至包括了接近功能：

MAX86150包含一个接近功能，当用户的手指不在传感器上时，可以节省电力并减少可见光发射...当启动SpO2或HR功能时，IR LED将以接近模式开启，并且驱动电流由PILOT_PA寄存器设置。

来自MAX86150数据手册的典型可穿戴生物医学设备的方框图

可穿戴传感器和传感器网络的控制器

可穿戴设备和传感器网络中的节点本质上是小型嵌入式设备。在模拟信号被获取和处理后，必须将其转换为数字数据，以便通过无线网络传输或与可穿戴设备中的其他组件轻松接口。这通常是通过微控制器完成的，尽管如果需要，也可以使用ASIC。在选择可穿戴设备的控制器时，一个关键因素是功耗。由于可穿戴设备和传感器网络中的节点通常是电池供电的，最小化功耗至关重要。用于可穿戴传感器的任何微控制器都应该是节能的。另一个需要考虑的因素是设备中使用的电池的寿命。还应该考虑输入和输出组件的功能性。使用可以以自动或半自动方式进入睡眠模式的微控制器是具有可穿戴传感器的设备或无线传感器网络节点的绝佳选择。

Microchip, ATSAME53J19A-AU

来自Microchip的ATSAME53J19A-AU MCU与同类产品相比，提供了低功耗。这款高端节能控制器非常适合用于电池供电的可穿戴设备。它具有睡眠/唤醒功能，可以使外设在ULP1模式下异步从睡眠中唤醒。注意，这项功能不仅限于医疗可穿戴传感器：它还可以用于环境传感器网络的数据处理。

Microchip ATSAME53J19A微控制器

Microchip, AR1010 MCU

在大多数可穿戴设备中，显示屏是主要的输入和输出元素。其他设备通过用户界面以其他方式向消费者提供信息，如触摸面板、按钮，有时还包括运动感应。显示屏仍然是与用户通信最有效的手段之一。这就是在创建新产品时，使用带有正确固件的微控制器可以为设计师节省大量时间的地方。

Microchip mTouch^® AR1000 系列电阻式触摸屏控制器是一款集成简单、价格友好且通用的触摸屏控制器芯片。在AR1010 控制器中的固件包括了用于处理触摸数据的触摸屏解码算法。这一特性消除了手动实现解码算法的需要，并为设计师提供了更多的灵活性。它还提供了与其他低成本设备相比的优秀过滤能力。这使得AR1000能够提供经过认证、可靠且校准的触摸坐标。

Microchip AR1010 微控制器

使用正确的嵌入式处理组合可以确保精确的数据采集，同时支持在触摸屏上显示图形。我们在这里介绍的设备只是可用于可穿戴设备和传感器网络中的感应选项的一部分。在可穿戴传感器领域，许多可以与触摸屏和多个传感器接口的IC被封装在评估板上，为您原型设计下一款可穿戴产品提供了一定程度的自由度。

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