想想可穿戴技術(shù)，以及智能眼鏡，健身手表，遠程保健監(jiān)視器或變色服裝等設(shè)備增強的未來圖像可能會浮現(xiàn)在腦海中。雖然這些創(chuàng)新旨在促使消費者對日常生活中可穿戴設(shè)備的益處產(chǎn)生興趣，但在可穿戴技術(shù)在勞動世界中的應用正在取得穩(wěn)步進展。無需新奇價值，無需提供更多身臨其境的體驗，歐洲領(lǐng)先的大學和歐盟資助的各種項目一直在研究可穿戴設(shè)備提高工人效率和安全的潛力，特別是緊急服務中的響應者。

考慮到消防團隊的例子，將個別團隊成員的位置和生命體征傳達給任務協(xié)調(diào)員的信息的價值，以及對環(huán)境條件的任何變化提供警告的信息的價值，可以是容易理解。通過實時位置信息，任務控制可以保持整體情況，以便更有效地協(xié)調(diào)團隊。

協(xié)調(diào)和安全

就位置信息而言，建筑物內(nèi)部可能無法實現(xiàn)可靠的GPS定位。行人航位推算（PDR）算法使用最新的微型精密慣性模塊變得越來越精確，這些模塊集成了多個MEMS傳感器，以生成加速度計，磁力計和陀螺儀讀數(shù)的組合。諸如STMicroelectronics LPS331AP之類的氣壓傳感器也可用于通過提供高度感應來提高精度，從而能夠檢測到地板水平。

ecompass模塊，如STMicroelectronics LSM303DTR或Freescale FXOS8700CQ，結(jié)合了3軸數(shù)字線性加速度傳感器和3軸數(shù)字磁傳感器，能夠通過檢測外部磁場的方向和大小，并使用加速度計測量進行傾斜補償，提供精確的羅盤方向。支持設(shè)備供應商提供的ecompass軟件有助于設(shè)計MEMS ecompass模塊，包括提供幫助以實現(xiàn)傾斜補償和磁校準等功能。飛思卡爾的Xtrinsic傳感器融合軟件提供與處理器無關(guān)的源代碼，并包含模擬傳感器驅(qū)動程序，使開發(fā)人員能夠立即在其選定的處理器平臺上運行該軟件。當物理傳感器連接時，模擬驅(qū)動器只需用真實傳感器驅(qū)動器替換。

在消費者移動應用中，PDR算法需要使用來自ecompass的上下文數(shù)據(jù)以及其他傳感器（如MEMS陀螺儀）來防止不可預測的變化。設(shè)備方向?qū)е掠嬎阄恢貌粶蚀_。在專業(yè)的可穿戴應用中，在正常使用期間，設(shè)備方向?qū)⒆兓鄬^小。相反，可以使用上下文數(shù)據(jù)來檢測例外情況，例如佩戴者是否已經(jīng)摔倒或被困并且需要救援。 ST的iNEMO系列慣性模塊集成了多個傳感器，采用緊湊的4 mm x 4 mm x 1 mm LGA-24封裝，可提供高達9個自由度（9DOF）的3軸加速度計，3軸磁力計和3軸陀螺儀。點擊將MEMS傳感器集成更進一步，iNEMO M1板載系統(tǒng)將9DOF慣性傳感陣列與STM32F103微控制器組合在一個13 mm x 13 mm x 2 mm表面貼裝模塊中，并由iNEMO Fusion Suite提供支持軟件。 Discovery M1板通過該模塊實現(xiàn)快速開發(fā)，并集成了LPS331AP壓力傳感器，從而創(chuàng)建了完整的10DOF系統(tǒng)。

對可穿戴解決方案的需求

對于專業(yè)的第一響應者，可穿戴解決方案是理想的，并且可能嵌入衣服，如防護夾克或靴子。這提供了免提便利，并且可以減輕主動管理設(shè)備的責任。語音識別等集成技術(shù)還可以通過實現(xiàn)關(guān)鍵系統(tǒng)功能的語音控制來幫助實現(xiàn)免提操作。

已經(jīng)啟動了許多項目來研究和開發(fā)用于應急服務和其他工業(yè)應用的可穿戴技術(shù)。一些例子包括SINETRA（Smart INTEgraTion for Rescue TeAms），它有歐盟資金，由各種商業(yè)組織作為參與者，以及包括弗勞恩霍夫研究所和芬蘭坦佩雷大學等大學在內(nèi)的研究機構(gòu)。 Wearit @ work是一個類似的項目，由歐洲委員會成立，旨在開發(fā)可穿戴計算，以改善應急響應，飛機維護，汽車生產(chǎn)和醫(yī)療保健等多種應用中的服務和安全。

監(jiān)測生命體征

監(jiān)測心率或呼吸等生命體征可以指示團隊成員是否變得過度緊張并且應該被指示退出。傳統(tǒng)上，通過在一個或多個位置將電極附著到身體上來測量心率，或者在運動心率監(jiān)測器（HRM）的情況下，通過附接包含壓電傳感器的胸帶來測量心率。消防員或其他響應者使用這兩種方法都不令人滿意，在使命期間不方便，不舒服，并且可能容易移位。

已經(jīng)開發(fā)出光學脈沖波傳感器，其僅需要皮膚接觸，因此可以集成到腕帶中或耳機，提供更容易佩戴的監(jiān)測心率的方法。如圖1所示，傳感器包括光發(fā)射器，例如LED和檢測器。這可以是諸如Fairchild QTLP610CPDTR光電晶體管的光電傳感器，并且通過檢測流過諸如動脈的血管的血液體積的變化來提供監(jiān)測佩戴者心率的手段。隨著血液體積隨著每次心跳而達到峰值，來自發(fā)射器的更多光被吸收，導致光電晶體管響應的相應下降。除了心率監(jiān)測外，還可以將體溫傳感器輕松集成到腕帶或耳機中。這可以提供額外的數(shù)據(jù)，以幫助協(xié)調(diào)員確定團隊成員是否遇到困難，或出于安全原因應退出運營。

圖1：光脈沖波傳感器只需要皮膚接觸即可監(jiān)測心率。

在手術(shù)過程中監(jiān)控建筑物內(nèi)的環(huán)境可以進一步提高團隊的安全性，并且可以提供有價值的信息來指導操作。如果遇到危險化學品或可能發(fā)生爆炸，可能需要更換戰(zhàn)術(shù)或特殊設(shè)備。環(huán)境溫度傳感器以及一氧化碳或易燃氣體等氣體傳感器也可以集成到可穿戴傳感器組件中。

尺寸和功率限制

低功耗運行是可穿戴設(shè)備的關(guān)鍵要求廣泛的應用。在消費領(lǐng)域，實現(xiàn)可接受的電池充電間隔的需求是一個關(guān)鍵因素，需要關(guān)注低功耗設(shè)計，從元件選擇到基于軟件的電源管理。在諸如緊急第一響應者可穿戴設(shè)備之類的應用中，主要需要低功率設(shè)計以最小化電池和相關(guān)功率部件的尺寸和重量。重型和笨重的電池很難放置，并且對于佩戴者來說可能是麻煩和累人的，最終阻礙任務的完成并危及任務。

尋求將傳感器集成為低功率輕量級可穿戴系統(tǒng)的一部分的設(shè)計者可以看起來便攜式醫(yī)療應用領(lǐng)域為各種挑戰(zhàn)提供有用的解決方案。德州儀器（TI）擁有用于脈搏血氧儀的AFE4400單芯片模擬前端模塊，該模塊集成了連接光脈沖血氧儀傳感器和SPI端口所需的所有電路，可連接外部微控制器或主機處理器。 AFE4400具有低噪聲接收器通道，具有跨阻抗放大器和Σ-ΔADC，可捕獲來自光電二極管的信號，還集成了電流控制DAC和驅(qū)動器，以控制LED強度。在前面描述的脈沖波傳感器中，脈搏血氧儀不僅能夠通過監(jiān)測光電晶體管檢測到的光來測量脈搏率，還能測量血氧水平。通過比較兩種不同波長的光的衰減來測量血氧飽和度（％SaO2或％SpO2），利用氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白提供顯著不同吸收的事實。

圖2：TI的AFE4400集成了控制脈沖血氧計傳感器所需的所有電路，作為可穿戴心率監(jiān)測應用的一部分。作為系統(tǒng)開發(fā)的輔助，AFE4400SPO2EVM評估模塊可提供板載AFE4400 IC和MSP430微控制器。它有一個用于脈沖血氧儀傳感器電纜的DB9連接器，并包含帶有GUI的演示軟件，用于訪問所有AFE4400寄存器。使用此評估模塊可以幫助加快低功耗可穿戴心率監(jiān)測應用的開發(fā)。

結(jié)論

用于檢測位置，運動，環(huán)境條件和生命體征（如心率和體溫）的各種傳感器現(xiàn)在提供低功耗，小尺寸和易用性，使它們適用于可穿戴設(shè)備。大量的消費者應用正在涌現(xiàn)。然而，可穿戴技術(shù)在專業(yè)應用中尤其是應急服務方面具有重要的益處，包括提高第一響應者的安全性以及實時收集額外數(shù)據(jù)以幫助協(xié)調(diào)團隊并確保每個任務成功結(jié)束的機會。