سنسورها در ساعت های هوشمند و ردیاب های تناسب اندام: چگونه کار می کنند؟

پوشیدنی های هوشمند، از جمله ردیاب های تناسب اندام، عینک های هوشمند و ساعت های هوشمند، در این سال ها توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. ساعت های هوشمند به عنوان یکی از سریع ترین فناوری های پوشیدنی در حال توسعه، مزایای مختلفی مانند ردیابی فعالیت، نظارت بر خواب، نظارت بر سلامت، اعلان ها، تماس های ورودی، هشدارهای اضطراری و موارد دیگر را ارائه می دهند. با این حال، اکثر عملکردهای ساعت هوشمند به شدت به سنسورها و تراشه ها متکی هستند.

اجزای ساعت هوشمند

یک ساعت هوشمند که از قطعات کوچک مختلف تشکیل شده است، از نظر ظاهری می توان آن را به دو قسمت – بدنه ساعت و بند – تقسیم کرد. تسمه های ساعت را می توان از مواد مختلفی ساخت. بدنه ساعت شامل حسگرها، تراشه ها، باتری ها، صفحه نمایش های لمسی، نمایشگرها و سایر اجزا است. برخلاف ساعت های الکترونیکی سنتی، بیشتر عملکردها در یک ساعت هوشمند توسط قطعات الکترونیکی مختلفی که در این ابزار هوشمند ادغام شده اند، به ارمغان می آیند.

اگرچه اندازه ساعت های هوشمند کوچک هستند، اما می توانند بسیاری از ماژول های کاربردی را در یک ماژول ادغام کنند. این ماژول ها عمدتا شامل بردهای فرکانس رادیویی هستند, بردهای بلوتوث, بردهای WiFi, بردهای مدیریت انرژی, و سنسورها یا تراشه های مختلف.

سنسور ساعت هوشمند که در این مقاله توضیح داده شده است نیز یکی از اجزای ضروری ساعت هوشمند است. با کمک سنسورهای مختلف ساعت هوشمند، ساعت های هوشمند می توانند نظارت بر سلامت و ردیابی ورزش را انجام دهند. علاوه بر این، می تواند عملکردهای اندازه گیری مانند ضربان قلب، اکسیژن خون، سوابق فعالیت و کیفیت خواب را ارائه دهد. این مقاله عمدتا 7 نوع سنسور پرکاربرد در ساعت های هوشمند موجود در بازار را فهرست می کند, یعنی:

• شتاب سنج
• مانیتور ضربان قلب
• سنسور SpO2
• سنسورهای دمای پوست
• سنسور ECG
• ژیروسکوپ
• جیپیاس

پس از خواندن این مقاله، ایده کلی از برخی از سنسورهای ساعت هوشمند و نحوه عملکرد آنها خواهید داشت.

شتاب سنج

شتاب سنج ها معمولا برای اندازه گیری شتاب استفاده می شوند – سرعت تغییر سرعت یک جسم. به طور کلی، آنها می توانند تشخیص دهند که آیا کاربر در حال حرکت است یا خیر. در نتیجه، رایج ترین سنسوری است که در انواع ساعت های هوشمند یافت می شود. به عنوان مثال، تمام سری ساعت های هوشمند Starmax مجهز به شتاب سنج برای ردیابی حرکات کاربران هستند، مانند S5، S90 (ساعت کودکان) و GTS6.

معمول ترین ویژگی شتاب سنج در ساعت هوشمند، ردیابی حرکت است. با در نظر گرفتن Starmax GTS6 به عنوان مثال، شتاب سنج داخل Starmax GTS6 می تواند سطح فعالیت کاربر را هنگام دویدن یا دویدن اندازه گیری کند. بر اساس این اندازه گیری ها، می تواند مراحل را بشمارد و در نتیجه مسافت، کالری و سایر داده ها را محاسبه کند.

از آنجایی که می توان از شتاب سنج برای تشخیص جهت دستگاه نسبت به گرانش زمین استفاده کرد، می توان با تعیین جهت رو به بالا، صفحه نمایش ساعت هوشمند را به درستی جهت گیری کرد. اکثر ساعت های هوشمند Starmax این اصل را با بالا بردن مچ دست کاربر برای بیدار کردن صفحه نمایش ساعت هوشمند اتخاذ می کنند.

مانیتور ضربان قلب

یک مانیتور ضربان قلب (HRM) یا سنسور ضربان قلب برای تشخیص و اندازه گیری ضربان قلب و نبض شما طراحی شده است. امروزه اکثر ساعت های هوشمند دارای این نوع سنسور هستند که برای دستیابی به ویژگی های تشخیص ضربان قلب ساخته شده اند. GTS4 توسعه یافته توسط Starmax همچنین مجهز به سنسور ضربان قلب است که از فوتوپلتیسموگرافی (PPG) برای تشخیص جریان خون برای اندازه گیری ضربان قلب و نبض کاربر استفاده می کند.

قلب یک اندام حیاتی است که مسئول انتقال خون در بدن انسان است. یک قلب سالم مقدار مناسبی از خون را با سرعت مناسب به تمام اعضای بدن می رساند. بنابراین تغییرات در حجم جریان خون ارتباط نزدیکی با ضربان قلب دارد. سنسورهای ضربان قلب در اکثر ساعت های هوشمند از این اصل برای اندازه گیری ضربان قلب و نبض کاربر با تشخیص جریان خون در مچ دست استفاده می کنند.

PPG (photoplethysmography) پرکاربردترین فناوری برای تشخیص ضربان قلب است. این یک روش تشخیص غیر تهاجمی است که از ابزارهای فوتوالکتریک برای تشخیص تغییرات حجم خون استفاده می کند. شما می توانید سنسورهای ضربان قلب PPG را در تمام سری ساعت های هوشمند Starmax پیدا کنید.

از منظر طیف سنجی، قرمز و سبز رنگ های مکمل هستند، بنابراین از نظر تئوری، خون قرمز نور سبز را جذب می کند. بنابراین سنسور ضربان قلب PPG یکی از سنسورهای موثری است که می تواند با ردیابی تغییر قدرت نور سبز منعکس شده، ضربان قلب و نبض را تشخیص دهد.

سنسور PPG در یک ساعت هوشمند معمولا از یک منبع نور LED و یک آشکارساز نوری تشکیل شده است. منبع نور LED ابتدا نور سبز را به مچ دست کاربر می تاباند و سپس سنسور نوری نور منعکس شده دریافتی را تشخیص داده و مقدار آن را می شمارد. پوست روی مچ دست زمانی که گلبول های قرمز خون بیشتری در رگ های خونی وجود داشته باشد، نور سبز بیشتری را منعکس می کند. بنابراین، با ردیابی تغییرات غلظت گلبول های قرمز خون در رگ های خونی، ساعت های هوشمند می توانند عملکرد تشخیص ضربان قلب را درک کنند.

تغییرات ضربان قلب ارتباط تنگاتنگی با سلامت جسمی دارد و ضربان قلب خیلی سریع یا خیلی آهسته ممکن است با این بیماری مرتبط باشد. ضربان قلب منظم یک بزرگسال در حالت آرام و بیداری باید 60-100 ضربه در دقیقه باشد. با مشاهده تغییرات ضربان قلب از طریق ساعت های هوشمند، می توانیم تغییرات بالقوه سلامتی بدن را به موقع کشف کنیم.

سنسور SpO2

سنسورهای SpO2 که به عنوان سنسورهای اشباع اکسیژن خون نیز شناخته می شوند، سطح اشباع اکسیژن را با تشخیص میزان هموگلوبین حامل اکسیژن در خون اندازه گیری می کنند. نظارت بر سطوح SpO2 با ساعت هوشمند این روزها با کمک سنسورهای SpO2 بسیار راحت است.

حسگرهای SpO2 از دو طول موج مختلف نور – معمولا قرمز و مادون قرمز – برای درخشش روی پوست برای اندازه گیری سطح اشباع اکسیژن در خون استفاده می کنند. هموگلوبین اکسیژنه می تواند نور مادون قرمز بیشتر و نور قرمز کمتری را جذب کند. در مقابل، هموگلوبین اکسیژن زدایی مقادیر بیشتری از نور قرمز را نسبت به مادون قرمز جذب می کند.

بنابراین با محاسبه نسبت این دو نوع نور عبوری از خون، نتیجه سطح اشباع اکسیژن خون را می توان بر حسب درصد نمایش داد که به عنوان SpO2 شناخته می شود. افراد با قرائت SpO2 95 درصد یا بالاتر از سلامت خوبی در نظر گرفته شدند.

حسگرهای SpO2 در ساعت های هوشمند معمولا سطح اکسیژن خون یا اشباع اکسیژن را با اندازه گیری میزان کارآمدی اکسیژن به مچ دست کنترل می کنند. با یک ساعت هوشمند مجهز به سنسور SpO2، صاحب ساعت می تواند به راحتی سطح اکسیژن خون خود را ردیابی کند تا ناهنجاری های احتمالی در سلامت خود را تشخیص دهد.

اطلاعات منعکس شده در سطح اشباع اکسیژن خون برای تغییر در شرایط جسمی بسیار مهم است. بنابراین می توان از آن برای تشخیص بیماری های تنفسی از جمله بیماری انسدادی مزمن ریه و آپنه خواب استفاده کرد. مثلا, سطح اشباع اکسیژن ممکن است به طور قابل توجهی کاهش زمانی که کاربر در خواب عمیق است و یا به دلیل عادات سبک زندگی ناسالم مانند سیگار کشیدن و یا نوشیدن الکل.

سنسورهای دمای پوست

سنسورهای دمای پوست انرژی حرارتی ساطع شده از سطح پوست فرد را اندازه گیری می کنند. این سنسور می تواند دمای بدن کاربر را تشخیص دهد و به نوبه خود به نظارت بر وضعیت سلامتی آنها کمک می کند. عوامل مختلفی مانند محیط، فعالیت بدنی، مشکلات سلامتی و غیره می توانند باعث تغییر در دمای بدن شوند.

ساعت های هوشمند دارای حسگرهای دمای پوست می توانند تغییرات ظریف دمای پوست را در طول زمان با نظارت بر دمای بدن کاربران ردیابی کنند. سپس می تواند به تشخیص زودهنگام بیماری های بالقوه کمک کند، زیرا دمای غیر طبیعی بدن می تواند نشانه اولیه بیماری جسمی باشد.

دستبند هوشمند پرفروش Starmax – ردیاب تناسب اندام S5 همچنین مجهز به سنسور دمای پوست برای تشخیص راحت دمای بدن است. و ساعت های هوشمندی مانند Apple Watch Series 8، حسگرهای دمای پوست آنها حتی می توانند از ردیابی پریود و پیش بینی باروری زنان پشتیبانی کنند.

سنسور ECG

الکتروکاردیوگرام (ECG یا EKG) یک test پزشکی موثر است که برای اندازه گیری فعالیت الکتریکی قلب استفاده می شود. این test پزشکی به یک سنسور ECG نیاز دارد تا سیگنال های الکتریکی کوچکی را که ضربان قلب تولید می کند ضبط و ضبط کند. نموداری که فعالیت الکتریکی قلب را نشان می دهد، به نام ردیابی ECG یا ردیابی EKG، به ارزیابی فعالیت قلب کاربر کمک می کند.

ساعت های هوشمند با قابلیت الکتروکاردیوگرام می توانند با اندازه گیری دقیق سیگنال الکتریکی انقباض عضله قلب و محاسبه زمان بین هر ضربان قلب به تشخیص شرایط ضربان قلب مانند فیبریلاسیون دهلیزی و سایر بی نظمی ها کمک کنند. Withings ScanWatch با داشتن یک نوار قلب درجه پزشکی و یک اکسیمتر که SpO2 را اندازه گیری می کند، نمونه ای عالی از یک ساعت هوشمند مدرن با قابلیت های پیشرفته نظارت بر سلامت است.

هنگامی که یک سنسور ECG همزمان با سنسورهای دیگر مانند سنسور ضربان قلب کار می کند، می تواند تغییرات ریتم قلب را که ممکن است نشان دهنده یک مشکل بالقوه سلامتی باشد، شناسایی و ردیابی کند. ساعت های هوشمند مجهز به این سنسورها می توانند قلب کاربران را به طور مداوم کنترل کنند و در صورت بروز هرگونه بی نظمی به آنها هشدار دهند.

ژیروسکوپ

ژیروسکوپ ها و شتاب سنج ها هر دو حسگرهایی هستند که برای اندازه گیری حرکت یک جسم استفاده می شوند، اما متفاوت عمل می کنند. ژیروسکوپ ها در درجه اول برای نظارت بر زاویه یک جسم برای ثبت سرعت زاویه ای و تغییرات جهت آن استفاده می شوند. برخی از سازندگان ساعت های هوشمند حتی شتاب سنج ها و ژیروسکوپ ها را برای مثلث بندی ترکیب می کنند تا جهت گیری دقیق تری از اشیاء داشته باشند.

جیپیاس

سیستم موقعیت یابی جهانی (GPS)، یکی دیگر از ویژگی های محبوب در ساعت های هوشمند پیشرفته، از سیگنال های ماهواره ای برای شناسایی مکان دقیق دستگاه و ردیابی حرکت آن در طول زمان استفاده می کند. در نتیجه، شمارش مراحل دقیق تر را امکان پذیر می کند. علاوه بر این، می تواند تصویر دقیق تری از سطح فعالیت روزانه شما به دست آورد (به عنوان مثال، نقشه برداری از مسیرهای مناسب دویدن و دوچرخه سواری). با این حال، ساعت های هوشمند GPS نیازهای نسبتا بالایی برای دریافت سیگنال دارند، بنابراین قیمت نسبتا بالا است. مکان یابی بلادرنگ همچنین به معنای عمر باتری کمتر برای ساعت های هوشمند GPS است.

نتیجه

در نتیجه، ساعت های هوشمند ابزار قدرتمندی برای نظارت موثر بر سلامت فیزیکی ما از طریق حسگرهای مختلف از جمله 7 سنسور ذکر شده در این مقاله هستند. علاوه بر این، فناوری ساعت هوشمند با پیشرفت در حسگرها، نیمه هادی ها و سایر اجزا به تکامل خود ادامه خواهد داد.

با ترکیب موثر این سنسورها و قطعات مختلف ساعت هوشمند، می توانیم دنیایی از امکانات بی نهایت را با دستگاه های ساعت هوشمند خود باز کنیم. با ترکیبی از نوآوری و کاربردی بودن در طراحی ساعت های هوشمند، ساعت های هوشمند در سال های آینده تأثیر قابل توجهی بر سبک زندگی ما خواهند داشت.

اگر ایده ای در مورد طراحی و ساخت ساعت هوشمند دارید، می توانید مستقیما با تیم Starmax تماس بگیرید. ما می توانیم راه حل های حرفه ای را به شما ارائه دهیم.